Wie funktioniert denn das Aufladen?

Allen modernen E-Fahrzeugen ist gemein, dass sie einen der oben genannten Ladestandards (Typ 1, Typ 2, CHAdeMO, Combo 2/CCS) verwenden.

Es muss daher zunächst unterschieden werden, dass Ladungen mit Typ 1 (einphasig) oder Typ 2 (einphasig, mehrphasig) immer Wechelstrom-Ladungen sind (proprietäre Systeme wie Tesla Supercharger ausgenommen).

Mit Ausnahme des Renault ZOE, einem Fahrzeug, das zur Ladung auch Antriebskomponenten als Ladegerät verwendet, ist allen Fahrzeugen gemein, dass ein dezidiertes, internes Ladegerät verbaut ist, dessen Aufgabe es ist, den aus dem Stromnetz zugeführten Wechselstrom (AC), in Gleichstrom (DC) für die Batterie, umzuwandeln – dies deshalb, da die Batterie ausschließlich Gleichstrom (DC) speichern kann.

Dadurch sind die Fahrzeuge durch die für die Wechselstromladung notwendigen Komponenten, in ihrer Ladeleistung begrenzt.
Es werden – je nach Fahrzeugmodell und Ladertype – Ladeleistungen zwischen 3,7 kW (16A, einphasig) und 43 kW (63A, dreiphasig) realisiert.

Nicht zuletzt benötigen diese Ladegeräte Platz und es entsteht ein (meist im einstelligen Prozentbereich) Wandlungsverlust. Dies wiederum bedeutet auch Abwärme, weshalb der Platzierung und der thermischen Belastung im Fahrzeug ebenfalls eine konstruktionsbedingte Bedeutung zukommt.

Fast alle modernen E-Fahrzeuge, mit Ausnahme der Renault ZOE, sind in der Lage, ebenfalls Gleichstrom (DC) zu laden.
Hierfür kommen die Ladestandards CCS (Combo 2) oder CHAdeMO zum Einsatz.

Dadurch, dass hierbei das im Fahrzeug befindliche Ladegerät umgangen und der Ladestrom direkt der Batterie zugeführt wird, lassen sich – in der Regel – höhere Ladeleistungen realisieren (z.B. 50 kW DC).
Die Batterie gibt bei Ladungen mit Gleichstrom (DC) vor, welche Spannung und Stromstärke benötigt wird. Sie ist quasi der „Chef“ und sagt der Säule, wie zu laden ist (Master / Slave).

Auch die Temperatur der in der Batterie befindlichen Zellen hat direkte Auswirkung auf die Ladeleistung.
So wird bei besonders hoher Zellentemperatur oder auch bei besonders niedriger Zellentemperatur, die Ladeleistung womöglich gedrosselt (zum Schutz der Batterie).

Die meisten Hersteller verwenden daher ein so genanntes Thermalmanagementsystem (TMS) zur Regulierung der Zellentemperatur im Sommer wie im Winter.

So verfügen Fahrzeuge wie das Tesla Model S oder X über ein Flüssig-Thermalmanagement-System, das Wärme besonders gut zuführen oder abführen kann. Andere Fahrzeuge wie z.B. Hyundai IONIQ Elektro oder Renault ZOE, nutzen ein Luft-Thermalmanagement-System, das durch Zuführung von frischer Luft, Luft aus dem Innenraum oder auch durch Nutzung der Klimaanlage, die Temperatur regulieren kann – und im Winter mittels eigenen PTC-Heizelementen auch die Zellentemperatur unterstützend erhöht (z.B. während der Vorkonditionierung des Fahrzeuges).

Fahrzeuge wie der VW eGolf oder der Nissan Leaf (24-40 kWh) nutzen ein passives System (Fahrtwind, Regulierung des Ladestroms), um die vom Hersteller vorgegebenen Zellentemperaturen nicht zu überschreiten.

Je höher die zu erreichende Ladeleistung liegen soll, desto mehr wirken sich Faktoren wie Batteriegröße, Zellchemie, Zellentemperatur und Thermalmanagement auf die Ladung insgesamt aus.

Im Winter empfiehlt sich daher, eine Schnellladung vor dem Abstellen des Fahrzeuges über Nacht durchzuführen, oder eine langsamere Ladung während der Nachtstunden (z.B. zuhause) durchzuführen – im Sommer hingegen kann es sein, dass zu hohe Zellentemperaturen zu einer Drosselung der Schnellladeleistung führen.

Diese Spezifika sind von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich und es kommt vor allem auf den individuellen Einsatz des Fahrzeuges (Reichweitenbedarf, Ladeverhalten, etc.) an.

Typ 1 (AC)

Typ 2 (AC)

CCS-Combo 2 (DC)

CHAdeMO (DC)

Die verschiedenen Steckdosen

Schutzkontaktstecker (Haushaltssteckdose)

Über die handelsübliche Haushaltssteckdose, an der wir Geräte unseres täglichen Bedarfs verwenden (Laptop, Fernseher, Toaster…), lassen sich ebenfalls E-Fahrzeuge aufladen. Hersteller liefern Ihre Fahrzeuge dazu meist als „Notladekabel“ bezeichnete, kleine und mobile Ladegeräte aus.
Hier sind Ladeleistungen von bis zu 3 kW (13A 230V) die Regel – aufgrund der nicht für eine so hohe Dauerlast (also das Laden mit der vollen Leistung über zig Stunden, wie das zB. bei größeren Batteriekapazitäten möglich wäre) ausgelegten Haushaltssteckdose, ist die Haushaltssteckdose nicht die optimale Wahl für eine dauerhafte Nutzung als Stromquelle für moderne E-Fahrzeuge.

CEE-Steckdose blau

Die blaue CEE Steckdose (3-polig) – bietet eine einphasige Ladung von 3,7 kW (16A 230V) bis zu 7,4 kW* (32A 230V).
Da die meisten mobilen Ladestationen nur mittels Adapter in der Lage sind, diese Steckdose zu verwenden, kommt ihr für das Laden von E-Fahrzeugen eine recht geringe Bedeutung zu.

Die blaue CEE-Steckdose ist jedoch für die dauerhafte Verwendung als primäre Stromquelle besser geeignet, als die Haushaltssteckdose.
Ein Austausch der bestehenden Haushaltssteckdose, als Stromquelle für das Laden eines E-Fahrzeuges, ist daher empfehlenswert.

*Schieflastverordnung beachten

CEE-Steckdose rot (Drehstrom)

Die 5-polige Drehstromsteckdose (CEE rot 5-pol.), auch bekannt als Starkstrom- oder Kraftstromsteckdose, bietet besonders für mobile, intelligente Ladekabel (mobile Ladestationen wie zB. NRGkick) eine solide Basis.

Mit Ladeleistungen von bis zu 22 kW (CEE rot 5-pol. 32A 400V) oder 11 kW (CEE rot 5-pol. 16A 400V), können moderne E-Fahrzeuge besonders schnell und einfach aufgeladen werden.
Der Große Vorteil liegt meist im fehlenden zusätzlichen Installationsaufwand, da viele Häuser bereits mit Drehstromsteckdosen ausgestattet sind.
Dennoch ist es stets sinnvoll, vor der Inbetriebnahme einer mobilen Ladestation, einen Elektrikerfachbetrieb zur Prüfung der gesamten Installation und Absicherung hinzuzuziehen.

Wechselstrom und Gleichstrom

Wechselstrom

Wechselstrom (AC) ist jener Strom, den wir täglich im Haushalt verwenden.
Es ist die Art von Strom, die aus unseren Steckdosen kommt.

Die Elektromotoren in den E-Autos nutzen Wechselstrom (Drehstrom) um zu funktionieren.
Jedes Elektroauto nutzt Wechselstrom (egal ob einphasig, zweiphasig oder dreiphasig) um geladen zu werden, wobei ausschließlich der Ladevorgang mit Wechselstrom (bzw. Drehstrom) erfolgt.
In die Batterie kommt stets Gleichstrom. Dazu wandelt das Auto den Wechselstrom, der geladen wird, um und speichert ihn dann in der Batterie.

Gleichstrom

Gleichstrom (DC) ist jener Strom, der in allen Batterien gespeichert ist.

Auch in den Antriebsbatterien (Zellen) der Elektrofahrzeuge wird Gleichstrom gespeichert.
Dieser wird für den Betrieb des Elektrofahrzeuges wieder in Wechselstrom für den Antrieb (Motor) umgewandelt.

Das Laden mit Gleichstrom (DC) hat den Vorteil, dass der Strom direkt in die Batterie geführt wird.
Somit ist kein (teures) Ladegerät im Auto notwendig, dass den Wechselstrom vom Netz in Gleichstrom für die Batterie umwandelt.
Der Vorgang findet jedoch bereits in der Ladesäule statt, was zur Folge hat, dass diese durch die hierfür benötigten Komponenten teu(r)er wird.

Im Regelfall ist das Laden mit Gleichstrom (DC) schneller als das Laden mit Wechselstrom (AC).
Aufgrund der höheren Kosten für die Ladeinfrastruktur für das Laden mit Gleichstrom (DC) sind Gleichstrom-Schnellladesäulen weniger häufig anzutreffen, als Wechselstrom (AC) Ladesäulen.
Dennoch nutzt die Mehrheit der verfügbaren Elektrofahrzeuge ausschließlich Gleichstrom zur Durchführung von Schnellladungen.

Ladeleistung

Mit welcher Ladeleistung dein E-Fahrzeug lädt, ergibt sich immer aus folgenden Punkten:

– Anzahl der Phasen
– Spannung
– Stromstärke

Bei den Phasen unterscheidet man im Regelfall zwischen einphasigen und dreiphasigen (Drehstrom) Ladungen.

Während eine Schuko-Steckdose nur über eine Phase (L1) verfügt, so sind an einer CEE-Steckdose (oft auch als Kraftstromsteckdose oder Drehstromsteckdose bezeichnet) normalerweise drei Phasen verfügbar (L1, L2, L3).

Jede Phase liefert eine bestimmte Stromstärke (Ampere).

Eine gewöhnliche Haushaltssteckdose bietet überlicherweise Stromstärken zwischen 8A und 12A, wobei eine Dauerlast über mehrere Stunden nicht vorgesehen ist und darum für den Ladebetrieb eines E-Fahrzeuges nur über kurze Zeit und als „Notladung“ vorzusehen sein sollte.

Eine rote 5-polige CEE-Steckdose (Drehstromsdose/Kraftstromsteckdose) bietet meist eine Stromstärke von 16A bis 32A (5-polig, 3 Phasen + Nullleiter (N) + Erde (PE)), wobei es hier bauartbedingt unterschiedliche Größen zwischen 16A und 25A/32A Drehstromsteckdosen gibt, bei denen entsprechend auch der Zuleitungsquerschnitt und die anschlussseitige Absicherung (FI, LS) entsprechend zu dimensionieren sind.

Nun liegt zwischen den Phasen immer eine bestimmte Spannung an. Bei uns im Regelfall 230V.

Multipliziert man die Stromstärke der Phase mit der Spannung, ergibt dies die Leistung (den Ladestrom) mit der pro Phase geladen wird –
sie wird in Watt bzw. kiloWatt angegeben (kW).

An einer Schuko-Steckdose mit 10A Stromstärke bei 230V Spannung ergäbe dies 2,3 kW (2300 Watt) an Ladestrom.
An einer (roten/blauen) CEE-Steckdose mit 16A Stromstärke bei 230V Spannung ergäbe dies 3,7 kW (3700 Watt) an Ladestrom – pro Phase.
Da bei CEE rot (5-polig) drei Phasen vorhanden sind, stehen insgesamt 3 x 3,7 kW also 11 kW Ladestrom zur Verfügung.

Lassen Sie Ihre Installation (Steckdose, Zuleitung, Absicherung) daher stets von einem hierfür fachlich geeigneten und konzessionierten Fachbetrieb überprüfen und regelmäßig warten, um Defekte, Kabelbrände oder Schlimmeres zu vermeiden.

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