Ladearten von Elektroautos
Bevor auf die Ladebetriebsarten eingegangen werden kann, ist es hilfreich die Ladearten von Elektroautos näher zu beschreiben. Für das Laden von Elektroautos gibt es drei verschiedene Systemansätze. Das kabelgebundene Laden, das kabellose Laden und der Batteriewechsel. In diesem Abschnitt erfahren Sie die Details zu den Ladearten.
Kabelgebundenes Laden
Beim kabelgebundenen Laden (konduktives Laden DIN EN61851-1) erfolgt die Energieübertragung durch eine Kabel- und Steckverbindung vom Elektroauto zum Stromnetz.
Es wird dabei zwischen den Spannungsarten Wechselspannung und Gleichspannung unterschieden.
Kabelloses Laden
Das Energieübertragungsprinzip beim kabellosen Laden erfolgt auf Basis der induktiven Übertragung zwischen Elektroauto und Stromnetz. Durch eine Induktionsspule wird ein Magnetfeld erzeugt, das die Energie von der Primärspule (Energiequelle) auf die Sekundärspule (Elektrofahrzeug) überträgt, somit entspricht die Funktion des induktiven Ladens von Elektrofahrzeugen dem Funktionsprinzip eines klassischen Transformators.
Batteriewechsel
Der Batteriewechsel eines Elektroautos ist die Alternative zum klassischen Stromtanken. Bei diesem Ansatz wird die gesamte Batterie des Elektrofahrzeugs gewechselt. Nur wenige Minuten dauert das vollautomatische Auswechseln der Batterie und somit ist dies die schnellste Methode ein leer gefahrenes Elektroauto wieder mit Energie zu versorgen.
Ladebetriebsarten von Elektroautos
Es sind vier verschiedene Ladebetriebsarten für Elektroautos definiert, sicheres und bedarfgerechtes Laden sind dabei einer der wichtigsten Faktoren. Diese Ladebetriebsarten werden dem Konduktivem also leitungsgebundenem Laden zugeordnet. Die Ladebetriebsarten unterscheiden im Detail:
Die Anschlussart, dabei kann die Verbindung des Ladekabels zum Stromnetz fest im Fahrzeug integriert oder als Steckverbindung verfügbar sein.
Ein weiterer Unterschied ist der Ladepunkt bzw. die Ladesäule oder auch Ladestation genannt. Es gibt Ladestationen mit fest angebrachtem Ladekabel oder mit integrierten Steckdosen.
Zudem kommt die maximale Stromstärke, diese ist abhängig vom Stromnetz und ob beim Laden einphasige- oder dreiphasige Systeme verwendet werden. Die Stromstärke hat gemeinsam mit der Leistung einen großen Einfluss auf die Ladezeit. Die Leistung steigt mit Erhöhung der Stromstärke oder der Spannung, es gilt: (P=U*I).
Auch im Punkt Sicherheit unterscheiden sich die Ladebetriebsarten. Alle gemeinsam haben eine Absicherung durch eine RCD (Abkürzung für: Residual Current Protective Device, übersetzt: Fehlerstrom-Schutzeinrichtung). Der Einbauort der Absicherung unterscheidet sich dabei, somit kann die RCD Absicherung netzseitig, in einer IC-CPD (Abkürzung für In-Cable Control and Protection Device), die sich am Ladekabel befindet oder im Ladegerät bzw. Ladestation installiert sein. Zusätzlich haben Betriebsarten mit höheren Leistungen (3-phasige und Gleichspannungssysteme) einen CB (Abkürzung für Circuit Breaker, übersetzt LS: Abkürzung für Leitungsschutzschalter).
Die Kommunikationsmöglichkeiten sind eine weitere Unterscheidung zwischen den Ladebetriebsarten, darunter gibt es Arten ohne Kommunikation zwischen Fahrzeug und Energiequelle und einige bei denen sich das Kommunikationsmodul im Ladekabel bzw. der Ladestation befindet.
Die Verriegelung des Ladesteckers unterscheidet sich ebenfalls zwischen den verschiedenen Ladebetriebsarten, dabei gibt es Arten die eine Verriegelung im Fahrzeug oder im Fahrzeug und in der Ladesteckdose ermöglichen.
Ladebetriebsart 1 (Mode 1) – AC Wechselstrom
In dieser Ladebetriebsart 1 wird das Elektroauto mit Wechselstrom (AC) an einer Haushaltssteckdose (Steckdose mit Schutzkontakt) oder einer ein- oder dreiphasigen CEE-Steckdose aufgeladen. Dabei gibt es keine Kommunikation zwischen Fahrzeug und Energiequelle. Bei dieser Ladebetriebsart muss die Spannungsversorgung mit einer RCD abgesichert sein.
Aufgrund der fehlenden Kommunikation und der erforderlichen Sicherstellung, dass ein RCD verbaut ist, empfiehlt sich die Ladebetriebsart 2.
Ladebetriebsart 2 (Mode 2) – AC Wechselstrom
Die Ladebetriebsart 2 ist zusätzlich mit einer Steuer- und Schutzeinrichtung (IC-CPD) versehen, diese befindet sich in der Ladeleitung. Die Funktion der Schutzeinrichtung ist die Überwachung der Schutzleiterverbindung zwischen Energieabgabequelle und dem Elektrofahrzeug. Hinzu kommt die Erkennung bei Fehlern oder Überlastung. Durch die Kommunikation (PWM-Modul, Abkürzung für Pulsweitenmodulations-Modul) erfolgt die Kontrolle des Ladezustands durch den Ladestrom. Der Ladestrom beträgt einphasig 16 A beim Laden an einer haushaltsüblichen Schutzkontaktsteckdose oder einphasigen CEE-Steckdose oder 32 A bei einer dreiphasigen CEE-Steckdose.
Ladebetriebsart 3 (Mode 3) – AC Wechselstrom
Schutz- und Kommunikationseinrichtung und das Ladegerät sind in dieser Ladebetriebsart in der fest installierten Ladestation (Wallbox) integriert. Die Ladesteckdose ist spezifisch. Durch Standardisierungen, die speziell für Elektrofahrzeuge festgelegt sind, bietet diese Ladebetriebsart ein hohes Maß an Schutz und elektrischer Sicherheit. Aus diesem Grund wird diese Betriebsart für das Laden von Elektrofahrzeugen empfohlen. Aktuelle und zukünftige Elektrofahrzeuge unterstützen überwiegend die Ladebetriebsart 3. Somit können verschiedene Stecker vom Typ 1 und Typ 2 an die Ladesteckdose angeschlossen werden. Der maximale Ladestrom beträgt 63 A, bei einer dreiphasigen Ladung, damit ist eine Ladeleistung von bis zu 43,5 kW möglich.
Ladebetriebsart 4 (Mode 4) – DC Gleichstrom
Das Aufladen mit Gleichstrom (DC, Abkürzung für direct current) wird als Ladebetriebsart 4 bezeichnet. Üblicherweise werden höhere Ladeleistungen zum Aufladen mit Gleichspannung verwendet. Ein weiteres Merkmal dieser Ladebetriebsart ist das fest integrierte Ladekabel an der Ladestation (Wallbox). Die Kommunikations- und Schutzeinrichtung ist identisch zur Ladebetriebsart 3 und fest in der Ladestation integriert.
Bei der Ladeleistung wird unterschieden, mit welchem Steckvorrichtungssystem geladen wird. Es stehen zwei verschiedene Steckvorrichtungssysteme zur Verfügung. Zum einen die Typ 2 Steckvorrichtung mit einem Strom von bis zu 80 A und einer Ladeleistung von bis zu 38 kW. Zum anderen das CCB-System (Abkürzung für: Combined Charging System), das mit zwei zusätzlichen DC-Kontakten ausgestattet ist. Dieses System ermöglicht einen Ladestrom von bis zu 200 A und einer Ladeleistung von bis zu 170 kW.