Ladestation für Elektroautos

Funktion

Ladestationen für Elektroautos sind speziell entwickelte Einrichtungen, die es Elektrofahrzeugbesitzern ermöglichen, ihre Fahrzeuge aufzuladen. Die meisten Ladestationen verwenden Wechselstrom (AC), der in den meisten Haushalten und Unternehmen verfügbar ist. Im Fahrzeug wird der Wechselstrom durch das integrierte Ladegerät in Gleichstrom (DC) umgewandelt, mit dem die Batterie geladen wird. Bei DC-Ladestationen (Schnellladestationen) erfolgt diese Umwandlung bereits in der Ladestation, sodass der Gleichstrom direkt zum Batteriesystem des Fahrzeugs geleitet werden kann.

Ein Elektroauto wird in der Regel über eine Ladesäule geladen, die an eine Stromquelle angeschlossen ist. Es gibt auch Wandladestationen, sogenannte Wallboxen, die in der Regel auf privatem Grund zum Beispiel an der Garagenwand montiert sind.

Lademöglichkeiten

• Laden über die Steckdose:

Die Haushaltssteckdose ist die einfachste Möglichkeit, ein Elektroauto zu laden. Hier wird das Auto über ein „Mode-2“-Ladekabel an eine normale Schutzkontakt-Steckdose (Schuko-Steckdose ) angeschlossen. Es ist nicht möglich, beispielsweise mit einem Mode-3-Ladekabel zu laden, das für das Laden an entsprechend ausgestatteten Ladeeinrichtungen vorgesehen ist. Allerdings ist diese Art der Ladung relativ langsam. Da normale Haushaltssteckdosen nicht grundsätzlich für eine über viele Stunden anhaltende hohe elektrische Belastung ausgelegt sind, müssen Steckdose und Elektroinstallation für das Laden geeignet sein. Zudem können die prozentualen Ladeverluste bei niedriger Ladeleistung höher ausfallen.

• Laden über eine sogenannte Wallbox:

Die Wallbox ist eine schnellere Option, die speziell für das Laden von Elektroautos entwickelt wurde. Die Wallbox wird in der Regel von einem Elektriker installiert und fest an die Elektroinstallation angeschlossen. Sie bietet eine höhere Ladeleistung und ist für das regelmäßige Laden eines Elektroautos besser geeignet als eine normale Haushaltssteckdose.

• Laden über eine öffentliche Ladestationen:

Öffentliche Ladesäulen sind meistens in der Stadt oder an Autobahnen zu finden. Sie ermöglichen das Laden von Elektroautos mit unterschiedlichen Ladeleistungen und sind mit verschiedenen Steckertypen ausgestattet. Schnellladestationen ermöglichen eine sehr schnelle Ladung von Elektroautos. Die Freischaltung und Bezahlung kann je nach Betreiber beispielsweise über eine Ladekarte oder eine App erfolgen. An öffentlich zugänglichen Ladepunkten muss außerdem punktuelles Laden ohne dauerhafte Vertragsbindung möglich sein.

Lademodi

Für das kabelgebundene Laden von Elektrofahrzeugen werden in der internationalen Normenreihe IEC 61851 verschiedene Ladebetriebsarten definiert. Unterschieden werden Mode 1 bis Mode 4:

Mode 1: Laden mit Wechselstrom (AC) über eine geeignete Steckdose. Das Ladekabel verfügt dabei nicht über eine integrierte Steuer- und Schutzeinrichtung, wie sie beim Mode-2-Laden zum Einsatz kommt. Mode 1 spielt beim Laden moderner Elektro-Pkw heute nur eine untergeordnete Rolle.

Mode 2: Laden mit Wechselstrom über eine geeignete Steckdose. Geladen wird über ein Ladekabel mit einer Steuer- und Schutzeinrichtung, die in das Kabel integriert ist.

Mode 3: Laden mit Wechselstrom an einer speziell für Elektrofahrzeuge vorgesehenen Ladestation oder Wallbox. Fahrzeug und Ladeeinrichtung kommunizieren dabei über eine Steuerverbindung miteinander, bevor und während elektrische Energie übertragen wird.

Mode 4: Laden mit Gleichstrom (DC). Das Ladegerät beziehungsweise die für die Umwandlung erforderliche Leistungselektronik ist dabei in der Ladestation integriert. Dadurch sind hohe Ladeleistungen möglich.

Stecker

Neben den Ladebetriebsarten muss festgelegt sein, welche Steckverbindungen an den entsprechenden Stellen zum Einsatz kommen.

Unterschieden werden dabei zwei Arten von Steckverbindungen:

• Die „energieseitige“ Steckverbindung zwischen der Steckdose und dem Ladekabel oder der Ladestation und dem Ladekabel
• Steckverbindung zwischen dem Ladekabel und dem Fahrzeug

Die Normenreihe IEC 62196 legt Anforderungen an Steckvorrichtungen und Fahrzeuganschlüsse für das konduktive Laden von Elektrofahrzeugen fest. IEC 62196-2 beschreibt standardisierte Steckerkonfigurationen für das Laden mit Wechselstrom (AC). Dazu gehören unter anderem:

• Steckverbindungstyp IEC 62196-2 Typ 1 
• Steckverbindungstyp IEC 62196-2 Typ 2 
• Steckverbindungstyp IEC 62196-2 Typ 3

Der Stecker vom Typ 2 hat sich in Europa als Standard für das AC-Laden etabliert.

Ladesysteme für das DC-Schnellladen

Für das Gleichstromladen (DC) beschreibt IEC 62196-3 standardisierte DC- sowie kombinierte AC/DC-Fahrzeugkupplungen. Für das Gleichstrom- Schnellladen sind insbesondere CCS und CHAdeMO relevant. 

CCS: 

CCS steht für Combined Charging System und bezeichnet ein Ladesystem, das AC- und DC-Laden über eine gemeinsame Fahrzeug-Schnittstelle ermöglicht. In Europa basiert CCS auf dem Typ-2-Anschluss: Für das AC- Laden wird die bekannte Typ-2-Schnittstelle genutzt, für das DC- Schnellladen wird sie beim sogenannten Combo-2-Anschluss um zwei zusätzliche Leistungskontakte ergänzt. So kann ein entsprechend ausgestattetes Elektrofahrzeug über denselben Fahrzeuganschluss sowohl mit Wechselstrom als auch mit Gleichstrom geladen werden. CCS hat sich in Europa als maßgebliches System für das DC-Schnellladen von Elektro- Pkw etabliert. 

CHAdeMO: 

CHAdeMO ist ein ursprünglich in Japan entwickelter Standard für das Laden von Elektrofahrzeugen mit Gleichstrom (DC). Er wurde insbesondere bei Elektrofahrzeugen japanischer Hersteller wie Nissan und Mitsubishi eingesetzt. Im Gegensatz zum europäischen CCS-System verwendet CHAdeMO einen separaten Anschluss für das Gleichstromladen. Bei neuen Elektro-Pkw in Europa spielt CHAdeMO gegenüber CCS heute nur noch eine untergeordnete Rolle, ist aber weiterhin bei Bestandsfahrzeugen und entsprechenden Ladestationen anzutreffen.

Der Ladevorgang

Um den Ladevorgang an öffentlichen Ladestationen zu starten, kann der Fahrer des Elektrofahrzeugs je nach Betreiber beispielsweise eine Ladekarte, eine App oder eine Möglichkeit zum punktuellen Laden ohne vorherigen Vertragsabschluss nutzen. Sobald der Ladevorgang freigegeben ist, wird elektrische Energie aus dem Stromnetz zum Fahrzeug übertragen.

 An Ladestationen mit Wechselstrom wird dieser durch das Ladegerät des Elektroautos in den für das Fahrzeug benötigten Gleichstrom (DC) umgewandelt. Der Gleichstrom fließt dann in die Batterie des Fahrzeugs. 

Während des Ladevorgangs überwacht das Batteriemanagementsystem des Elektroautos die Temperatur und den Ladestand der Batterie. Insbesondere bei hohen Ladeleistungen wird die Ladeleistung mit zunehmendem Ladezustand in der Regel reduziert. Der genaue Verlauf der Ladekurve hängt unter anderem vom Fahrzeug, der Batterie und deren Temperatur ab. 

Wenn die Batterie vollständig beziehungsweise bis zum eingestellten Ladeziel geladen ist, stoppt der Ladevorgang automatisch. Bei einigen Elektrofahrzeugen lässt sich auch die Ladeleistung sowie der gewünschte State of Charge (Ladezustand) einstellen. 

Die Ladedauer hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel der Kapazität der Batterie, der möglichen Ladeleistung von Fahrzeug und Ladesäule beziehungsweise Wallbox, dem Batterie-Typ und der Temperatur. Die tatsächlich erreichbare Ladeleistung wird dabei sowohl durch die Ladeeinrichtung als auch durch das Fahrzeug begrenzt. Einige Elektroautos verfügen über eine Schnellladefunktion, mit der die Batterie in kurzer Zeit aufgeladen werden kann.

Umweltschutz

Ladestationen für Elektroautos tragen zum Umweltschutz bei, da sie es Elektrofahrzeugbesitzern ermöglichen, ihre Fahrzeuge beispielsweise mit Strom aus erneuerbaren Energien wie Solarenergie oder Windenergie aufzuladen. Darüber hinaus kann die Verwendung von Elektrofahrzeugen die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen wie Öl verringern und zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen beitragen. Die Umweltbilanz hängt dabei unter anderem vom verwendeten Strommix sowie von Herstellung und Nutzung des Fahrzeugs ab.

Sicherheit

Die Sicherheit von Ladestationen für Elektroautos ist ein wichtiger Faktor, da sie mit elektrischer Energie arbeiten und in der Regel im Freien aufgestellt sind. Aus diesem Grund müssen Ladestationen nach strengen Sicherheitsstandards gebaut und installiert werden, um die Gefahr von Stromschlägen oder Feuer zu minimieren. 

Zu den Sicherheitsmerkmalen von Ladestationen gehören unter anderem: 

• Schutzmechanismen gegen Überlastung, Kurzschluss und Fehlerströme 
• Erdung und Blitzschutz 
• Schutz gegen Diebstahl und Vandalismus 
• Witterungsbeständigkeit 

Bei technischen Problemen mit dem Fahrzeug oder dem Ladesystem sowie für Wartungs- und Reparaturarbeiten empfiehlt es sich, eine qualifizierte Fachwerkstatt aufzusuchen. Dies gilt bei Elektrofahrzeugen insbesondere für Arbeiten an elektrischen und Hochvolt-Komponenten.