Wie schnell lädt eine Schnellladestation? Und was hat es mit diesen Kilowattstunden auf sich? – Das sind Fragen, die sich ein E-Autofahrer in spe früher oder später stellen wird. Das Zusammenspiel zwischen Elektrofahrzeugen, Ladestrom und Steckertypen zu verstehen, ist die Basis, um der Funktionsweise einer schnellen Ladestation auf den Grund zu gehen.
Warum Schnellladestationen wichtig sind
Was Ladezeiten angeht sind die Ansprüche an die Ladeinfrastruktur enorm hoch. Immerhin will niemand an einer Tankstelle auf der Autobahn oder der Landstraße eine Stunde oder noch länger auf das Laden seines Elektroautos warten. Lange Wartezeiten sind nämlich nicht nur lästig, sondern können bei Regen oder Schnee auch schnell ungemütlich werden. Hinzu kommt der Sicherheitsaspekt insbesondere Frauen fühlen sich bei dem Gedanken, in der Dunkelheit lange hingehalten zu werden verunsichert und entscheiden sich aus diesem Grund oft gegen ein E-Auto. Wer schnell tanken will, muss eben doch einen Verbrenner fahren, heißt es. Doch diese Behauptung ist nicht richtig, denn modernste Technologien erlauben schnelles Laden.
Wie funktionieren Schnellladesäulen?
Das A und O für schnelles Laden ist Gleichstrom (DC). Da Strom aus der Steckdose jedoch eigentlich immer Wechselstrom ist, muss dieser in einem ersten Schritt in Gleichstrom umgewandelt werden. Bei Schnellladesäulen vollzieht sich dieser Prozess in der Ladesäule selbst. Das heißt die Umwandlung erfolgt direkt in der Ladestation und aus dessen Stecker fließt bereits Gleichstrom. Die Leistung von der wir hier sprechen liegen zwischen 50 bis 350 KW/Stunde. Zum Vergleich aus einer herkömmlichen Haushaltssteckdose kommen ca. 3 kW/Stunde. Elektroautos haben in der Regel eine Speicherkapazität von 40 bis 100 kW. Damit könnte die Ladedauer mit einem Schuko Stecker bis zu 16 Stunden betragen, während Laden an Schnellladesäulen in 8 Minuten möglich ist. Damit wären die Akkus von Elektrofahrzeugen in unter 10 Minuten komplett geladen. Wer es bei schlechtem Wetter oder Dunkelheit noch eiliger hat, kann je nach benötigter Reichweite den Ladevorgang auch früher abbrechen.
Welche Komponenten sind beim Schnelladen entscheidend?
Schnellladestationen können Elektrofahrzeuge nur dann mit Gleichstrom laden, wenn auch die anderen Komponenten des Ladevorgangs dies ermöglichen. Hierzu gehört das Ladekabel, der Stecker und das Elektroauto selbst. Kann nämlich das Kabel bzw. der Stecker nicht mit hohen Ladeleistungen umgehen, werden diese automatisch durch das schwächste Glied in der Kette gedrosselt bzw. unmöglich gemacht. Das in Europa als Standard etablierte Mode-3-Ladekabel mit Typ-2-Stecker erlaubt ungedrosseltes Laden bis zu 22 Kilowatt. Ein weiterer Gleichstromstecker ist der vornehmlich in Japan gebräuchliche CHAdeMO Stecker. Mit dem CCS Stecker, dem Combined Charging System, ist sowohl AC Laden als auch DC Laden möglich.
Die letzte Hürde ist das Elektrofahrzeug selbst. Da Akkus nur mit Gleichstrom geladen werden können, ist im Fahrzeug kein Gleichrichter oder Umwandler nötig. Die Ladeleistung eines E-Autos variiert jedoch stark nach Hersteller und Fahrzeugtyp. Darauf ist beim Kauf jedenfalls zu achten. Denn die schnellste Ladestation, die besten Ladekabel und Stecker nützen nichts, wenn das E-Auto nicht in der Lage ist die zugeführte Energie aufzunehmen.
Wie wird ein E-Auto-Akku geladen ?
In E-Autos sind sogenannte Lithium-Ionen-Akkus verbaut. Diese haben eine Speicherkapazität von etwa 40 bis 100 kW. Die elektrische Energie wird vom Motor in mechanische Arbeit umgewandelt und bewirkt die Fortbewegung des Fahrzeugs. Während dieses Vorgangs fließen Elektronen zwischen dem Minus- und Pluspol der Batterie. Durch den Fahrbetrieb wird die gespeicherte Energie weniger und nach einigen 100 Kilometern ist die Batterie entladen. Das erneute Aufladen erfolgt an einer Ladestation. Dabei fließt Strom in Form von Elektronen in der entgegengesetzte Richtung in die Batterie zurück und wird auf diese Weise für eine spätere Verwendung gespeichert.
Was ist eine Kilowattstunde und was sagt sie aus?
Die Kilowattstunde gibt an, wieviel Energie mit einer Leistung von 1.000 Watt in einer Stunde aufgenommen oder abgegeben werden. Der durchschnittliche Verbrauch eines E-Autos auf 100km liegt zwischen 5,8 kWh und 24,2 kWh. Bei einer Speicherkapazität von 50kW kann damit die Reichweite je nach Fahrzeugtyp zwischen 200 und mehr als 800 km liegen. Nach etwa 7 bis 10 Jahren lässt die Speicherfähigkeit des Lithium-Ionen-Akkus nach, was meist das Ende der Batterie-Lebenszeit bedeutet.
Wo gibt es Schnellladesäulen?
Taktisch klug ist es natürlich, das Aufladen des E-Autos möglichst sinnvoll in den Alltag zu integrieren. Wer nicht an einer Tankstelle stehen will, könnte das Angebot einiger Supermarktketten annehmen, und das Fahrzeug an einer Schnellladestation während des Einkaufs aufladen. Damit schlägt man zwei Fliegen mit einer Klappe.
Die Ladeinfrastruktur bessert sich zudem zunehmend. Damit ist es durchaus denkbar, in Zukunft auch während eines Besuchs beim Frisör, Zahnarzt oder eines Elternabends in der Schule sein Fahrzeug mit Strom aufzuladen.
Doch was wenn man an der Kasse noch eine alte Freundin trifft und sich verplappert? Ist das Auto dann überladen? Nein, denn das Aufladen kann und muss elektronisch überwacht werden. Diese Funktion ist in der Schnellladesäule integriert.
Wie funktionieren Schnellladesäulen zu Hause?
Sogenannte Wallboxen erlauben Schnellladen in der Garage oder im Carport zu Hause. Im Gegensatz zur Haushaltssteckdose mit einer Ladeleistung von etwa 3 kW, ermöglichen Wallboxen eine Ladeleistung von bis zu 22kW – was bei einer Akku-Speicherkapazität von 50 kW einer Ladezeit von 2-3 Stunden entspricht. Doch nicht nur die Schnelligkeit des Ladens spricht gegen den Schuko-Stecker. Denn bei Haushaltssteckdosen besteht die Gefahr eines Kabelbrands aufgrund der hohen Dauerbelastung, die beim Laden eines E-Autos entsteht.
Eine Alternative zu Wallboxen stellt das Laden mit Kraftstrom dar. Durch den drei-phasigen Stecker ist auch mit Kraftstrom das Schnellladen mit 22 kW pro Stunde möglich. Auch wenn die Sicherheitsaspekte definitiv für Wallboxen sprechen, bietet der Kraftstrom bezüglich der Ladeleistung eine valide Alternative.
Kraftstrom, Schuko Stecker und die meisten Wallboxen haben eines gemeinsam: Sie laden mit Wechselstrom (AC). Da Akkus allerdings nur mit Gleichstrom (DC) geladen werden können, wird im Fahrzeug ein sogenannter Gleichrichter benötigt, der AC in DC umwandelt.
Der AC ist auch der Grund, warum die Obergrenze der möglichen Ladeleistung bei 22kW liegt. DC schafft hingegen bis zu 350 kW die Stunde . Es gibt jedoch auch einige Wallboxen, die DC Laden unterstützen. Ähnlich wie bei Schnellladestationen, wird der AC in der Wallbox in DC umgewandelt und so schnellstes Laden ermöglicht.
Was kostet schnelles Laden von E-Autos?
Im Vergleich zu Verbrennungsmotoren ist das “Volltanken” von E-Autos deutlich kostengünstiger. Dabei muss jedoch auch die Reichweite des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Es gibt sowohl Verbrenner als auch E-Autos, die beispielsweise eine Reichweite von 800 Kilometern haben. Das ist für ein Elektrofahrzeug die obere Grenze und setzt eine sehr niedrigen Verbrauch voraus. Wenn wir von einer Speicherkapazität des E-Auto-Akkus von 70 kW ausgehen, und dem in Deutschland durchschnittlichen Preis pro Kilowattstunde von circa 35 Cent, ergibt dies bei Vollladung ein Preis von 24,50 Euro. Doch bei einem Verbrauch von durchschnittlich 17 kWh würde man nur 400 km weit kommen. Damit wäre man bei 49 Euro für 800 Kilometer.
Die Kosten für das Aufladen eines E-Autos variieren natürlich stark abhängig von der jeweiligen Ladestation und auch davon, ob zu Hause oder an einem öffentlichen Ladepunkt geladen wird. Grundsätzlich besteht jedoch die Möglichkeit hier im Vergleich zu Verbrennern Geld zu sparen.
Fazit
DC Laden ist das Geheimnis von Ladestationen, um die Ladezeit von E-Autos zu verbessern und an die Tankzeiten von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren heranzukommen. Mit bis zu 350 kW pro Stunden können Fahrzeug-Akkus geladen werden, was eine erneute Fahrbereitschaft innerhalb weniger Minuten ermöglicht. Lösungen zu Hause arbeiten meist mit AC – sowohl Kraftstrom als auch Wallboxen (meistens). Damit liegt die Leistungsgrenze bei 22kW. Eine gute Lösung im Vergleich zu den rund 3 kW, die aus der herkömmlichen Schuko-Steckdose kommen.
Gerade unterwegs wird schnelles Laden immer eine Rolle spielen. Denn niemand will stundenlang auf einer Tankstelle oder bei einem sonstigen Ladepunkt ewig festhängen. Die Technologie ist bereits soweit fortgeschritten, dass die Tankzeiten vergleichbar mit Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor werden. Eine wichtige Entwicklung in der Elektromobilität, um sie wettbewerbsfähiger und alltagstauglicher zu machen.
