Februar 2022
Was man als E-Fahrer als erstes lernen muss
Relativ spontan haben wir uns entschlossen, ein Elektroauto zu kaufen. Keines ab Werk sondern ein neues Fahrzeug, das der Händler auf Vorrat bestellt hat. So ist die “Lieferzeit” rund drei Wochen statt drei Quartale, aber durch die Vorauswahl des Händlers können wir z.B. keinen adaptiven Tempomat bekommen.
In der Zeit bis zur Übergabe lernen wir im Schnelldurchgang, wie das mit dem Laden funktioniert.
Zunächst sind da drei Arten Strom: AC oder auch Wechselstrom und DC oder auch Gleichstrom - und Drehstrom.
Bei Gleichstrom ist immer ein Anschluss der Pluspol und einer der Minuspol, der Strom fließt immer in dieselbe Richtung. Bei Wechselspannung ändert sich die Fließrichtung und damit auch der Plus- und der Minuspol ständig, in unserem Stromnetz 50mal in der Sekunde.
AC ist der Wechselstrom, den wir aus der Steckdose bekommen und hat den Vorteil, dass er mit relativ wenig technischem Aufwand in seiner Spannung (”Voltzahl”) verändert werden kann, das geht nämlich über Transformatoren. Dieses einfache und verlustarme Umspannen ist bei großen, landesweiten Stromnetzen wichtig, weil man für die Überlandleitungen hohe Spannungen (”Voltzahl”) braucht, vor Ort aber eher niedrige Spannungen.
Unser Stromnetz ist dreiphasig, das heißt, dass in den meisten Häusern drei Wechselstromleitungen vorhanden sind. Die 50 Hertz, mit denen der Strom die Richtung wechselt, sind dabei in jeder Leitung zeitlich um 1/3 versetzt. Das nennt sich auch Drehstrom und bei drei solchen 230V-Leitungen kann man zwischen den Leitungen 400V messen.
Das Elektroauto kann nun wahlweise mit Wechselstrom, Drehstrom oder Gleichstrom geladen werden.
Der Akku des E-Autos hat auch eine relevante Leistung, dass sind die Kapzität in Kilowattstunden (kWh). Eine Kilowattstunde entspricht der Fähigkeit des Akkus, eine Stunde lang eine Leistung von 1000 Watt abzugeben bevor er leer ist (oder zwei Stunden eine Leistung von 500 Watt).
1. Laden mit Wechselspannung
Die meisten E-Autos haben auch heute noch einen “Ladeziegel” im Kofferraum, also einen Adapter, der die 230V aus der Steckdose auf eine geeignete Weise in die Ladebuchse des Autos leitet.
Ein typischer heimischer Stromkreis kann einen Strom bis zu 16A (Ampère) aushalten bis die Sicherung rausfliegt, bei 230V ergibt sich daraus eine maximale Leistung von 3.680 Watt (die Einheiten sind praktischerweise so definiert, dass Volt mal Ampère die Wattzahl ergibt).
Das Laden eines komplett leeren Akkus mit 40kWh dauert so theoretisch 10,8 Stunden (40kWh/3,68kW=40000Wh/3680W).
Eine normale Steckdose darf aber tatsächlich nur eine Dauerlast von 2000 Watt abgeben. An den Steckkontakten kommt es zu Übergangswiderständen, die zur Erhitzung führen; je mehr Strom fließt um so heißer wird es. Also haben die meisten Ladeziegel eine Begrenzung auf 2000 Watt = 2kW, was bei einen leeren 40 kWh-Akku zu 20 Stunden Ladezeit führt.
Der Ladeziegel ist insofern eher Plan C, den man zum Beispiel im Urlaub nutzt, um im Notfall wieder so viel Strom in den Akku zu bekommen, dass man es zu einer richtigen Ladestation schafft.
Ein Tesla-Fahrer hat mir mal erzählt, er habe sein Modell 3 zwei Jahre an der Steckdose geladen, diese sei schon durch die bei 2kW entstehende Wärme in der Zeit geradezu knusprig geworden, also spröde und brüchig.
2. Laden mit Drehstrom
Drehstrom wird oft auch als Starkstrom bezeichnet, weil die Leitungen und Steckdosen großzügiger ausgelegt sind als die normalen Haushaltsstromkreise und man durch die höhere Spannung zwischen den Phasen auch mehr Leistung entnehmen kann.
Ein E-Auto lädt man mit Drehstrom daheim über eine Wallbox, was nichts anderes ist als der Ladeziegel, nur fest an der Wand verschraubt und mit 11000 oder 22000 Watt Leistung (11kW oder 22kW)
Wallboxen mit 11kW muss man dem Stromnetzbetreiber anzeigen, bei 22kW braucht man eine Genehmigung.
Das Laden eines leeren 40kWh-Akkus dauert an diesen Anschlüssen 3,6 bzw. 1,8 Stunden.
3. Laden mit Gleichstrom
Bei DC-Ladesäulen wird erheblich mehr Strom abgegeben und das Laden ist daher erheblich schneller. DC-Ladestationen beginnen bei 50 kW und bieten bei den 2023 üblichen Ladesäulen an Autobahnen bis 250 kW.
Der leere 40kWh Akku ist an einer solchen Säule in weniger als einer Stunde (50kW) bzw. wenigen Minuten (250kW) voll.
So weit die Theorie.
Unser Wagen ist ein Hyundai Kona mit einem 39kWh-Akku, der mit 11kW Wechselstrom oder 50kW Gleichstrom laden kann. Wenn der Rest auch passt.
Der Rest ist:
- Ladezustand des Akku: Je voller der Akku ist um so langsamer lädt er. Das kennt man vom Handy, die letzten 5% dauern ewig, wenn man sie mit den 5% von 55-60% vergleicht. Während der Akku bei 50% Ladung 50kW abnehmen kann, sinkt die Leistung ab 80% rapide.
- Temperaturen: Ist es zu kält lädt der Akku langsamer, ist es zu warm auch. Gemeint ist die Kombination aus der Außentemperatur und der des Akkus. Der Akku hat ein eigenes Temperaturmanagement, das hier ausgleichen aber nicht zaubern kann.
- Ladesäulen: An Tesla-Superchargern haben wir bislang nie mit mehr als 36kW geladen, dabei könnten die eigentlich bis 250kW. Das gleiche an alten e.on-Säulen. An neuen Säulen anderer Anbieter mit 250kW ist bei normalen Temperaturen und Ladestatus unter 80% eine Abnahme von 50kW normal.
Die Stecker.
In Europa sind aktuell drei Typen an Ladesteckern zu finden, die zur allgemeinen Verwirrung eigentlich zwei Typen sind.
CHAdeMO: Ist bei Autos nicht mehr wirklich verbreitet und unterstützt nur DC-Laden, ist daher aber an vielen Schnellladesäulen noch vorhanden..
Mennekes/Typ2: Ist in der EU normiert, kann AC mit Wechsel- und Drehstrom sowie DC, funktioniert aber bei DC-Laden nur bis 70kW.
CCS: Ist eigentlich auch ein Mennekes/Typ2, wird auch in der EU-Norm für Typ2 beschrieben, heißt aber an der Ladesäule anders. Unter dem ursprünglichen “Mennekes-Stecker” ist ein weiteres Abteil mit zwei sehr voluminösen Kontakten, über die bis zu 250kW und zukünftig mehr an Gleichstrom fließen können.
Die meisten E-Autos haben heute einen CCS-Anschluss zum Schnellladen an DC-Ladesäulen, der ja auch zugleich ein Mennekes/Typ2-Anschluss fürs AC-Laden ist.
Manche älteren Fahrzeuge mit 50kW Ladeleistung haben dummerweise einen Typ2 Anschluss ohne die CCS-Erweiterung. Theoretisch könnten sie auch mit CCS laden, weil ja auch der Typ2-Anteil DC bis 70kW laden kann, aber wenn die Buchse am Auto versenkt eingebaut ist, kann man einen CCS-Stecker nicht einstöpseln, weil der untere Teil mit den zwei DC-Anschlüssen das verhindert. Da bleibt dann an der Autobahn nur die Hoffnung auf eine alte Ladesäule, die auch Typ2 unterstützt.
Die Kabel.
Ein Typ2-Ladekabel ist bei Elektroautos üblicherweise dabei. Bei öffentlichen Ladesäulen mit bis zu 22kW ist normalerweise kein Kabel an der Ladesäule vorhanden, man muss ein eigenes mitbringen, das aber bis zum Schluss automatisch in Fahrzeug und Ladesäule verriegelt wird. “Bis zum Schluss” ist je nach Auto eine Frage der Definition. An unserem Auto kann man einstellen, dass der Stecker am Auto nach Erreichen des gewählten Ladelimits entriegelt wird. Wird er am Auto abgezogen, entriegelt die Säule ihn auch, bei falscher Einstellung kann uns daher durchaus das Kabel geklaut werden, was einen Schaden von 100-150€ darstellt.
Bei Ladesäulen mit fest angebrachtem Kabel ist es jedoch ein Gebot der Höflichkeit, nach dem Laden automatisch zu entriegeln, damit andere auch laden können.
Heimische Wallboxen haben meistens ein Kabel fest montiert, es gibt aber fast jedes Modell auch mit einer Buchse, so dass man ein eigenes Kabel nutzen kann.
DC-Ladestationen sind besondere High-Tech-Anlagen. Die Kabel sind extrem dick, weil die Leitungen darin einen großen Querschnitt haben müssen. Außerdem werden die Leitungen und Stecker ordentlich warm und es ist ein eigenes Kühlsystem darin enthalten. Deshalb sind die Kabel bei DC-Ladestationen immer fest an der Ladestation montiert.
(Volker König)
