Ladevorgang bei der E|Mobilität

AC-/DC-Laden | Was genau bedeutet das?

Der wesentliche Unterschied zwischen einem traditionellen Verbrenner und einem hochmodernen Stromer besteht in der Art der Reichweitengewinnung. Geschieht dies beim Verbrennen durch das Auffüllen des Kraftstofftanks mit Benzin bzw. Diesel, benötigt der Stromer das Auffüllen der elektrischen Energie seiner Batterie. Hier aber gilt es, zwei grundlegende Prinzipien zu unterscheiden…

Laden mit Wechselstrom | AC- Laden

Das Kürzel „AC“ steht stellvertretend für „Alternating Current“, was so viel bedeutet wie „Wechselstrom“. Das bedeutet, dass sich die Polung des Stroms von negativ in positiv alterniert, also in regelmäßigen Abständen abwechselt. Beide Varianten wechseln sich derart gleichmäßig ab, dass der Strom im Mittel null entspricht und somit keine Polung überwiegt. Der AC-Strom aus einer haushaltsüblichen Steckdose wechselt seine Polung bspw. 50 Mal pro Sekunde – der Strom hat hier 50 Hz.

 Elektro- sowie Hybridfahrzeuge, die an der heimischen 230 V Steckdose geladen werden, beziehen den Strom per Wechselstrom. Jedes aktuell auf dem Markt verfügbare Elektrofahrzeug ist für eine Ladung per AC geeignet. Ein integriertes on-Board-Ladegerät nämlich wandelt die AC-Ladeleistung in eine DC-Ladeleistung um – es wandelt also den Strom von Wechsel- in Gleichstrom (ähnlich dem Prinzip eines Smartphone-Ladegerätes).

Laden mit Gleichstrom | DC- Laden

Das Kürzel „DC“ steht hingegen stellvertretend für „Direct Current“, was so viel bedeutet wie „Gleichstrom“. Sie ist die schnellladende Alternative zum AC-Laden. Daher existieren in Form von bspw. DC-Ladestationen. Hier ist der schwere und kostenintensive Gleichrichter integriert. Sie ermöglichen extrem hohe Ladeleistungen und machen es möglich, Ladezeiten erheblich zu reduzieren.

Die maximale Ladeleistung aber hängt von mehr als nur diesen beiden Faktoren ab. Grundsätzlich nämlich richtet sich die beanspruchte Zeit für einen zu 100 % geladenen Akku…

…nach der Ladeleistung der Ladesäule
…nach der Ladeleistung des Fahrzeugs
…nach der Struktur der Ladekabel
…die Temperatur von Batterie & Ladekabel
…der Ladestand der Batterie

Die schwächste der eben genannten Komponenten ist hier die beschränkende Variable. Wichtig dabei ist zu wissen, dass Elektrofahrzeuge in ihrer Batterie ausschließlich Gleichstrom speichern können, obwohl viele unserer alltäglichen Stromquellen Wechselstrom abgeben.

Nice2Know: Mit der maximal möglichen Ladeleistung lädt das Fahrzeug ausschließlich bis zu einer Akkuladung von 80%. Danach wird die Ladeleistung step-by-step im Sinne eines Bauteileschutzes reduziert.

Genormte Steckverbindungen im Überblick

Für Reichweite benötigt es Treibstoff. Dabei sei mal dahingestellt, ob es sich um einen traditionellen Verbrennungsmotor oder aber um einen hochmodernen Elektromotor handelt. Der Tankvorgang bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor hat sich schon vollends eingebürgert und ist tief mit unserem Alltag verankert.

Der Typ 1 Ladestecker für E-Mobilität

Der 2009 definierte Typ 1 Ladestecker ist in europäischen Ländern nicht allzu oft vertreten. In der Regel findet er im asiatischen Raum sowie in Nordamerika sein Haupteinsatzgebiet. Aus diesem Grund sind Ladestationen für Elektroautos mit diesem Steckertyp in unseren Gefilden eher rar gesät. Dieser Typ 1 Stecker ist dabei ziemlich ausgeklügelt:

  • 5 Steckkontakte | 2 der insgesamt 5 Steckkontakte dienen der Kommunikation zwischen Ladeinfrastruktur und Fahrzeug. Hierüber könnten bspw. Authentifizierung- oder Bezahlsysteme realisiert werden. Die restlichen Kontakte sorgen bei 230 V sowie 32 A für einen maximalen Ladestrom von 7,4 kW.
  • 000 Steckzyklen | Bei einem täglichen Steckzyklus soll der Typ 1 wenigstens über eine Dauer von 27 Jahren verlustfrei laden.

Da es europaweit keine infrastrukturseitige Vorbereitung für den einphasigen Typ 1 Stecker gibt, können Elektromobilisten mit entsprechendem Anschluss auf Adapterkabel zurückgreifen. Eine Verriegelung auf der Fahrzeugseite besitzt der Typ 1 nicht.
Die Details im Überblick:

  • Stromart: Wechselstrom
  • Merkmale: Keine Verriegelung
  • Anwendungsgebiet: USA/Asien
  • Schnellladen: Nein

Der Typ 2 Ladestecker für E-Mobilität

Der Typ 2 Stecker ist der europäische Standradstecker für die Ladung von Elektrofahrzeugen. Daher sind die meisten öffentlichen Ladestationen mit einer Typ 2 Steckdose ausgestattet. Die bei der Entwicklung dieses Steckers beteiligte Firma gab ihm seinen umgangssprachlichen Namen. So wird der Typ 2 auch gern als „Mennekes-Stecker“ bezeichnet. Dieser Steckertyp bietet eine Besonderheit:

  • 7 Steckkontakte | Mit seinen 7 Steckkontakten kann er sowohl in drei- als auch in einphasigen Systemen angewandt werden. Auch hier sorgen ausgewählte Kontakte für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation.
  • Ladeleistung | Laden Sie Ihr Fahrzeug im privaten Haushalt, sind Ladeleistungen bei 400 V sowie 32 A in Höhe von 22 kW möglich. Wer Sein Fahrzeug an öffentlichen Ladestationen lädt, kann bei 400 V und 63 A Ladeleistungen von bis zu 43 kW in Anspruch nehmen. Seine Konzeption erlaubt es, dass diese hohen Ströme auch auf Dauer gewährleistet werden.
  • Steckzyklen | Ausgelegt sind diese Typ 2 Stecker für mehrere tausend Steckvorgänge. In Verbindung mit den in Kunststoff ausgegossenen Kabeln wird auch dieser Stecker über mehrere Jahre eine sichere, schnelle Ladeleistung bieten.
  • Verriegelung | Sowohl fahrzeug- als auch infrastrukturseitig ist eine Verriegelungsvorrichtung implementiert. Diese ermöglicht, dass es unbefugten Personen erschwert wird, das Ladekabel zu stehlen oder den Ladevorgang vorzeitig abzubrechen. In Verbindung mit dem Shutter wird die Sicherheit auf Anwenderseite außerdem dramatisch erhöht.

Die mit diesem Kabeltyp nutzbare Kommunikation zwischen Elektroauto und Ladeinfrastruktur ermöglicht zudem unter Einbindung einer Powerline-Connection Zusatzdienste wie bspw. einen Internetzugang bzw. das Unterstützen einer Smart Grid Funktion.

Folgende Autos können Sie mit einem Typ 2 Ladestecker laden:

  • BMW i3
  • Mercedes-Benz B 250 e
  • Hyundai Ioniq Elektro
  • Opel Ampera-e
  • Renault ZOE
  • Renault Kangoo Z.E.
  • Smart ED (Coupé, Forfour, Cabrio)
  • Tesla Model S / Model X
  • VW e-Golf
  • VW e-Up!

Die Details im Überblick:

  • Stromart: Wechselstrom
  • Merkmale: Verriegelung
  • Anwendungsgebiet: Europa
  • Schnellladen: Nein

Der Typ 3 A/C Stecker für E-Mobilität

2010 wurde der Typ 3A Stecker von der sog. „EV Plug Alliance“ konzeptioniert. Die unbestrittene Besonderheit dieses Steckerkonzepts besteht in der von Beginn an integrierten sog. Shutter Funktion, einer kameraähnlichen Verschlussfunktion. Die Besonderheit: Stromführende Teile innerhalb des Stecksystems werden nicht direkt miteinander verbunden. Aufgrund der günstigeren Produktionskosten war der Typ 3A zunächst beliebter. Zum Zeitpunkt aber, als der Typ 2 ebenfalls mit einem Shutter versehen wurde, schwand die Bedeutung des Typ 3 A Steckers. Daher findet er heute kaum noch Anwendung.

Während der Typ 3A lediglich eine einphasige Ladung zuließ (weshalb er in erster Linie zum Laden von Elektrorollern mit einer Ladeleistung von weniger als 3 kW genutzt wurde und wird), erlaubte der Typ 3C hingegen eine dreiphasige Ladung mit bis zu 43 kW Ladeleistung.

Der CCS-Stecker (Combined Charging System) für E-Mobilität

CCS bedeutet Combined Charging System. 2011 vorgestellt und seitdem auch als Combo Typ 2 bekannt, ist dieses Stecksystem heutzutage der amerikanische sowie europäische DC-Standard. Das Prinzip des Combosteckers: Der amerikanische Typ 1 (AC-Ladung) und der europäische Typ 2 (AC-Ladung) wurden jeweils um zwei Pole für die DC-Schnellladung ergänzt. Der grundlegende Vorteil besteht darin, dass daraus eine einheitliche, fahrzeugseitige Buchse – auch Inlet genannt – entsteht. Somit wird effektiv umgangen, zwei fahrzeugseitige Inlets für AC- und DC-Ladung zu installieren. Er wartet jedoch mit weiteren Besonderheiten auf:

  • Pilotkontakte & Nullleiter | Sie dienen sowohl der Sicherheit des Nutzers als auch dem Datentransfer. Mit den Pilotkontakten nämlich realisiert der Hersteller eine fehlerfreie und schnelle Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation.
  • Ladeleistung | Konzipiert sind CCS-Stecker für Ladeleistungen von 50 kW. Im Alltag also eignen sich diese ganz besonders für kleinere Batterien mit Kapazitäten von bis zu 20 kWh. Die Nennspannung sollte 400 V jedoch nicht überschreiten.
  • Zukunftsaussichten | Bald schon soll der CCS-Stecker bereits 150 kW Ladestrom liefern, womit selbst größere Batterien binnen 15 min vollständig geladen werden könnten. Voraussetzung dafür ist ein 800 V System.

Vorangetrieben werden die Funktionserweiterung und Weiterentwicklung des CCS-Steckers von der CharIN, der „Charging Interface Initiative“. Diese besteht aus namhaften Unternehmen wie Phoenix Contact, TÜV Süd, Mennekes, Daimler, Audi, BMW, Porsche, Opel und VW.

Folgende Autos können Sie mit einem CCS Ladestecker laden:

  • BMW i3 (inklusive optionaler Ausstattung)
  • Ford Focus Electric (ab Bj. 2017)
  • Hyundai Ioniq Elektro
  • Opel Ampera-e
  • VW e-Golf (inklusive optionaler Ausstattung)
  • VW e-Up! (inklusive optionaler Ausstattung)

Die Details im Überblick:

  • Stromart: Wechselstrom/Gleichstrom
  • Anwendungsgebiet: Europa
  • Schnellladen: Ja

Der CHAdeMO-Stecker für E-Mobilität

CHAdeMO ist ein Akronym für „Charge de Move“. Diese Steckverbindung ist der japanische Ladestandard in puncto DC-Schnellladung. Daher sind vor allem japanische Fahrzeugmodelle mit dieser Ladevorrichtung ausgestattet.

  • 9 Steckkontakte | CHAdeMO ist sehr komplex. Ein Pfad dient der Bereitstellung der Power Lines, ein Pfad als Kontroll- und Analogpfad zur Steuerung des Ladevorgangs sowie ein Pfad als Kommunikationsmöglichkeit mit dem CAN-Bus des Fahrzeugs. 5 Steckkontakte also sorgen für die Steuerung und Prüfung, 2 für die Stromübertragung und 2 für die Kommunikation zwischen Ladesäule und Fahrzeug.
  • Ladeleistung | Die typische Ladeleistung dieses Steckers beträgt nicht mehr als 50 kW. Eine Erweiterung oder Weiterentwicklung der Leistungsfähigkeit ist aktuell noch nicht in Aussicht.
  • Kommunikation | CHAdeMO ist in der Lage, per Kommunikationsprotokoll eine bidirektionale Ladung zu unterstützen. Das bedeutet, dass die Energie der Fahrzeugbatterie auch in das Grid zurückgeführt werden kann – Strom kann also nicht nur geladen, sondern ebenso wieder abgegeben werden. Das soll Spannungsspitzen ausgleichen oder auch als Notstrom für das Eigenheim genutzt werden können. Diese „Vehicle-to-Grid“-Funktion ist ein Ausblick in die automobile Autozukunft.

In Zukunft also könnte man mit diesem System Fahrzeuge als Pufferspeicher nutzen. Besonders attraktiv scheint es, da Fahrzeuge in Zukunft überall dort laden, wo sie auch parken. Das Bedeutet, dass dieser Pufferspeicher bspw. im Arbeitsalltag ganztäglich zur Verfügung stehen würde.

Folgende Autos können Sie mit einem CHAdeMO Ladestecker laden:

  • Citroën C-Zero
  • Citroën Berlingo Electric
  • Kia Soul EV
  • Mitsubishi EV (i-MiEV)
  • Mitsubishi Outlander PHEV
  • Nissan Leaf
  • Nissan e-NV 200
  • Peugeot iOn
  • Peugeot Partner Electric
  • Tesla Model S / Model X (mit entsprechendem Adapter)

Die Details im Überblick:

  • Stromart: Gleichstrom
  • Merkmale: Unterstützt bidirektionales Laden
  • Anwendungsgebiet: Europa/Asien/USA
  • Schnellladen: Ja

Die Tesla Supercharger

Während viele Hersteller nach einer einheitlich genutzten Ladeinfrastruktur streben, fährt der Automobilhersteller Tesla eine ganz eigene Strategie. Die Tesla Supercharger sind herstellerspezifische Ladestationen, die ausschließlich für Tesla-Fahrzeuge konzipiert wurden. Es handelt sich dabei prinzipiell um einen modifizierten Typ 2 Stecker.

  • Ladeleistung | Der Tesla Supercharger ermöglicht eine beachtliche Ladeleistung von 120 kW. Ein Tesla Model S lässt sich somit in lediglich 30 Minuten auf eine Kapazität von 80 % laden.
  • Variabilität | Der modifizierte Typ 2 Stecker des Tesla Supercharger ist dafür ausgelegt, sowohl per Wechsel- als auch mit Gleichstrom laden zu können.

Die hohen Ladeleistungen und -geschwindigkeiten dieses Systems kommt zustande, da die Kontaktstifte des Typ 2 Steckers speziell bearbeitet und verändert wurden. Der Clou: Tesla lässt seinen Kunden jede einzelne Ladung kostenfrei zukommen. Das Problem: Aufgrund der individuellen Steckerlösung können andere Elektrofahrzeuge nicht am Tesla Supercharger laden.

Die Details im Überblick:

  • Stromart: Wechselstrom/Gleichstrom
  • Anwendungsgebiete: Asien/USA/Europa
  • Schnellladen: Ja

Der traditionelle SchuKo-Stecker

Die traditionelle Haushaltssteckdose, der Schutz-Kontakt-Stecker, in Ihrem Haushalt ist ebenso in der Lage, den Akku Ihres Elektrofahrzeugs zu laden. Bei entsprechender Absicherung können Ladeleistungen von maximal 3,7 kW erzielt werden. Unter Verwendung eines Mode-2-Ladekabels steht diese Art der Ladung allen aktuell erhältlichen Elektrofahrzeugen zur Verfügung.

Ohne eine vorherige Überprüfung der Elektroanlage wird das Laden mit maximal 2,3 kW empfohlen.

Der CEE Ladestecker für E-Mobilität

CEE Ladestecker finden Sie aktuell in zwei unterschiedlichen Varianten. Jeder der beiden ist dabei speziell konzipiert für ein ganz eigenes Anwendungsgebiet:

  • Der blaue CEE-Stecker | Dieser dreipolige Stecker ist für eine Dauerbelastung von 16 A bei 230 V (1-phasig) Im Allgemeinen ist er als Caravan- und Campingstecker bekannt und als industrieller Bruder des Schutz-Kontakt-Steckers weit verbreitet. Um Dauerbelastungen dieser Größenordnung zu gewährleisten, weist der blaue CEE-Stecker – im Gegensatz zu seinem zivilen Pendant – größere Kontaktflächen sowie einen entsprechenden Verpolungsschutz auf.
  • Der rote CEE-Stecker | Der fünfpolige CEE-Drehstromstecker versorgt Verbraucher mit Dreiphasenwechselstrom. Besser bekannt ist er auch als Bau- bzw. Starkstromkabel. Mit diesem Stecker können Leistungen zwischen 11 kW und 22 kW erzielt werden. Ein Renault Zoe bspw. kann mithilfe einer Ladevorrichtung mit CEE-Stecker Ladeleistungen von maximal 43 kW erreichen.

Viele mögen nun sagen: „Warum einfach, wenn es auch kompliziert lädt?“. So langsam aber müssen wir in unsere Industrie vertrauen. Allein aus Kostengründen werden sich Automobilhersteller in den kommenden Jahren auf ein einheitliches Ladesystem verständigen müssen. Die Zapfpistole passt schließlich auch in sämtliche, aktuell verfügbare Fahrzeuge. Oder?

Ladekabel im Überblick

So kompliziert die Lage in puncto Ladestecker, so unkompliziert ist sie in puncto Ladekabel. Hier existieren aktuell zwei auf dem Markt relevante Typen.

Das Mode 2 Ladekabel

Die bekannten Mode 2 Ladekabel sind in unterschiedlichsten Varianten verfügbar. Am häufigsten aber liefern Fahrzeughersteller werksseitig Mode 2 Ladekabel zum Anschluss an die hauseigene Schuko-Steckdose mit. Um eine Kommunikation zwischen Fahrzeug und haushaltsüblicher Steckdose zu gewährleisten, ist innerhalb des Kabels eine „in-cable-control-box“ (kurz: ICCB) Über diese Box ist es sogar möglich, die aktuelle Höhe des Ladestroms in Echtzeit anzupassen. Doch nicht nur das – die ICCB nimmt ebenso kontrollierende Funktionen wahr. Sie überwacht…

  • …die Temperatur am Schuko-Stecker
  • …evtl. Stromschwankungen durch gealterte Steckkontakte

…und viele andere Parameter mehr. Sofern Hardware Anomalien festgestellt werden, erfolgt eine sofortige Abschaltung von Kommunikation und Ladung. Trotz all seiner Eigenschaften aber gilt das Mode 2 Ladekabel aufgrund der geringen Ladeleistung als Notladekabel.

Das Mode 3 Ladekabel

Im Gegensatz zum Mode 2 Ladekabel ist das Ladekabel vom Typ Mode 3 dazu gedacht, Ihr Elektroauto mit einer Ladestation zu verbinden und die komplette Kommunikation zwischen den beiden ohne eine benötigte ICCB zu realisieren. Mit maximalen Ladeleistungen bis zu 43 kW ist dieses Kabel eher dazu geeignet, den Akku eines Elektrofahrzeugs in kürzester Zeit auf alltagstaugliche Reichweiten aufzuladen.

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