Okt 29

Elektroauto – Ladestationen


Um mit einem Elektroauto zu fahren muss dieses ab und zu geladen werden.

Dabei gibt es deutliche Unterschiede zu herkömmlichen Verbrennerfahrzeugen.

 

  • Elektroautos werden nicht betankt sondern geladen. Insofern ist der Begriff “Elektrotankstelle” grundsätzlich falsch, auch wenn er sich mittlerweile weit verbreitet hat. [Aber man gewöhnt sich ja an jeden Quatsch, auch wenn sich mir beispielsweise als Informatiker beim Begriff Daten-“Autobahn” jedesmal die Zehennägel aufstellen. Vor allem wenn die Verantwortung über die Daten-AUTOBAHN dann auch noch dem Verkehrsministerium zugeteilt wird. Na immerhin heisst das mittlerweile “Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur”. Und als Zusatz “Das Ministerium für Mobilität und Modernität”.  Da Elektroautos zunehmend vernetzt sind und bald alles internetgesteuert autonom fahren soll. passt es dann ja auch wieder.]
  • Elektroautos lassen sich zuhause laden, in der Garage, am Stellplatz oder auch am Straßenrand.
  • Zum Laden reicht theoretisch eine einfache Steckdose. Im Gegensatz zu Tankstellen benötigt man keinen versiegelten Boden und es gibt auch keinerlei Verunreinigungen oder Umweltverschmutzung beim Ladevorgang.
  • Die Energie kann man direkt aus der Solaranlage vom Dach laden und muss sie nicht umweltzerstörend aus fernen Ländern importieren.

 

AC/DC – Wechselspannung vs. Gleichspannung

 

Das Stromnetz arbeitet heutzutage mit Wechselspannung, aktuell sind 240V einphasig, d.h. mit einer 3adrigen Leitung (Phase, Neutralleiter, Schutzleiter) oder 400V dreiphasig mit 5adrigen Leitungen (Phasen L1, L2, L3, Neutralleiter, Schutzleiter)

Batterien in Elektroautos arbeiten aber mit Gleichspannung. Im Prinzip nicht anders als in Taschenlampen und Spielzeugautos. Nur viel größer, moderner und mit mehr Elektronik – vor allem zum Schutz und zur Pflege der Akkus.

 

Um die Wechselspannung aus dem Netz in die Gleichspannung für das Elektroauto umzuwandeln benötigt man sogenannte Gleichrichter.

Diese können entweder im Auto verbaut sein oder in der Ladestation.

Vorteil beim Verbau im Auto:

Man kann den Ladeanschluss sehr billig halten, prinzipiell reicht eine einfache Haushaltssteckdose. Durchgesetzt haben sich aber Adapter die eine gewisse Schutz- und Ladeelektronik eingebaut haben.

Nachteil:

Ein Mehraufwand bei der Fahrzeugtechnik, damit höheres Fahrzeuggewicht und natürlich ein höherer Preis.

Die verbaubare Wandlergröße ist daher begrenzt. Ältere Renault Zoe können maximal mit 42kW laden, neuere Modelle nur noch mit 21kW, BMW i3 kann im aktuelle Modell nur 11kW laden, das alte Modell war sogar nur einphasig bis maximal 3,6kW verwendbar. Mit Schnellade-Option wären theoretisch 7,2kW möglich, das ist am Hausanschluss aber wegen Schieflast (hohe Last auf nur einer Phase) nicht zulässig.

Die meisten Elektrofahrzeuge können nur einphasig (3,6-7,2kW) oder 3phasig (11kW)

 

Vorteil beim Verbau in der Ladestation:

Es wird kein Gleichrichter im Auto benötigt, die mögliche Ladeleistung ist deutlich höher.

Sogenannte CCS-Ladestationen können heute schon 50kW anbieten. Höhere Leistung ist in Planung. Tesla Supercharger können schon heute mit deutlich über 100kW laden.

Allerdings kann ein Akku nur in einem begrenzen Bereich mit voller Leistung geladen werden.

Ist es zu kalt wird die Ladeleistung reduziert

Ist es zu warm wird die Ladelesitung reduziert

Ab einem gewissen Füllstand wird die Ladeleistung reduziert. Ab ungefähr 70% Füllstand fällt die mögliche Energieaufnahme pro Zeiteinheit beim Akku deutlich ab.

Deswegen sind Gleichspannungs-Lader vor allem dann sinnvoll wenn der Akku eine gewisse Größe hat.

Da man meistens noch Energie im Akku hat und aus Zeitgründen an solchen Ladestationen nicht bis 100% lädt sind in der Regel 50%-60% der Akkukapazität in kurzer Zeit auffüllbar.

Bei einem Tesla mit 100kWh kann man damit deutlich über 50kWh in kürzester Zeit laden, hier sogar mit über 100kW

Ein i3 dagegen mit 20kWh-Akku hat vielleicht ein sinnvolles Schnelladefenster von 10-15kWh.

Ausserdem kann man nicht beliebig viel Energie auf einmal in den Akku packen.

Die Lagemöglichkeit wird durch die Kapazität begrenzt. Das Verhältnis Akkukapazität zu Ladeleistung ist dabei wichtig.

Hat der Akku die Kapazit x(kWh), und wird geladen mit der Leistung x(kW) dann wird das mit 1C angegeben.

Bei linearer Ladung wäre der Akku in 1 Stunde voll.

Wird mit doppelter Leistung geladen, also mit 2x, dann wird das mit 2C angegeben, der Akku wäre in einer halben Stunde voll.

In der Praxis wird das aber dadurch begrenzt daß die Ladung eben nicht linear möglich ist. Je voller der Akku, desto langsamer kann er geladen werden. Ausserdem verträgt ein Akku nicht zu viele Schnellladungen.

Ein i3-Akku mit 20kWh wird bei 50kW mit 2,5C geladen. Das ist deutlich belastender als ein Tesla mit 100kWh der mit 100kW = 1C geladen wird.

 

Das heisst: je größer der Akku, desto sinnvoller sind DC-Lader für die Schnell-Ladung.

Damit bieten sich Gleichspannungs-Ladestationen vor allem für das schnelle Laden zwischendurch an – wenn man z.B. auf langer Fahrt mal eben viel neue Energie in den Akku packen will.

 

Zuhause laden

 

NRGKick - Ladeadapter für Elektroauto

NRGKick – Ladeadapter für Elektroauto

Das Tolle an Elektrofahrzeugen ist die Tatsache, daß man diese zuhause laden kann.

Zuhause laden geht derzeit nur mit Wechselspannung. Gleichspannung wäre zwar möglich, aber es wird sich kaum jemand eine Ladesäule für aktuell 5stellige Preise in die Garage bauen. Zumal man in der Garage normalerweise keine Schnellladung benötigt. Sogenannte Schnarchladung reicht hier vollkommen.

Damit hat man zum einen morgens beim Losfahren immer eine vollgeladene Batterie (vorausgesetzt man hat das Auto auch abends an die Steckdose gehängt) und zum anderen relativiert sich damit die oft genannte “Reichweitenangst” deutlich. Man fährt wenn man es richtig macht immer mit vollem Akku los.

 

In der Regel bekommt man zu seinem Elektrofahrzeug ein Ladekabel dazu das für eine normale Haushaltssteckdose geeignet ist.

Allerdings sind Haushaltssteckdosen nicht für hohe Dauerlast geeignet.

Für die hohe Anschluss-Last müssen die Leitungen entsprechend geeignet sein, ausserdem muss man vorsichtig sein mit den Steckdosen, häufige hohe Belastung kann zur Ermüdung der Kontakte führen.

Für tägliches Laden sind diese Adapter daher nicht empfehlenswert. Üblicherweise werden die Teile daher auch als Notlader bezeichnet.

Auf jeden Fall sollte man von einem Elektriker den Hausanschluss überprüfen lassen bevor man regelmäßig ein Elektroauto an der Steckdose auflädt.

Eine Schuko-Steckdose kann theoretisch 3,6kW (230V/16A).

ABER – aktuell sollte man im Haushalt nicht mehr mit 16A absichern und für DAUERLAST über 10A sind die Steckdosen nicht ausgelegt, damit stehen maximal ca. 2,3kW zur Verfügung

Ein neuer i3 mit komplett leerem 30kWh-Akku benötigt damit fast 15 Stunden, ein Tesla mit 100kWh ist damit nicht mehr sinnvoll komplett zu laden (für den Schluck Energie über Nacht reicht es natürlich trotzdem).

 

Besser geeignet sind auf jeden Fall sogenannte WALLBOXEN.

Diese kosten zwar ein paar Euro, werden dafür aber fest angeschlossen (vom Elektriker), haben eingebaute Schutzelektronik und bieten deutlich höhere Ladeleistung als einfache Steckdosen.

Durch den Wegfall des Schuko-Steckers verschwindet auch ein Haupt-Schwachpunkt der Steckdosenladung.

Ausserdem werden Wallboxen sinnvollerweise direkt im Verteilerkasten angeschlossen, dazu verwendet man ausreichend dimensionierte Kabel und eine extra Sicherung, parallel angeschlossene Verbraucher sollte man vermeiden. Dann kann man die volle Leistung der Box auch ausnutzen.

 

Je nach Box sind dann 3,6kW (230V/16A), 7,2kW (230V/32A – wenn das Auto das kann und der Netzbetreiber das zulässt ) bis 21kW (Drehstrom mit 16A) oder gar 42kW (Drehstrom mit 32A) möglich.

Bei 32A muss dann natürlich auch der Hausanschluss ausreichend dimensioniert sein, sonst kann schnell mal die Hauptsicherung auslösen wenn man das Auto lädt und gleichzeitig Kuchen bäckt.

 

NRGKick - Ladeadapter für Elektroauto

NRGKick – Ladeadapter für Elektroauto

Aus meiner Sicht die beste Lösung sind allerdings mobile Ladeboxen!

Beispielsweise der nrgkick oder ähnliche Geräte.

Es handelt sich dabei um dieselbe Technik wie bei einer Wallbox, nur eben mobil.

Die Teile lassen sich mit Adaptern von der Schuko-Steckdose über den blauen Campingstecker bis zur Drehstromsteckdose mit 400V/32A an allen Anschlüssen betreiben, die maximale Ladeleistung lässt sich komfortabel einstellen und das interessante:

Während man eine fest installierte Wallbox beim Netzbetreiber anmelden muss sind Steckdosen anmeldefrei!

Also einfach einen 400V/32A-Anschluss vom Elektriker installieren lassen (ein guter Elektriker prüft dann natürlich ob die vorhandene Installation das verträgt!) und gut ist.  Mit so einem Anschluss kann man dann bei Bedarf auch mal andere Geräte in der Garage versorgen, wie z.B. Kreissäge, Partygrill, Discoanlage, usw.

Und wenn man irgendwo bei Freunden zu Besuch ist und dort laden muss, dann kann man mit den Teilen oft schneller laden, denn die roten Drehstromsteckdosen sind weit verbreitet und können deutlich mehr Dauerlast als eine einfache Steckdose.

In den Bildern sieht man meinen NRGkick Ladeadapter.

Das Teil hat einen Anschluss für Drehstrom mit 3x230V/32A, entsprechend maximal ca. 21kW.

Dafür muss die Anschlussleitung natürlich korrekt ausgeführt sein.

Wir haben ein komplett neues Kabel mit 5x6qmm direkt vom Sicherungskasten in die Garage gezogen. Getrennt von den anderen Verbrauchern und extra abgesichert. Angeschlossen und geprüft vom Elektriker.

Im Sicherungskasten ist dann ein FI Typ A EV verbaut.

Ganz wichtig: FI mit Typ A dürfen für Ladeanschlüsse NICHT verwendet werden da es zu Problemen kommen kann die den FI in der Funktion stören. FI Typ B ist aber unverhältnismäßig teuer. Daher sind FI vom Typ A mit dem Zusatz EV ideal, die wurden speziell für den Einsatz für Ladestationen entwickelt.

Eigentlich hat der NRGKick alle notwendigen Schutzschaltungen integriert, aber da die Drehstromsteckdose (CEE32) natürlich auch anderweitig benutzt werden kann (Kreissäge, Disco-Anlage, usw.) ist ein FI hier zwingend erforderlich.

Das Kabel wurde natürlich komplett im Kabelkanal verlegt. Der “Ausgang” in der Garage wurde natürlich nicht einfach ausgesägt sondern das Plastik umgebogen damit es keine scharfen Kanten gibt. Zusätzlich dient ein Stück Gartenschlauch als Schutz. 200% Sicherheit eben.  Für die Installation mussten Halter für Gartengeräte an der Wand weichen. Die Clips haben perfekt zum Kabel gepasst. Also abgesägt und an die Wand geschraubt – die perfekte Zugentlastung für den NRGkick – und bei Bedarf einfach ausklipsen.

Eine alte Wandhalterung für eine Gartenleiter wurde abgesägt, umgebogen und an die Wand geschraubt. Die dient jetzt als Kabelhalter. So ist das Kabel immer perfekt aufgeräumt (obwohl ich ja sonst nicht ganz so ordentlich bin).

Der NRGKick kann mit Adpater von der normalen Schuko-Steckdose über die blaue Campingsteckose bis CEE16/CEE32 an allen üblichen Steckdosen betrieben werden. Universeller geht es fast nicht.

Die Leistung reicht auch dicke. Denn mit maximal 32kW lädt man selbst zukünftige 200kWh-Batterien über Nacht.

Für die Schnarchlader aus 2016/2017 reicht es jedenfall üppig aus.

 

Unterwegs laden.

Idealerweise reicht die Reichweite des Elektroautos so weit daß man unterwegs garnicht mehr laden muss.

Nur leider ist das in 2016 immer noch eher ein Traum.

Da die deutschen Hersteller eigentlich garkeine Elektroautos wollen, da sie an Stinkediesel & Co einfach mehr verdienen kommen die meisten Elektroautos aus dem Ausland und sind vor allem für die USA gebaut.

Die USA sind zwar der größte Umweltverschmutzer überhaupt, aber irgendwie haben sie es doch geschafft, bei den Elektrovehikeln (EV) mit an der Spitze zu sein während in Deutschland noch die Zeit der Dinopampe-Verbrenner herrscht.

So wundert es nicht daß die meisten Fahrzeuge nur 1phasig laden können. Mehr braucht es in den USA nicht, dort sind die Häuser sowieso nur 1phasig angeschlossen.

Selbst der BMW i3 kann nur 1phasig – erst die Version ab Herbst 2016 kann mit 3 Phasen geladen werden.

Eine Ausnahme bildet der Renault Zoe mit einem 21kW-Lader. Dafür ist dann auch der NRGKick wieder ideal.

Die älteren Modelle konnten sogar 42kW laden. Das scheint dem Hersteller aber dann doch zu modern gewesen zu sein, daher haben neuere Modelle nur noch 21kW-Anschlüsse. Schade.

 

AC (Wechselspannung) wäre so einfach, denn das gibt es quasi überall.

Von der Steckdosen-Schnarchladung bis zum Starkstromanschluss mit 3x32A bzw. 3x64A (selten) kann man einfach überall einstecken und laden.

Das scheint aber nicht gewollt zu sein.

Vor allem die deutschen Hersteller wollen lieber neue und vor allem teure Gleichspannungstechnik.

DC (Gleichspannung) ist der neue Ladestandard – vor allem für Schnell-Ladeanschlüsse

CCS ist die Lademethode der Zukunft.

Zwar gibt es aktuell nur ein paar wenige Ladestationen mit bis zu 50kW und eine Spezifikation bis 150kW, aber die deutschen Hersteller machen schon den 2. Schritt vor dem ersten und planen mit bis über 300kW Ladeleistung. Vielleicht um damit weitere Verzögerungen beim Ausbau besser erklären zu können: “wir wollen ja, aber die NEUE Technik ist noch nicht so weit und die aktuelle – die ist ja schon wieder ganz alt”.

Ein großes Problem dabei ist auch daß jeder Anbieter seine eigene Supper kocht – man benötigt irgendwelche Chipkarten oder Apps, muss sich vorher anmelden oder die Ladesäule ist nur während der Geschäftszeiten zugänglich. Einheitliche Standards fehlen leider.

 

 

Der einzige Anbieter der wirklich alles richtig macht bei der eMobilität ist Tesla:

  • Supercharger mit weniger als 100km Abstand an allen Autobahnen quer über den Kontinent bereits in Betrieb.
  • pro Ladestelle gleich 8-10 Ladesäulen und nicht eine einzige die nur dazu dient daß irgendein Minister bei der Einweihung doof grinst und anschliessend alles mit Verbrennern zugeparkt wird oder aus sonstigen Gründen nicht funktioniert.
  • Ladeleistung bis 130kW
  • und natürlich Akkus die weit über 300km reichen, mit dem Spitzenmodell mit 100kWh sogar über 500km.

Einziges Problem:

Die Fahrzeuge sind nicht massentauglich, der Preis ist dafür deutlich zu hoch. Und die Abmessungen der Fahrzeuge orientiert sich an den US-Gewohnheiten. Mit einem Tesla Model S oder Model X in einem deutschen Parkhaus kann da schon mal zu Problemen führen.

 

Ende 2016 scheint sich aber endlich etwas zu tun:

  • einige Anbieter wollen tatsächlich DC-Ladesäulen in größeren Mengen aufstellen
  • es soll brauchbare Abrechnungssysteme geben, also z.B. EC-Karte, Kreditkarte oder ähnliches OHNE Anmeldung und Vertrag.

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