Elektroauto: Stets die volle Ladung?

Fahren braucht Energie – das gilt fürs Elektroauto genauso wie für den Verbrenner. Allerdings gelten an der Stromtankstelle andere Regeln als an der Zapfsäule für Diesel oder Benzin. Was heißt beim E-Auto überhaupt „Volltanken“? Wechselstrom oder Gleichstrom? Und wann zieht man am besten den Stecker? Wir haben bei DEKRA Experten nachgefragt.

Wer beim Laden auf die öffentliche Infrastruktur angewiesen ist, sollte bei der Anschaffung eines E-Autos auf eine höhere AC-Ladeleistung mit 11 oder 22 kW achten. Foto: DEKRA Automobil

In der heutigen Realität der Elektromobilität hängt die Nutzung des E-Autos stark von der Infrastruktur fürs Tanken ab. Wer eine kleine Antriebsbatterie an Bord hat, dürfte sich zweimal überlegen, ob er damit zu einer längeren Ausfahrt startet. In diesem Fall müsste man allein fürs Nachfassen an der Ladesäule zwei Stunden oder mehr einkalkulieren – anders als bei einem vergleichbaren Verbrenner, der sich flott auftanken lässt. Wie sich die Ladezeit berechnen lässt? Einfach die Ladepower der Säule durch die Kapazität der Traktionsbatterie teilen? Das wäre eine Milchmädchenrechnung. Beim Stromtanken müssen Angebot und Nachfrage zusammenpassen. Wenn die Ladesäule respektable 150 kW Ladeleistung anbietet, das Auto aber nur 50 kW verarbeiten kann, nutzt das Plus an Leistung wenig. Übrigens ist laut ADAC ein E-Auto fit für die Langstrecke, wenn es eine nachladbare Reichweite von 200 Kilometern in 30 Minuten ermöglicht.

Welche Lademöglichkeiten gibt es fürs Elektroauto?

„Der Anschluss an die Haushaltssteckdose mit 230 Volt (Mode 2) ist eine Notlösung, bei der ein Akku mit der gleichen Ladeleistung geladen wird wie zum Beispiel ein Wasserkocher“, erklärt Michael Ringleb, Produktverantwortlicher Elektrotechnik (ELT) bei DEKRA. „Bei dieser Ladebetriebsart stellt ein von Hersteller oder Zubehörhandel bereitgestelltes Ladekabel die Verbindung zum Fahrzeug her.“ Die meisten Elektroautos werden heute mit Wechselstrom an privaten Wallboxen und an Ladestationen im öffentlichen Raum geladen. Bei dieser Ladebetriebsart 3 (Mode 3) kommt in der Regel ein sogenannter Typ-2-Stecker zum Einsatz. Die Ladebetriebsart 4 (Mode 4) steht für das elektrische Laden mit Gleichstrom (DC). Hier hat sich das Combined Charging System (CCS) als europäischer Standard durchgesetzt. Der Combo-Stecker kombiniert einen Typ-2-Stecker mit zwei zusätzlichen Leistungskontakten für das Gleichstrom-Laden in einem Gehäuse – das E-Auto kann am Schnelllader Gleichstrom zapfen, an der AC-Ladestation Wechselstrom.

Gut zu wissen: Ausbau der Ladeinfrastruktur. Stand Mai 2021 verzeichnet die Bundesnetzagentur 36.894 Normalladepunkte für Wechselstrom mit typischen Ladeleistungen von 22 kW. Fürs DC-Schnellladen gibt es 6.099 Ladepunkte. Allerdings weisen derzeit weniger als zwei Prozent aller Ladepunkte eine Ladeleistung von mindestens 100 kW auf, was als Voraussetzung für den Einsatz von E-Autos auf langen Strecken gilt. Mit dem gerade vorgelegten „Schnellladegesetz zur flächendeckenden Schnellladeinfrastruktur für reine Batterieelektrofahrzeuge“ will die Bundesregierung jetzt den Turbo zünden – bis zum Jahr 2023 sollen hierzulande 1.000 Schnellladehubs entstehen, die das Laden mit über 150 Kilowatt ermöglichen. Gut voran geht der Ausbau der privaten Ladeinfrastruktur. Laut Bundesverkehrsministerium wurden seit Beginn des Förderprogramms für private Wallboxen rund 385.000 Förderanträge für 470.000 Ladepunkte gestellt.

Für wen bietet sich eine Wallbox für AC-Laden an?

Eine eigene Stromtankstelle in der Garage, im Carport oder am privaten Stellplatz kann den Ausschlag für die Anschaffung eines E-Autos geben. Das hat auch die Politik erkannt – der Bund fördert den Einbau einer Wallbox mit maximal 900 Euro pro Ladepunkt inklusive Einbau. Voraussetzungen dafür sind eine Ladeleistung von 11 kW (ab Werk oder gedrosselt), eine intelligente Steuerung sowie die ausschließliche Nutzung der Station mit erneuerbaren Energien. Tatsächlich sind dreiphasige Modelle mit 11 kW Ladeleistung in Deutschland häufig gefragt. Die Ausführungen mit 22 kW wären in den meisten Fällen eher überdimensioniert. Perfekt passen würde die große Wallbox allerdings zum Renault Zoe Z.E.50 – der kleine Franzose besitzt eine Leistungsaufnahme von 22 kW und könnte damit ein enormes Ladetempo vorlegen.

Wie lassen sich öffentliche AC-Ladesäulen am besten nutzen?

Laternenparker sind beim Stromtanken auf die öffentliche Ladeinfrastruktur angewiesen. Das muss kein Nachteil sein, weil Kommunen, Einzelhandel, Supermärkte und Dienstleister immer öfter zusätzliche Lademöglichkeiten anbieten. „Die Ladeleistungen der AC-Ladesäulen liegen in der Regel bei 22 kW. Allerdings gelten hier die gleichen Beschränkungen wie beim Laden an der privaten Wallbox – die Ladeleistung an der AC-Säule kann nur so hoch sein wie es das Onboard-Ladegerät im Fahrzeug erlaubt“, berichtet Andreas Richter, Ingenieur im DEKRA Kompetenzzentrum Elektromobilität. Je geringer die Ladeleistung des Onboard-Ladegeräts, desto länger muss also das Auto am Ladekabel hängen, um eine entsprechend große Energiemenge zu beziehen. Umgekehrt bedeutet das, dass dann ein kurzer Zwischenstopp an der öffentlichen Stromtanksäule während des Einkaufs die Energiemenge im Akku nicht wesentlich erhöht. Wer beim Laden auf die öffentliche Infrastruktur angewiesen ist, sollte daher bei der Anschaffung eines E-Autos auf eine höhere AC-Ladeleistung mit 11 oder 22 kW achten. Ansonsten bietet sich ein Besuch im Ladepark an, um dort Nachschub in Form von Gleichstrom zu fassen – vorausgesetzt, das E-Auto ist dafür ausgestattet.

Wie funktioniert das Laden mit Gleichstrom im Ladepark?

DC-Ladesäulen versorgen den Akku mit Hilfe des integrierten Gleichrichters auf direktem Weg mit Gleichstrom. Ihr Leistungsspektrum reicht von 50 kW bei einfacheren Systemen bis zu 475 kW bei Hochleistungsladesäulen. Anders als beim AC-Laden bleibt dabei das Onboard-Ladegerät außen vor. Stattdessen entscheidet das Batteriemanagement, mit welcher Leistung der Gleichstrom in den Akku fließt. Die Ladesäule stellt ihre ganze Power in der Regel bis zu einer Akkukapazität von 80 Prozent bereit. An diesem Punkt tritt das System gewissermaßen auf die Bremse. Das hat zur Folge, dass die restlichen 20 Prozent bis zum randvoll geladenen Akku nur sehr langsam in den Akku fließen. In der Praxis bietet es sich an, das Schnellladen an der DC-Säule nur bis zu einem Ladestand von 80 Prozent in Anspruch zu nehmen, weil sich sonst die Wartezeit bis zur vollen Batterie enorm verlängert. Wie lange das Laden mit hohen Strömen möglich ist, hängt auch von der Ladestrategie des Herstellers ab. Messungen des ADAC haben gezeigt, dass der Audi e-tron über fast den gesamten Bereich bis 80 Prozent Akkukapazität mit höchster Leistung von knapp 150 kW lädt. Dagegen regelt der Mercedes EQC seine Ladeleistung von 110 kW bereits bei knapp 40 Prozent Batteriestand kontinuierlich herunter.

Was sind Ladeverluste und wann treten sie auf?

Das bedeutet, dass im Akku weniger Energie ankommt als an der Säule gezapft wird. Der ADAC hat vor kurzem in neuen Messreihen je nach Fahrzeug Ladeverluste von zehn bis 24 Prozent ausgemacht. Sichtbar wird dieses Phänomen in dem Moment, wenn der Bordcomputer für die getankte Strommengen im Akku einen niedrigeren Wert angibt als das Display auf der Ladesäule. Die Gründe für diese Differenz sind physikalischer Natur. „Fließt Strom durch eine Leitung, sind dabei stets auch elektrische Widerstände am Werk, die einen Wärmeverlust bewirken. Die Verluste entstehen zum Beispiel in der Ladestation selbst, aber auch im Ladekabel, im On-Board-Ladegerät und in der Traktionsbatterie“, erläutert Andreas Richter. Unterm Strich kann der Ladeverlust die Ladezeit an der Stromtankstelle deutlich verlängern. Auch bei der Berechnung der Tankkosten können Ladeverluste eine Rolle spielen. Wer sich nur auf die Daten des Bordcomputers verlässt, kommt auf eine niedrigere Summe als tatsächlich an der Kasse zu zahlen ist. Ladeverluste gehen also stets aufs Konto des Nutzers.

Technik erklärt: Welche Rolle spielen Onboard-Ladegerät und Ladeleistung?

Wallboxen und öffentliche AC-Ladesäulen liefern den Netzstrom über drei Phasen. Eine dreiphasige Wallbox mit 11 kW Ladeleistung würde über jede Phase jeweils 3,7 kW Leistung bereitstellen. Wie viel davon das Fahrzeug nutzen kann, hängt vom installierten Onboard-Ladegerät ab, das den Wechselstrom auf seinem Weg zum Akku in Gleichstrom (DC) umwandelt. Zwei Stellgrößen sind hier wichtig: die Anzahl der Phasen und die Ladeleistung des Systems. Ein dreiphasiges Ladegerät mit 11 kW könnte also die volle Leistung der Wallbox abrufen. Ein einphasiges System würde dagegen maximal 3,7 kW in Empfang nehmen können. Das gleiche gilt, wenn die Ladeleistung 7,4 kW beträgt, aber nur eine Phase zur Verfügung steht. Viele Elektroautos sind heute mit Ladegeräten unterwegs, die nur mit einer Phase laden. Neuere Modelle haben jedoch immer öfter zwei- oder dreiphasige Geräte an Bord. VW ID.4 und Opel Corsa-e zum Beispiel warten beide mit einem zweiphasigen Ladegerät und einer Ladeleistung von 7,4 kW auf – sie könnten also ihre volle Leistung von der Wallbox mit 11 kW Ladeleistung beziehen.

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