Alles rund ums Laden eines E-Autos

Hier gibt es einen Überblick über die wichtigsten Aspekte rund um Batterie, Lademöglichkeiten, Ladedauer, Steckertypen usw. Diese Seite ist noch im Aufbau… stay tuned…

Eine allgemeine Anmerkung zu Beginn: Im Zusammenhang mit E-Autos hat es sich eingebürgert, die eingebauten Akkus als Batterien bzw. Antriebsbatterien zu bezeichnen. Dies wird auf dieser Website so beibehalten. Genau genommen hat jedes Elektro-Auto einen eingebauten Akku als Energiespeicher für den Antrieb und eine Batterie (meist 12-Volt) für Starten, Zentralverrieglung, Fensterheber, Lüftung, usw.

Die Batterie

Das Herzstück eines Elektro-Autos ist die eingebaute Antriebsbatterie. Die Hersteller arbeiten permanent an deren Weiterentwicklung und Optimierung, da dies auch ein wesentlicher Faktor für die Zukunft der Elektro-Mobilität ist. Die Batterie ist die teuerste Komponente des Autos, und entscheidend u.a. für Reichweite, Ladezeit, Auto-Lebensdauer, und schließlich auch die Umwelt-Bilanz des jeweiligen Modells.  

Zur Zeit werden hauptsächlich Lithium-Ionen-Akkus in E-Autos verbaut. Die dafür verwendeten Rohstoffe sind jedoch u.a. aufgrund entstehender Umweltschäden und kritischer Arbeitsbedingungen problematisch. Daher gibt es zahlreiche Forschungen und Planungen hinsichtlich anderer Herstellungsverfahren bzw. alternativer Rohstoffe für die Batterieerzeugung.

E-Auto-Batterien wiegen zwischen 200 und 700 kg und haben aktuell eine Lebensdauer von 8 bis 10 Jahren, dies entspricht rund 1.000 bis 1.200 Ladezyklen. Nach rund fünf Jahren muss man mit deutlichen Verlusten hinsichtlich der Kapazität rechnen (auf 70 bis 80 %), Lebensdauer und Ladeleistung können aber durch entsprechende Handhabe (z. B. langsames Laden statt häufigem Schnellladen, Standortwahl, Fahrweise, usw.) verlängert werden. Wie von den meisten Akkus schon bekannt sollten auch E-Auto-Batterien nicht voll entladen bzw. aufgeladen werden, optimal ist ein Ladestand zwischen 20 und 80 %.

Das Batterie-Management-System (BMS) könnte man als Gehirn des E-Autos bezeichnen, das den Zustand der Batterie misst, Ladevorgänge überwacht und Leistungen während des Betriebes regelt. Die Qualität des eingebauten BMS ist entscheidend für die optimale Ladung und Nutzung der Batterie sowie eine möglichst lange Batterie-Lebensdauer.

Welche Lademöglichkeiten gibt es?

Zu Hause laden

Haushalts-Steckdose (1-phasiges AC-Laden)

Wallbox (Wandladestation)

Die Ladeleistung beträgt zwischen 3,6 und 22 kW, je nachdem, ob man einen Drehstromanschluss (3-phasig) verwendet oder nicht. Bei letzterem können E-Autos in rund zwei bis sechs Stunden geladen werden. Allen Wallboxen gemeinsam ist, dass sie einen festen Anschluss an die Hausinstallation benötigen und meist einen Typ2-Stecker haben. Für ältere E-Autos mit einem Typ1-Stecker gibt es passende Anschlusskabel.

Neben der schnelleren Ladezeit ist eine Wallbox gegenüber dem Laden am Hausnetz auch sicherer, da sie über einen besonderen FI-Schutzschalter verfügt. Mittlerweile gibt es für viele E-Auto-Modelle passende Wallboxen, doch auch viele unabhängige Hersteller bieten Wandladestationen an.

Kosten: zusätzlich zu den Stromkosten/kWh kommen die Kosten für die Wallbox und die Installation,  je nach Modell ab etwa 600,- EUR.

Aufladen unterwegs (öffentliche Ladestationen)

Will man an öffentlichen Ladestationen laden, hat man die Wahl zwischen AC-Ladesäulen, die zwischen 11 und 22 kW leisten, und DC-Ladesäulen (Schnellladestationen). Hier kann man sein Auto mit einer Ladeleistung von meist 50 bis 100 kW laden. Eine Ausnahme bilden Teslas Supercharger, die auf 150 kW Leistung kommen. Allerdings sind sie nur mit Tesla-Modellen kompatibel.

In Zukunft sind Ladestationen mit einer Leistung von bis zu 350 kW vorgesehen, damit wäre das Auto in nur wenigen Minuten aufgeladen.

Die meisten Anbieter verrechnen zeitbasierte Ladetarifen, d.h. es wird pro Minute abgerechnet, die das Auto an der Ladestation hängt. Die Kosten variieren hier stark und der Kunde muss hier genau rechnen und mit einbeziehen, wieviel Ladeleistung sein E-Auto hat. Wird beispielsweise ein E-Auto mit einer  Ladeleistung von 7,4 kW an einer 22 kW-Station geladen, dann bezahlt man für 22 kW, bekommt aber nur 7,4 kW und das Laden dauert aufgrund der geringeren Ladeleistung dementsprechend länger. Das kann sehr teuer werden.

Da die meisten Batterien ab einem Ladestand von rund 80 % ihre Ladeleistung stark verringern, ist es aus Kostengründen außerdem ratsam, das Aufladen dann zu beenden. Beachten sollte man auch, dass man an manchen Ladestationen weiter zahlt, wenn das vollgeladene Auto angesteckt bleibt.

Kosten (Ö bezogen auf 11 bzw. 22 kW AC-Ladung): zwischen 0,22 – 0,60 EUR/kWh

Zusammenfassung der Lademöglichkeiten:

Wie lange dauert das Laden eines E-Autos?

Das lässt sich pauschal nicht so einfach beantworten, da die Ladezeit u.a. von folgenden Faktoren abhängt:

• Batteriekapazität (wieviel Energie geladen werden kann)
• Ladeleistung (fahrzeugseitig und ladestationsseitig)
• Ladezustand der Batterie (State Of Charge=SOC)
• Temperatur der Batterie bzw. Außentemperatur

Darüber hinaus bestimmt natürlich auch das eingebaute Ladegerät des E-Autos (On-Board-Charger) darüber, wie schnell das E-Auto geladen wird, und ob die ladestationsseitige Ladeleistung vollständig aufgenommen werden kann bzw. das mögliche Lademaximum über den gesamten Ladevorgang ausgeschöpft wird.

Die verwendeten Lithium-Ionen-Akkus können meist nicht über den gesamten Ladevorgang hindurch mit ihrer maximalen Leistung geladen werden. Der Ladestrom wird bei zunehmendem Ladestand immer weiter reduziert. Dieser Effekt kann beim langsamen (normalen) Laden (Faustregel: die Ladeleistung übersteigt nicht die Hälfte der Batteriekapazität) vernachlässigt werden, da der Ladestrom von Anfang an gering ist.

Beim Schnellladen muss dies jedoch berücksichtigt werden. Meist kommt es dabei ab einem Ladezustand von ca. 80 % zu einer Verminderung der Ladeleistung. Dies auch deshalb, weil viele Hersteller eine Drosselung der Ladeleistung ab einem bestimmten SOC eingestellt haben, um die Batterie nicht zu überlasten. Bei zeitbasierten Ladetarifen ist es aus Kostengründen daher ratsam, das Aufladen dann zu beenden, da die restlichen Prozent unverhältnismäßig lange dauern. Häufiges Schnellladen senkt darüber hinaus die Lebensdauer des Akkus.

Ladekurven

Die fahrzeugseitige Ladeleistung kann durch Ladekurven abgebildet werden, so lassen sich auch besser Vergleiche zwischen einzelnen Modellen durchführen. Jedes E-Auto hat eine spezifische Ladekurve, sie wiederspiegelt das Ladeverhalten des Auto unter bestimmten Bedingungen. Die Ladekurve des E-Autos kann in der Realität von dargestellten Kurven abweichen, da u.a. obige Faktoren einen starken Einfluss haben.

Ladeverluste

Tests haben gezeigt, dass gerade beim Laden der Batterie zum Teil sehr hohe Ladeverluste entstehen, an der Ladesäule also der Verbrauch wesentlich höher angezeigt wird als vom Bordcomputer des E-Autos. Wo genau diese Ladeverluste entstehen (Ladesäule, Bordladegerät, Batterie) ist nicht wirklich messbar. Außerdem spielen auch hier einige Faktoren mit: langsames oder schnelles Laden (höhere Verluste), Temperatur, Ladeleistung der Batterie und ladestationsseitige Ladeleistung, Kabeldurchmesser, usw.
Zwischen 10 und 25 % können dabei die Abweichungen betragen, das wirkt sich empfindlich auf die Verbrauchsbilanz und natürlich die Geldbörse aus.

Die Verbrauchswerte nach WLTP (in kWh/100 km angegeben) beziehen Ladeverluste (AC-Laden) bereits mit ein.

Welche Steckertypen sind in Europa gebräuchlich?

Typ 1-Stecker: 1-phasiger Stecker mit Ladeleistung von bis zu 7,4 kW für Wechselstrom  von 6 bis 32A ausgelegt). Vor allem Automodelle aus dem asiatischen Raum verwenden diesen Steckertyp.

Typ 2-Stecker: 1- bis 3-phasiger Stecker mit Ladeleistung von bis zu 43 kW (für Wechselstrom bis 63A). Dieser gängige Steckertyp ist an fast allen Ladesäulen fest verbaut zu finden und liefert meist 11 oder 22 kW AC.

Combo-Stecker (CCS): Ergänzung zum Typ 2-Stecker mit zwei zusätzlichen Leistungskontakten für die Unterstützung von Schnellladefunktionen des AC- und DC-Ladens bis zu 170 kW.

CHAdeMO-Stecker: ein Japanisches Schnellladesystem mit bis zu 150 kW

Tesla Supercharger: ist eine modifizierte Version des Typ 2-Steckers für Ladeleistung von bis zu 150 kW. Nur für Tesla-Kunden nutzbar

Alle heute erhältlichen E-Autos sind wechselstromladefähig und haben ein entsprechendes Ladegerät integriert, die Fahrzeuge besitzen dafür einen Typ1- oder eine Typ2-Anschluss (mittlerweile die meisten E-Autos). Die maximal mögliche Ladeleistung des Ladegeräts variiert von Modell zu Modell allerdings stark. Dies wirkt sich auf die Ladezeit und meist auch empfindlich auf die Ladekosten aus.

Bidirektionales Laden

Der Strom fließt beim bidirektionalen Laden einer E-Auto-Batterie in beide Richtungen. Mittels eines im bidirektionalen Ladegerät integrierten Stromwandlers kann sowohl Wechselstrom vom Stromnetz in Gleichstrom verwandelt werden, als auch Gleichstrom wieder in Wechselstrom.
Es gibt verschiedene Anwendungsmöglichkeiten, wofür die gespeicherte Energie genutzt werden kann:

Vehicle-to-Grid (V2G)
Groß gedacht, zur Zeit aber meist noch Zukunftsmusik: Die E-Auto-Batterie wird quasi als Energiespeicher genutzt, der Strom wieder ins Netz gespeist. Damit kann der Energiebedarf im lokalen/regionalen Stromnetz ausbalanciert werden: E-Autos werden vermehrt in Nebenzeiten geladen, zu Spitzenzeiten wird aus der Auto-Batterie Strom ins Netz gespeist.

Vehicle-to-Building (V2B)
Die Energie der Auto-Batterie eines E-Autos wird – allgemein gesprochen – in das Netz eines Gebäudes eingespeist, z.B. Mehrfamilienhaus, Industriegebäude.

Vehicle-to-Home (V2H)
Der Strom der Auto-Batterie eines E-Autos wird in das Netz des eigenen Haushalts eingespeist. Der Stromwandler ist dabei meist in die Wallbox zu Hause integriert. Wallboxen mit bidirektionaler Nutzung gibt es jedoch noch nicht viele auf dem Markt, diese sind zudem auch noch sehr teuer.
Eine bevorzugte Anwendung für V2H ist auch eine, die zwar in der Anschaffung/Installation teuer ist, aber in der Nutzung äußerst kostengünstig: Das E-Auto wird an der hauseigenen Photovoltaik-Anlage geladen, wird der Strom nicht zum Fahren benötigt, kann er wieder ans Haushaltsstromnetz zurückgespeist werden.

Vehicle-to-Load (V2L)
Diese Nutzungsmöglichkeit des bidirektionalen Ladens ermöglicht die Stromversorgung externer Geräte (E-Bikes, E-Roller, Campingausrüstung, Wäschetrockner, Mikrowelle, etc.).

Bislang gibt es erst wenige E-Autos mit bidirektionaler Lade-Technologie, die auch V2G ermöglichen, dabei handelt es sich vor allem um Autos japanischer, koreanischer und chinesischer Hersteller (z.B. Nissan Leaf und e-NV200 Evalia), die einen CHAdeMO-Stecker verbaut haben, der von Anfang an auf bidirektionales Laden ausgelegt war.

Einige 2021/22er Modelle mit CCS-Lader (Kia EV6, Hyundai Ioniq 5, elektrifizierte Genesis-Modelle, Sion von Sono Motors) bieten die V2L-Funktion. In den nächsten Jahren sollte dies jedoch verstärkt der Fall sein, da laut Ankündigung einiger (europäischer) Autohersteller ab 2022 viele ihrer Elektroauto-Modelle serienmäßig mit bidirektionalen Ladesystemen ausgestattet werden sollen.

Intelligentes Laden (Smart Charging)

bezieht sich sowohl auf unidirektionales Laden als auch bidirektionales Laden: Ladezeiten, Ladekosten, Leistungsmenge, usw. werden mit Hilfe eines Gerätes gesteuert und lassen sich z.B. mittels einer Handy-App überwachen. Dies funktioniert dank Datenverbindungen zwischen E-Auto, Ladegerät, Energieanbieter, usw. So kann etwa darauf geachtet werden, dass einerseits das Aufladen kostengünstig ist (z. B. durch Nutzung niedriger Nachtstromtarife) und andererseits das Stromnetz nicht überlastet wird. Verfügt z. B. die hauseigene Wallbox über intelligentes Laden, kann das Gerät eingeschaltet sein, ohne das uni- oder bidirektional geladen wird.