E-‘tanken’

Die Verbindung

Das Fahren mit einem Elektroauto erfordert ein anderes Verhältnis zur Mobilität. Im Nahverkehr wird das öffentliche Laden zu einem seltenen Vorgang, zumindest für jene mit Lademöglichkeit im eigenen Haus. Längere Fahrten wollen dagegen wegen der geringeren Reichweite und längeren Ladezeit besser geplant werden.

Die Ladezeit ist wesentlich durch die Leistungsfähigkeit der Elektrotankstelle, gegeben. Aber auch die Batterie spielt eine große Rolle, denn sie ist die eigentlich begrenzende Größe für die Ladedauer, weil sie nur eine bestimmte maximale Leistung nutzen kann.

Was wir derzeit erleben, ist ein Trend hin zu höheren Ladeleistungen. Diese Hochleistungslader finden wir ausschließlich auf Autobahnen. Die dortigen Ladestationen sind sehr zukunftsorientiert ausgestattet. Kein handelsübliches Elektroauto kann die angebotene Ladeleistung ausnutzen.

Ein Ladepark (=Elektrotankstelle) ist eine größere Anordnung von Ladesäulen. An einem Ladepunkt kann genau ein Fahrzeug geladen werden. Eine Ladesäule enthält einen oder zwei Ladepunkte. Ein Ladepunkt kann ein oder mehrere Steckersysteme anbieten.

Während das Auftanken von Verbrennerfahrzeugen ein höchst standardisierter Vorgang ist, werden beim Laden von Elektrofahrzeugen eine Vielzahl alternativer Verfahren, Verbindungstypen, Normen, Leistungen und Preisen genannt, die einen Einsteiger verwirren können. Eine Liste von goingelectric.de nennt 23 verschiedene Anschlussvarianten.

Aber der Normungsdruck ist groß, und Europa lädt seine Akkus heute praktisch ausschließlich mit dem CCS-System (Combined Charging System), einer Kombination aus zwei Steckverbindungen, einem Teil für kleinere Ladeleistungen und dreiphasiges Wechselstromladen (Typ 2) sowie einem zusätzlichen Polpaar für Gleichstromladung (Combo 2).

Es gibt zwar auch Ladesäulen die zusätzlich zu Typ2 und Combo 2 mit dem japanischen Stecker (CHAdeMO) ausgerüstet sind, allerdings ist ihre Zahl gering und Autos, die vor einigen Jahren noch mit CHAdeMO-Steckern ausgeliefert waren, werden heute mit dem CCS-Steckersystem ausgerüstet. Auch die Tesla-Modelle werden mit CCS-Adaptern ausgeliefert. Wer also nicht mit Adaptern hantieren will, braucht ein Elektrofahrzeug mit einem eingebauten CCS-Stecker, das sind praktisch alle europäischen Autohersteller und auch Honda und neuere Tesla-Modelle für den europäischen Markt.

Weltweit gibt es folgende Verbindungstypen:

• CCS-Combo 2/Typ 2 (Europa) https://de.wikipedia.org/wiki/Combined_Charging_System
• CCS Combo 1/ Typ 1 (USA) Durch Unterschiede in der Stromversorgungs-Infrastruktur der beiden Kontinente gibt es zwei verschiedene Steckertypen. Der Typ 1 (USA) verwendet einen einphasigen Eingang, Typ 2 (Europa) einen dreiphasigen, der auch einphasig betrieben werden kann.
• CHAdeMO (Japan, USA, Europa) https://de.wikipedia.org/wiki/CHAdeMO
• Tesla-Supercharger (weltweit, Tesla-Fahrzeige werden in Europa auch mit CCS ausgerüstet, ältere mit CCS-Adapter oder mit CHAdeMO-Adapter) https://de.wikipedia.org/wiki/Tesla_Supercharger
• GB/T (China)

Ein Blick auf die Steckerlandschaft in Wien zeigt die Verbreitung der Steckertypen ganz gut. Es gibt zahlreiche Anwendungen, die zeigen, wo es Ladestellen gibt, nicht alle Anwendungen zeigen dieselbe Zahl. Die Symbole auf den Landkarten wurden gezählt, kleinere Zählfehler sind möglich.

Typ 2	Combo 2	CHAdeMO	Tesla	Combo 1 / Typ 1, GB/T
515	28	25	0	0	WienEnergie
377	45	24	2	0	Kelag, e-tankstellenfinder
500	50	42	1	0	goingelectric.de

Man kann diese Zahlen nicht einfach zusammenzählen, weil oft an einer Ladesäule mehrere Steckertypen und Ladepunkte verfügbar sind. Insgesamt gibt es in Wien so um 500 Ladepunkte.

In diesem Beitrag geht es um das CCS-Verbindungssystem und die verschiedenen Lademöglichkeiten.

CCS (Combined Charging System)

Der obere Teil (Typ 2) kann unabhängig vom unteren Teil verwendet werden und ist für Wechselstromladung und Gleichstromladung geringerer Leistung (bis 50 kW) vorgesehen. Beide Teile zusammen (Combo 2) werden für Gleichstromladung hoher Leistung (über 50 kW) gebraucht.

Es gibt auch Autotypen, die nur mit dem oberen Typ-2-Stecker ausgerüstet sind, weil ihre Ladeleistung ohnehin unter 50 kW liegt (Beispiel Renault Zoe).

Historisch begann man mit der Wechselstromladung und Typ 2-Steckverbindern. Der Wunsch nach schnellerem Laden, brachte die Ergänzung des Typ 2-Steckverbinders durch ein weiteres Polpaar für höhere Ladeleistungen.

Wo ist der Gleichrichter?

Dass man einen Akku mit Gleichstrom laden muss, ist klar, ebenso, dass unsere Energieversorgung mit Wechselstrom erfolgt. Daher muss es zwischen dem Wechselstromnetz und dem Akku neben einer Ladeelektronik auch einen Gleichrichter geben. Für Ladeleistungen bis 50 kW ist dieser Gleichrichter im Auto und man verwendet nur die Typ-2-Steckverbindung. Für Ladeleistungen über 50 kW ist dieser Gleichrichter in der Ladesäule und man verwendet eine Combo 2-Verbindung. Falsch machen kann man nichts, weil die beiden Ladearten verschiedene Pole an der elektrischen Verbindung benutzen.

Innerstädtisch wird mit Wechselstrom geladen (Typ 2-Verbindung, Ladekabel im Auto), das Gleichstromladen ist Hochleistungsladern an den Autobahnen oder Verkehrsknoten vorbehalten (Combo 2-Verbindung, Ladekabel an das Ladesäule).

Kommt man zu einer Ladestelle, kann diese verschiedenartig gestaltet sein. Es besteht keine direkte Verbindung zwischen dem Netz und dem Auto, immer gibt es eine Steuerelektronik, die den Ladestrom den Bedürfnissen der Autobatterie anpasst, zum Beispiel, damit diese nicht überhitzt. (in den folgenden Bildern blau.)

Wechselstromladen (Typ 2-Verbindung)

Wechselstromladen ist der Normallfall bei den innerstädtischen Ladestellen. Der „Klassiker“ sind Ladesäulen von Wien Energie mit 11 oder 22 kWh mit einer Typ 2-Buchse. An einer Ladesäule sind zwei Ladepunkte. Man könnte sie als „Laterndl-Lader“ bezeichnen.

Beim Wechselstromladen wird nur der obere Teil (Typ 2) der Combo 2-Verbindung benutzt. Die gezeigte Belegung ist die für Wechselstromladung mit dem Schutzleiter in der Mitte, den vier Polen für Drehstrom und zwei Polen für die Steuerung des Ladevorgangs. (Es gibt auch Belegungsvarianten für Gleichstromladung, die aber seltener anzutreffen sind.) Die Ladeleistungen betragen 3.7, 11, 22, 43 kW für Wechselstrom sowie 20 und 50 kW für Gleichstrom.

Spannung	Strom	Multiplikator	Netztyp	Leistung
V	A			kW
230	16	1	Einphasig	3,7
230	16	3	Stern	11
230	32	3	Stern	22
400	32	1,73	Dreieck	22
400	63	1,73	Dreieck	43

Gleichstromladen (CCS Combo 2-Verbindung)

Für höhere Ladeleistungen ist die Typ 2-Steckverbindung nicht geeignet, Ströme und Spannungen sind dann für den relativ kleinen Stecker zu groß. Daher wurde unterhalb des Typ 2-Steckers ein zusätzliches Polpaar für Gleichstromladung angeordnet.

Von der oberen Typ-2-Verbindung wird nur der Schutzleiter und die Signalisierung benutzt. Die Ladeleistungen reichen bis 350 kW, doch gibt es derzeit kein Elektrofahrzeug, das diese Ladeleistungen ausnutzen kann. Typische Obergrenzen des PKW liegen um 100 kW.

Ladevarianten

Fernverkehr – Gleichstrom

Fernverkehrsladestellen (=Hochleistungslader) entlang der Autobahnen ähneln am ehesten einer klassischen Tankstelle, weil das Ladekabel bereits an der Ladesäule hängt und wie der frühere Schlauch behandelt wird. Man muss dieses Ladekabel lediglich mit dem Ladestecker am Auto verbinden.

Die Ladeleistungen liegen über 50 kW. Die Spannungen liegen zwischen 400 und 1000 Volt. Die Ströme können beträchtlich sein und leistungsfähigere Stationen sind mit flüssigkeitsgekühlten Ladekabeln ausgestattet.

Maximalwerte

Spannung	Strom	Leistung	Hersteller	Standort
V	A	kW
800	125	100
800	440	350	Ionity	Steinhhäusl, Göttlesbrunn
1000	500	500	EnerCharge

Man könnte meinen, dass man umso schneller laden kann je höher die Ladeleistung der Ladesäule ist. Das stimmt aber nicht, denn nicht die Ladestation, sondern das Elektroauto ist das begrenzende Element. Die Leistungen, die ein Elektroauto zulässt, liegen zwischen 50 und 125 kW, Tendenz steigend. Man sieht, dass die Ladesäulen schon für zukünftige Generationen von Elektrofahrzeugen vorbereitet sind.

Fernverkehr – Wechselstrom

An vielen Ladesäulen gibt es neben dem Ladekabel für das Gleichstromladen mit der Combo 2-Verbindung auch ein Typ-2-Kabel für Wechselstromladen.

Eine typische Schnellladestation von Smatrics bietet mehrere Verbindungstypen an:

Nahverkehr – Wechselstrom

Innerstädtische Ladestellen haben kein eigenes Ladekabel, man muss das eigene Kabel auspacken und damit das Auto mit der Ladesäule verbinden.

Öffentliche Energieversorgung

Schließlich besteht immer auch die Möglichkeit, die Ladung über das gewöhnliche Stromnetz vorzunehmen. Allerdings braucht man in diesem Fall ein besonderes Ladekabel mit einer Elektronik, die den Ladevorgang steuert und damit die Ladesäule ersetzt. Solche Ladekabel sind für Schukosteckdosen meist im Lieferumfang des E-Autos enthalten, will man sich mit Campingsteckern (blau, 3,7 kW) oder CEE-Buchsen (rot, 11 und 22 kW) verbinden, benötigt man besondere Kabel.

Das Laden über das Stromnetz erfolgt über besondere Kabel mit eingebauter Ladelektronik. Mit Zwischensteckern wir dann auf die verschiedenen Steckdosen umgesetzt. Genaugenommen habe man damit eine portable Ladestation immer dabei.

Links

IEC 62196: Steckertypen und Lademodi
https://de.wikipedia.org/wiki/IEC_62196

Ladestecker
https://www.goingelectric.de/wiki/Ladung-und-Ladestecker/

Laden von Elektroautos
https://www.mobilityhouse.com/de_de/ratgeber/technisches-grundwissen

CCS
https://de.wikipedia.org/wiki/Combined_Charging_System

WienEnergie
https://www.wienenergie.at/privat/produkte/e-mobilitaet/unterwegs-laden/e-ladestation-finder/

Kelag, e-tankstellenfinder
https://e-tankstellen-finder.com/at/de/elektrotankstellen/

goingelectric.de
https://www.goingelectric.de/stromtankstellen/

Ladestation mit Direktzahlung
https://enercharge.at/wp-content/uploads/2019/11/TD_UFC200-350-500-1019v6.pdf

Ladestation
https://de.wikipedia.org/wiki/Ladestation_(Elektrofahrzeug)#Ultra-Schnelllades%C3%A4ulen

Technisches Grundwissen
https://www.mobilityhouse.com/de_de/ratgeber/technisches-grundwissen