Diese Lademodi muss man kennen
In dieser Serie erfahren Sie alles, was Sie über das Laden von Elektroautos wissen müssen. Im zweiten Teil stellen wir die verschiedenen Lademodi vor, mit denen E-Autos und Plug-in-Hybride aufgeladen werden können.
Man kann zwei Gruppen von Lademodi unterscheiden. Fangen wir mit der ersten und wichtigsten Variante an, dem konduktiven Laden, also dem Laden über einen Stecker.
Konduktives Laden
Das konduktive Laden wird in vier klar definierte und standardisierte Lademodi aufgeteilt (Mode 1 bis Mode 4). Diese werden in der Norm DIN EN 61851-1 beschrieben.
Mode 1: Laden mit festinstalliertem Ladekabel
Beim Laden gemäß Mode 1 ist das Ladekabel Teil des Fahrzeugs und fest mit diesem verbunden – ähnlich einem Staubsaugerkabel. Häufig handelt es sich dabei um ein Spiralkabel mit einem Schuko-Stecker (für die verschiedenen Steckertypen siehe Teil 1). Manchmal werden aber auch blaue CEE-Stecker (Camping-Stecker) oder auch Typ-2-Stecker verwendet. Die Ladeleistung ist meist sehr gering und liegt oft unter zwei Kilowatt. Der Lademode 1 wird vor allem bei Leichtfahrzeugen, wie dem Renault Twizy, oder bei E-Mopeds verwendet. Hier reicht aufgrund der geringen Batteriekapazität auch die geringe Ladeleistung aus.
Mode 2: Laden mit ICCB
Fast alle Elektroautos und Plug-in-Hybride werden mit einem sogenannten „Notladekabel“ ausgerüstet. Dabei handelt es sich um ein Ladekabel mit einer integrierten Kommunikations- und Schutzeinrichtung. Diese Box, die Teil des Ladekabels ist, wird daher „In Cable Control Box“ (kurz: ICCB) oder „In Cable Control and Protection Device“ (kurz: ICCPD) genannt. Da in Haushalts- und Industriesteckdosen keine Kommunikations- oder Schutzeinrichtungen eingebaut sind, übernimmt die ICCB hier diese Aufgaben, damit das Fahrzeug den Ladevorgang akzeptiert. Dadurch werden Überlastungen oder der Betrieb an einer nicht korrekt geerdeten Steckdose verhindert.
Mode-2-Ladekabel weisen fahrzeugseitig den fahrzeugspezifischen Ladestecker (meist Typ 2) auf. Für den Anschluss am Stromnetz sind entweder Schuko-Stecker installiert (z. B. beim Notladekabel) oder auch andere Industriestecker, wie beispielsweise für den Anschluss an eine Drehstromsteckdose. Für letzteren Fall gibt es sogenannte mobile Ladestationen, die man per Adapter an unterschiedlichste Steckdosen anschließen kann. Typische Ladeleistungen für Mode-2-Ladevorgänge liegen bei 1,8 kW (Schuko-Steckdose) bis 22 kW (32-Ampere-Drehstromsteckdose).
Mode 3: Laden an einer Wallbox oder Ladesäule
Der gängigste Lademodus ist der Mode 3. Darunter fallen alle AC-Ladevorgänge an öffentlichen Ladesäulen oder an Wallboxen, bei denen das E-Auto über einen Typ-2-Stecker mit der Ladestation verbunden wird. Das Ladekabel kann dabei Teil der Ladestation sein (festangeschlagenes Ladekabel) oder es wird vom E-Auto-Fahrer mitgebracht und an die Ladestation gesteckt.
Die Mode-3-Ladekabel sind relativ einfach aufgebaut, da hier keine Kommunikations- oder Schutzeinrichtungen innerhalb des Kabels benötigt werden. Eine Codierung im Kabel selbst verhindert jedoch, dass das Ladekabel überlastet wird, da sich Fahrzeug und Ladesäule beim Laden automatisch auf den maximal zulässigen Stromwert aller beteiligten Komponenten einigen.
Ein weiteres Nadelöhr bei der Ladung ist die Leistung des im Fahrzeug verbauten Ladegeräts, also des On-Board-Chargers (OBC). Der OBC wandelt den Wechselstrom aus dem Stromnetz in einen Gleichstrom zum Laden der Batterie um. Durch die Kosten-, Gewichts- und Bauraumanforderungen ist die maximale Leistung eines OBCs beschränkt. Die meisten E-Autos können inzwischen (teils optional) mit dreiphasigen Bordladern mit 11 kW ausgerüstet werden, manche sogar mit bis zu 22 kW. Plug-in-Hybride haben meist Bordlader mit 3,7 bis 7,4 kW.
Für schnelle Ladevorgänge mit höheren Ladeleistungen wird daher eine Ladung gemäß dem nächsten Lademodus benötigt.
Mode 4: Laden mit Gleichstrom
Der Trick beim Laden per Mode 4 ist, dass das Ladegerät, welches den Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt, nach außen verfrachtet wird und somit Teil der Ladestation ist. Dadurch können deutlich höhere Ladeleistungen erzielt werden, da die strengen Bauraum- und Gewichtsbeschränkungen des Fahrzeugs nicht mehr gelten. Die hier verwendeten Gleichrichter können gut und gerne das Format eines Schranks annehmen. An sogenannten „High Power Chargern“ (HPC) können Ladeleistungen von bis zu 350 Kilowatt erzielt werden. Schwächere DC-Ladestationen stellen meist eine maximale Ladeleistung von 50 kW oder 150 kW bereit.
Mit dem extern gleichgerichteten Drehstrom aus dem Stromnetz wird die Fahrzeugbatterie über einen DC-Ladestecker (meist CCS) direkt mit Gleichstrom aufgeladen. Der On-Board-Charger, quasi das Nadelöhr, wird dabei umgegangen. Beim Laden per Mode 4 ist das Ladekabel immer auch Teil der Ladesäule. Diese speziellen Kabel sind sehr schwer und teuer. Bei HPCs werden sie sogar aktiv mit einer Flüssigkeit gekühlt.
DC-Ladestationen sind im Aufbau und Unterhalt deutlich teurer als die AC-Ladestationen, weshalb es deutlich weniger DC- als AC-Ladepunkte gibt. Auch die Ladestrompreise sind an DC-Ladestationen oft etwas höher.
Induktives Laden
Das induktive Laden spielt aktuell praktisch keine Rolle und wird nur sehr vereinzelt bei elektrischen Nutzfahrzeugen getestet. Bei dieser Ladeart wird die elektrische Leistung berührungslos über Spulen übertragen – so ähnlich wie bei einer elektrischen Zahnbürste. Die Primärspule ist mit dem Stromnetz verbunden und erzeugt ein elektrisches Feld. Die Sekundärspule (oder Empfängerspule) ist Teil des Fahrzeugs und nimmt die elektrische Leistung auf, mit der das Fahrzeug geladen werden kann. Da nur Wechselstrom über eine Spule übertragen werden kann, muss der Strom anschließend noch gleichgerichtet werden, um damit die Batterie zu laden.
Derzeit gibt es in Deutschland kein Elektroauto, das induktives Laden unterstützt. BMW hatte eine kurze Zeit diese Option für den 5er Plug-in-Hybrid angeboten, jedoch nach kurzer Zeit wieder vom Markt genommen. Da sich die Hersteller bislang nicht auf Standards zum induktiven Laden einigen konnten, wären die Ladesysteme auch nicht untereinander kompatibel. Bei jedem Fahrzeugwechsel müsste daher eine andere Primärspule verbaut werden. Auch das Laden im öffentlichen Bereich, bei dem viele verschiedene Fahrzeugtypen die gleichen Ladestationen nutzen sollen, ist somit derzeit nicht möglich. Beim konduktiven Laden sieht das anders aus. Hier können die Ladestationen aufgrund der Standardisierung herstellerübergreifend verwendet werden. Noch wird an dem induktiven Laden weiter geforscht, weshalb es in Zukunft eventuell dennoch E-Autos mit dieser Lademöglichkeit geben könnte.
Zusammenfassung
Induktives Laden spielt bei aktuellen Elektrofahrzeugen praktisch (noch) keine Rolle. Viel wichtiger sind daher die konduktiven Lademodi, von denen man vier unterscheidet:
- Mode 1: AC-Laden mit festinstalliertem Ladekabel
- Mode 2: AC-Laden mit ICCB oder einer mobilen Ladestation
- Mode 3: AC-Laden an einer Wallbox oder Ladesäule
- Mode 4: DC-Laden
Je höher der Lademode ist, desto höher ist üblicherweise auch die maximal mögliche Ladeleistung. Die meisten Elektroautos und Plug-in-Hybride werden zu Hause oder im öffentlichen Raum normalerweise per Mode 2 oder Mode 3 aufgeladen. An Schnellladesäulen mit Gleichstrom handelt es sich immer um den Lademode 4.
