E-Mobilität

Rund um das E-Auto-Laden – Teil 3: Die Ladestationen

Von Marcus Zacher | 12. Januar 2021
Rund um das E-Auto-Laden – Teil 3: Die Ladestationen

Im LadeHero-Dreiteiler erfahren Sie, worauf es beim Laden von E-Autos ankommt. In Abschnitt 3 stellen wir die verschiedenen Varianten von Ladestationen vor, an denen E-Autos und Plug-in-Hybride aufgeladen werden können.

Je nach Anwendungszweck, Aufstellort, Ladeleistung und Kosten gibt es unterschiedlichste Arten von Ladestationen, an denen man den Akku seines Elektrofahrzeugs wieder aufladen kann. Fangen wir mit einer der gängigsten Variante an:

Wallboxen

Eine Wallbox ist, wie der Name schon sagt, eine Ladestation, die an der Wand befestigt wird. Eine Wallbox ist fest mit dem Stromnetz verkabelt und daher nicht mobil, d. h. man kann Sie nicht ohne Weiteres mitnehmen. In einer Wallbox sind immer verschiedene Sicherheitskomponenten, bspw. eine Fehlerstromüberwachung, und eine Kommunikationsschnittstelle zum Fahrzeug integriert. Abhängig vom Funktionsumfang können auch weitere Funktionen integriert sein. Häufige Extras sind Lösungen, die den Zugang regeln (z. B. per RFID-Reader oder Schlüssel), eine Anbindung ans Heimnetz (z. B. per WLAN) oder ein integrierter Strom- und Energiezähler, den man für die Abrechnung des Ladestroms benötigt.

Person lädt E-Auto an Wallbox
Für das Laden zuhause oder in der Firma stellen Wallboxen eine komfortable Lösung dar. Es gibt sie in vielen verschiedenen Varianten für die unterschiedlichsten Einsatzzwecke.

Wallboxen gibt es entweder mit einem fest angeschlagenen Ladekabel oder mit einer Ladedose. Sehr komfortabel sind die Varianten mit fest angeschlagenem Ladekabel, flexibler sind jedoch die Varianten mit Ladedose, da man hier die Ladekabellänge je nach Fahrzeug variieren. Zudem lassen sich damit E-Autos mit einem Typ-1-Anschluss mit Strom versorgen. Der Typ-1-Stecker verliert hierzulande jedoch stark an Bedeutung, sodass in den allermeisten Fällen der Anschluss „Typ 2“ die richtige Wahl ist.

Wenn Sie an einer Wallbox aufladen, handelt es sich stets um einen Mode-3-Ladevorgang. Das gilt zumindest, wenn mit Wechsel- bzw. Drehstrom geladen wird. Dabei decken die Wallboxen ein breites Spektrum an Ladeleistungen ab. Die kleinsten üblichen Leistungen liegen bei 3,7 kW. Maximal 22 kW sind in der Regel möglich.

Es gibt jedoch auch DC-Wallboxen. Hier spricht man dann von einem Mode-4-Ladevorgang. Da die DC-Wallboxen eine integrierte Leistungselektronik haben, die aus dem Drehstrom des Netzes einen Gleichstrom zum Laden des Fahrzeugs erzeugen, sind sie deutlich teurer als AC-Wallboxen. Daher sind sie auch viel seltener anzutreffen und aufgrund der hohen Kosten für den privaten Gebrauch ungeeignet.

Wallboxen sind die üblichen Ladelösungen für die Verwendung zuhause. Sie sind in ganz unterschiedlichen Formen erhältlich. Derzeit werden bestimmte Wallboxen für die private Nutzung über die KfW mit 900 Euro je Ladepunkt gefördert.

Mobile Ladestationen

Mobile Ladestation auf dem Boden liegend
Mobile Ladestationen kann man an verschiedene Steckdosen anschließen. Je nachdem, wie leistungsfähig die Steckdose ist, sind Ladeleistungen bis 22 kW möglich.

Eine Wallbox zum Mitnehmen – so könnte man mobile Ladestationen am treffendsten beschreiben. Eine einfache Variante der mobilen Ladestation gehört bei vielen Elektroautos zum serienmäßigen Lieferumfang, dann allerdings mit einer geringen Leistung von nur 2,3 kW. Diese mobilen Ladestationen werden oft als „Notladekabel“ oder umgangssprachlich auch als „Ladeziegel“ bezeichnet und dienen zum langsamen Laden an einer Haushaltssteckdose (Schuko).

Es gibt aber auch leistungsstärkere, mobile Ladestationen, die beim Aufladen Leistungen von bis zu 22 kW ermöglichen. Diese Modelle sind über verschiedene Adapter flexibel einsetzbar, sodass fast jede Steckdose zum Laden eines E-Autos genutzt werden kann. Anders als eine Wallbox sind mobile Ladestationen am netzseitigen Anschluss immer mit einem Stecker versehen, mit denen sich die mobile Ladestation mit dem Stromnetz verbinden lässt.

Die erforderlichen Kommunikations- und Sicherheitsbauteile sind in einer kleinen Box integriert, die ICCB (In-Cable Control Box) oder ICCPD (In-Cable Control and Protection Device) genannt wird. Das Laden mit einer mobilen Ladestation ist ein Aufladevorgang gemäß Mode 2.

AC-Ladesäulen

E-Auto aufladen an einer AC-Ladesäule
Aufladen an einer AC-Ladesäule

Für die Wechselstrom-Ladung in der Öffentlichkeit wird man in den meisten Fällen eine Ladesäule ansteuern. Die meisten AC-Ladesäulen sind mit einer Funktion zur Nutzeridentifikation (meistens per RFID) und ein bis zwei Typ-2-Ladedosen ausgestattet. Manche Ladesäulen sind auch mit fest angeschlagenen Ladekabeln oder Schuko-Steckdosen ausgerüstet. Zusätzlich ist ein eichrechtskonformer Stromzähler verbaut und ein Kommunikationsmodul. Es verbindet die Ladesäule mit den Servern des Betreibers.

AC-Ladesäulen gehören zu den günstigsten Möglichkeiten, das Aufladen im öffentlichen Bereich zu ermöglichen. Die Anschlusskosten sind vergleichsweise niedrig. Letztlich muss der netzseitige Drehstrom bis zur Dose der Ladesäule transportiert, gemessen und überwacht werden. AC-Säulen bieten in der Regel Ladeleistungen von 11 bis 22 kW pro Anschluss. Einige liefern aber nur 3,7 kW. Selten sind sogar bis zu 43 kW möglich, meist als Teil einer DC-Ladesäule. Ein Ladevorgang an einer AC-Ladesäule erfolgt nach dem Auflade-Modus 3.

DC-Ladesäulen

Für höhere Ladeleistungen und daraus resultierenden kürzeren Ladezeiten muss man eine Gleichstromladestation anfahren. Eine DC-Ladesäule verändert den Drehstrom aus dem Versorgungsnetz. Sie macht ihn zu Gleichstrom. Dann lädt sie die Fahrzeugbatterie ohne Umwege durch den On-Board-Lader des Elektroautos. Der On-Board-Lader, also das fahrzeugintegrierte Ladegerät, ist beim Laden meist das Nadelöhr. Ein leistungsfähigerer On-Board-Lader würde deutlich mehr kosten, mehr Bauraum benötigen und auch das Gewicht nach oben treiben.

Daher ist es naheliegend, die Funktion des Gleichrichtens des Stroms nach außen zu verlagern, wo es geringere Beschränkungen für Größe und Gewicht gibt. Die teurere Technik teilen sich dann einfach mehrere Fahrzeuge.

Ein spezielles DC-Ladekabel muss man sich übrigens nicht kaufen. Beim Laden mit Gleichstrom ist das Ladekabel stets fest installiert (das gilt auch für DC-Wallboxen). Ein Ladevorgang an einer DC-Ladesäule ist auch hier ein Mode-4-Ladevorgang. Das Gros der DC-Ladesäulen ist mit einem CCS-Stecker ausgerüstet. In seltenen Fällen ist auch noch ein CHAdeMO-Anschluss verbaut.

E-Mini lädt an einem Triple Charger
E-Mini lädt an einem Triple Charger

Eine Sondervariante ist der sogenannte „Triple-Charger“, eine Ladesäule, die gleich drei Ladeanschlüsse verschiedenen Typs bereitstellt. Hier findet man sowohl einen CCS- als auch einen CHAdeMO-Anschluss für das Laden mit Gleichstrom vor, als auch einen Typ-2-Anschluss für die Wechselstromladung. Der Triple-Charger kombiniert also DC- und AC-Laden, und damit das Laden nach Mode 3 und Mode 4. Die meisten DC-Ladesäulen stellen Ladeleistungen von 50 bis 80 kW zur Verfügung. Ab 100 kW spricht man vom High-Power-Charging.

High-Power-Charger

Ein moderner High-Power-Charger bietet Ladeleistungen von 300 bis 350 kW.
Ein moderner High-Power-Charger bietet Ladeleistungen von 300 bis 350 kW.

Waren zu Beginn der Elektromobilität die Triple-Charger mit ihren 50 kW noch völlig ausreichend, können moderne Elektroautos heute nur noch müde darüber lächeln. Daher werden immer mehr sogenannte High-Power-Charger (kurz: HPC) aufgebaut, mit denen Elektroautos mit bis zu 350 kW laden können. Die Gleichrichter sind hier viel stärker (und größer) als bei gewöhnlichen DC-Ladesäulen und daher auch in separaten Schaltschränken etwas abseits der Ladesäule untergebracht. Außerdem müssen die Stecker hier aktiv gekühlt werden, damit sie nicht überhitzen, weshalb ein Kühlmedium in der Leitung und im Stecker zirkuliert. Natürlich sind auch hier die Ladekabel fest angeschlagen.

HPC-Ladestation von EnBW
HPC-Ladestation von EnBW

HPCs unterstützen immer auch das Laden von 800-Volt-Fahrzeugen, wie dem Porsche Taycan, wodurch die Ladezeiten drastisch reduziert werden können.

Der Porsche Taycan lädt an einem HPC
Der Porsche Taycan schafft mit rund 270 kW die derzeit höchste Ladeleistung an einem HPC.

Doch auch E-Autos mit 400-Volt-Technik, wie der Audi e-tron, benötigen HPC-Lader, um die erreichbare Leistung von 150 kW und mehr ausschöpfen zu können. Bislang gibt es noch kein Serienelektroauto auf dem Markt, welches die maximale Ladeleistung von 350 kW nutzen kann. Doch wird es nicht mehr lange dauern, bis auch diese Ladeleistungen Einzug in die Serie finden werden. Erste, sich in der Entwicklung befindende Elektro-Lkws, die mit 350 kW geladen werden können, gibt es bereits.

Tesla aufladen an HPC Supercharger
Eine Sonderform der HPCs für Tesla-Fahrzeuge sind die Supercharger.

Eine Sonderform der HPCs sind die Tesla Supercharger. Tesla hat bereits von Beginn an und noch lange, bevor der Begriff „High-Power-Charger“ verwendet wurde, sein eigenes HPC-Netzwerk aufgebaut und diese Ladestationen „Supercharger“ getauft. Diese haben einige Besonderheiten. Solche gibt es nur beim Supercharger. Grundsätzlich wird auch hier mit Gleichstrom und fest angeschlagenen Kabeln geladen. Für ältere Tesla Modelle (Model S und Model X) gibt es Supercharger mit einer Typ-2-Verbindung, welcher normalerweise für das Laden mit Drehstrom verwendet wird. Tesla nutzt in Europa allerdings diesen Stecker für die Gleichstromladung. Da der Typ-2-Stecker nicht auf das DC-Laden ausgelegt wurde, liegt das Limit bei ca. 150 kW. Damit das DC-Laden über Typ 2 funktioniert, setzt Tesla ein eigenes Protokoll für den Datenaustausch zwischen Ladestation und Fahrzeug. Somit weiß ein Tesla, dass er nicht an einer normalen AC-Ladestation angeschlossen wurde. Er erfährt, dass er an einem Supercharger lädt.

Da die Ladeleistung über den Typ-2-Stecker limitiert ist, hat Tesla inzwischen viele Supercharger-Ladesäulen mit CCS-Steckern ausgerüstet, an denen beispielsweise das Model 3 laden kann.

Zusammenfassung

Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Ladestationen. Wichtig ist dabei, AC- und DC-Ladestationen zu unterscheiden. AC-Ladestationen bieten zwar meistens geringere Ladeleistungen, sind jedoch deutlich günstiger als DC-Ladestationen. Daher sind Wallboxen oder mobile Ladestationen die idealen Ladestationen für das Laden zu Hause.

Für wirklich hohe Ladeleistungen und kurze Ladestopps werden jedoch die besonders leistungsstarken High-Power-Charger benötigt, von denen immer mehr an den Autobahnen zu finden sind. Doch selbst in den Städten trifft man inzwischen auf große DC-Ladeparks. Die Mehrzahl der Ladevorgänge wird man jedoch auch in Zukunft an Wallboxen und AC-Ladesäulen durchführen.

Marcus Zacher

Marcus Zacher arbeitete über 10 Jahre in der der Batterieentwicklung, zunächst bei der Daimler AG, anschließend bei der Porsche AG. Seit 2016 betreibt er den Elektromobilitäts-Blog Generation Strom. Heute ist Marcus Zacher als Chefredakteur für das E-Mobility-Magazin Elektroautomobil tätig und berät sowohl Unternehmen als auch Privatkunden bei Fragen zur Elektromobilität.
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