Stromtankstelle

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Proprietäre Tesla Stromtankstelle in Delaware USA
Stromtankstelle in Freiburg im Breisgau
3-ph-Tankstelle Park & Charge
Stromtankstelle in Mannheim

Als Stromtankstelle wird eine Lademöglichkeit für Elektrofahrzeuge bezeichnet. Diese kann öffentlich oder nicht-öffentlich zugänglich sein und ist im einfachsten Fall eine Steckdose (230 V, 16 A), an welcher der Akkumulator eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs über eine Kabelverbindung aufgeladen werden kann (konduktives Ladesystem für Elektrofahrzeuge laut DIN EN61851-1). Kabellose Stromtankstellen (induktives Laden) befinden sich im Erprobungsstadium. Es gibt kostenpflichtige, kostenlose und von Vereinen für ihre Mitglieder betriebene Stromtankstellen. Mittlerweile gibt es vermehrt Stromtankstellen mit Drehstromanschluss, damit entweder mehrere Fahrzeuge gleichzeitig oder ein Fahrzeug beschleunigt geladen werden kann. Eine neue Kategorie ausgehend von Japan CHAdeMO über die Vereinigten Staaten Tesla-Superlader und Europa CCS-Lade-System stellen sogenannte Super-Stromtankstellen dar.

Bei einer Stromtankstelle als Solartankstelle ist der Betreiber zusätzlich dafür verantwortlich, dass die bezogene elektrische Energie in ihrer Herkunft direkt zur Sonne zurückverfolgt werden kann, beispielsweise mit Hilfe einer Solarstromanlage.

Technik[Bearbeiten]

Derzeitige Kleinst-Elektromobile „tanken“ in der Regel an einer Stromtankstelle nur kleine Energiemengen. Ohne aufwendige Technik und mit einfachsten organisatorischen Maßnahmen wie der pauschalen Verrechnung der bezogenen Energie können die Kosten bei den meisten Stromtankstellen niedrig gehalten werden. Die derzeit häufigsten Systeme sind private Außensteckdosen mit Wechselstrom- oder Drehstromanschlüssen, Park & Charge oder die Drehstromkiste. Die Stecker und Kabel entsprechen den üblichen Normen für elektrische Geräte IEC 60309/CEE.

Für Europa wurde mit dem Standard EN 62196 Typ 2 (auch Mennekes IEC Typ 2 genannt) ein universelles Steckersystem für Elektroautos im Lade-Leistungsumfang von 1,9 kW bis 240 kW spezifiziert. Durch die verzögerte Entscheidungsfindung in Europa findet der europäische Konsument aber heute an seinem Elektrofahrzeug den jeweils im Herstellerland seines Fahrzeuges favorisierten Ladestandard wieder. Die Integration des europäischen IEC-Typ-2-Standards befindet sich zudem bei den bestehenden historischen europäischen Elektroauto-Ladenetzwerken noch weitgehend in Anfängen, weswegen der Elektroautofahrer Konsument heute vorerst zum Laden seines Fahrzeuges mit einer Vielzahl von Adaptern und diversen Ladesteuerboxen konfrontiert ist.

Der unter Federführung des Sauerländer Stecker-Herstellers Mennekes entworfene und von mehreren europäischen Automobilherstellern und Stromkonzernen unterstützte Ladestandard EN 62196 Typ 2 ermöglicht am CP-Pin des Steckers einen bidirektionalen Kommunikationskanal zwischen Fahrzeug und Stromtankstelle. Mittels CP-Signal kann die Ladesäule die vom Elektroauto unterstützte Ladeleistung vom Fahrzeug auslesen. Sofern dann an einem Stromtankstellen-Standort sich mehrere Ladesäulen einen einzigen Energieanschluss teilen, kann ein zentrales Tankstellen-Lastmanagement per Pulsweitenmodulation (per CP-Pin) die Ladeleistung der in den Fahrzeugen verbauten Ladegeräte (Mode 1–3) derart reduzieren, dass die Gesamtladeleistung aller an der Stromtankstelle angeschlossenen Fahrzeuge die maximale Energieanschlussleistung der Tankstellenanlage nicht übersteigt. Die Ladedauer kann daher variieren, wenn sich mehrere Fahrzeuge eine Tankstellenanlage teilen. Ziel ist es, langfristig den Fahrzeugakku als Teil des Stromnetzes zu betrachten. Er kann bei Energieüberschuss im Netz geladen werden (Energiesenke) und bei Energiemangel im Netz kann aus dem Akku Energie in das Netz zurückgespeist werden („Vehicle to grid“). Diese Variante ist jedoch noch sehr neu und dem DC-Lademodus (Mode 4) vorbehalten, es wird noch nicht angewandt.

Neben der konduktiven Ladung (also Energieübertragung über Kabel und Steckverbindungen) kann die Energie auch induktiv übertragen werden. Solche Systeme gibt es seit vielen Jahren, unter anderem war so das Ladesystem des EV1 von General Motors aufgebaut. Auch bei Bussen wurde es schon eingesetzt und verschiedene Firmen und Forschungseinrichtungen zeigten solche System auf Messen und Kongressen (zum Beispiel auf verschiedenen Electric-Vehicle-Symposien). Bekannt wurde ein System von Wamsler (Österreich) für Elektrobusse, die Veröffentlichungen von Dassault in Frankreich (ebenfalls für Busse vorgesehen) und in letzter Zeit die Vorschläge von Nissan für die Ladung der geplanten Elektroautos.

Mit modernen Traktionsakkus wird eine schnellere Ladung angestrebt. Das geht im Bereich der Ladezeiten um eine Stunde meist problemlos, sofern die benötigten Leistungen zur Verfügung stehen und die Fahrzeuge mit den Ladegeräten ausgerüstet sind. Herkömmliche Fahrzeuge mit 12 bis 20 kWh Energieinhalt benötigen dafür mindestens einen Dreiphasenanschluss mit 16 A (11 kW) oder 32 A (22 kW). Das sogenannte „Drehstromnetz“ mit der „Drehstromliste“ strebt als Standard die 32-A-Dose (22 kW) an. Mit noch höher belastbaren Steckdosen könnten entsprechende Hochstromlader in 10 bis 20 Minuten elektrische Energie für über 150 Fahrkilometer (rund 30 kWh) liefern. Solche Systeme existieren öffentlich noch nicht, sind aber denkbar.

Ein Schnellladesystem durch Mitnutzung des bestehenden Gleichstromnetzes der Straßenbahnen in Ballungsräumen scheint hier besonders zukunftsweisend. Dieses Netz hat in der Regel Gleichspannung in der Größenordnung von 1 kV. Es gibt zahlreiche Unterwerke, welche die einzelnen Streckenabschnitte getrennt versorgen, so dass hier mit verhältnismäßig geringen Aufwendungen öffentliche Schnellladestationen errichtet werden könnten, denn Netz und Gleichrichterinfrastruktur sind bereits vorhanden.

Konstruktive Anforderungen an eine Stromtankstelle[Bearbeiten]

Wegfahrschutz, Mechanischer Schutz, Elektrischer Schutz, Fehlerstromschutz, Überlastungsschutz, Komponentenschutz.

Ladeinfrastruktur in der privaten Garage[Bearbeiten]

Elektrofahrzeuge werden mehrheitlich zuhause sowie ab und zu an der Arbeitsstelle geladen. Dies macht über 90 % aller Ladevorgänge aus. Nur ein kleiner Teil entfällt auf öffentliche Ladestationen. [1]

Führende Hersteller von Garagen bieten als Zusatzausstattung Elektroinstallationen an. Es gibt jedoch praktisch keine Standardpakete für das Aufladen von Elektroautos in Fertiggaragen. Kleinere Elektrofahrzeuge wie Elektrofahrräder, Elektromotorräder und kleine Elektroautos verfügen über eine kleine Batteriekapazität und können mit einfachen Mitteln (230 V, 16 A, übliche Haushaltssteckdosen) aufgeladen werden. Um ein Elektroauto mit einer größeren Batteriekapazität in der Garage aufzuladen, werden allerdings andere Anforderungen an die Ladeinfrastruktur gestellt.

Übliche Haushaltssteckdosen sind nur beschränkt für mehrstündigen Dauerbetrieb bei Nennlast geeignet und auch mechanisch nicht sehr belastbar. Industriesteckdosen CEE (Eurostecker) weisen eine erhöhte mechanische Belastbarkeit auf und sind gegen Eindringen von Wasser geschützt.[2]

Um für die Zukunft gerüstet zu sein, wird für das Laden von Elektroautos in der privaten Garage mindestens ein Stromanschluss der Größenordnung 22 kW (400 V 32 A) Drehstrom und Industriesteckdose C rot empfohlen. Eine noch stärkere und schnellere Ladung ist bei geeignetem Ladegerät mit 63 A möglich. Beim Renault ZOE kann die Traktionsbatterie so in 30 Minuten zu 80 % geladen werden. Diese Größenordnungen können beim Hausanschluss eingeplant werden: Während in West- und Norddeutschland 63 A für den Hausanschluss üblich sind, erfolgt in Süddeutschland der Hausanschluss oft nur mit 35 A. [3] In Neubaugebieten sind entsprechende Kapazitäten i.d.R. ohne Probleme verfügbar. Beim Neubau eines Einfamilienhauses kann man beispielsweise die Wohnung mit 35 A und die Garage mit 63 A anschließen lassen. Die Hersteller von Elektroautos und Dritthersteller bieten dabei Wand-Ladestationen an, die einen einfachen Ladeanschluss gewährleisten.

Ob und wie sich eine Schnellladung auf die Lebensdauer von Akkumulatoren auswirkt, hängt vom verwendeten Akkutyp, der Akkugröße und der Ladestromstärke ab. Neue Modelle von Lithium-Ionen-Akkumulatoren werden als schnellladefähig beschrieben. Dabei ist eine Aufladung mit Ladeleistungen >1C gemeint, was zu Ladezeiten von weniger als einer Stunde führt. Für moderne Akkusysteme ist herstellerseitig meist eine Normalladung von 0,5C bis 1C spezifiziert (eine 100-Ah-Zelle[4] kann mit Strömen von 50–100 A normal geladen werden). Die Zellen von Winston Battery beispielsweise können so ohne Lebensdauereinbußen in etwa 2 Stunden normal aufgeladen werden, sofern Stromanschluss und Ladegerät die nötige Leistung zur Verfügung stellen.

Im Rahmen von Solarmobil und Elektroauto Wettfahrten gab es zu Zeiten der Tour de Sol gegensätzliche Philosophien zwischen langsamer, sanfter und schonender Ladung gegenüber der Schnelladung seinerzeit verwendeter Akkutypen (Bleiakkumulatoren, Nickel-Cadmium-Akkumulatoren). Auch beim Lithium-Ionen-Akkumulator ist der Preis für eine Verkürzung der Ladezeit über die Normallladung hinaus ein Verlust an Kapazität und Lebensdauer.

Selbst bei Weiterentwicklungen wie zum Beispiel dem Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator findet eine (geringe) Selbstentladung statt. Eine Selbstentladung bei Elektroautos kann man durch eine relativ geringe Fläche an Photovoltaik-Modulen auf dem Fahrzeugdach ausgleichen. Das Fahrzeug sollte dann tagsüber in der Sonne und nachts in der Garage geparkt werden.

Die Positionierung der Steckdose erfolgt vor der Motorhaube des Elektroautos und nicht seitlich, wo sich bei Verbrennungsautos üblicherweise der Tankdeckel befindet.[5]

Pro Elektrofahrzeug ist eine separate Sicherung und ein separater Fehlerstrom-Schutzschalter (FI) zu verwenden. Solche Geräte sind heute als Kombischutzschalter zu verwenden.[6]

Regionaler Einsatz[Bearbeiten]

Regional-Ladestation in Aachen
Regional-Ladestation in Karlsruhe

In Deutschland gibt es relativ dichte Stromtankstellennetze in der Region Neckar-Alb, im Raum Erlangen-Nürnberg, in Nordhessen sowie in bestimmten Gegenden des Ruhrgebietes. Viele sind kostenlos. In Deutschland stehen den 12.156 rein batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (Stand 1. Januar 2014)[7] rund 4.400 Stromtankstellen gegenüber (Stand 28. Oktober 2013).[8] LEMnet listet für die Schweiz 717[9] und Österreich 357[10] öffentlich zugängliche Stromtankstellen auf (Stand 27. Oktober 2011). Daneben gibt es für Österreich eine eigene Liste, die 2109 Lademöglichkeiten aufzählt. Aktuelle Informationen findet man bei den unten angegebenen Webseiten.
Ab dem 1. März 2014 vergibt der Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) auf Anfrage einheitliche Identifikationsnummern für Betreiber von für die Öffentlichkeit vorgesehenen Ladesäulen in Deutschland, wodurch der Aufbau eines funktionierenden Roamingsystems auf dem Gebiet der Elektromobilität ermöglicht wird.[11][12]

Für die rund 60 Elektrobusse in Peking wurde während der Olympiade 2008 eine Batteriewechselstation betrieben, in der den Bussen die leeren Akkus entnommen und aufgeladene wieder eingeschoben wurden. Diese Station hatte einen Stromanschluss von mehreren 100 kW. In China ist zurzeit der Bau von 3000 Elektrobussen für den öffentlichen Personen-Nahverkehr geplant. Es wird erwartet, dass hier ähnliche bzw. weiterentwickelte Stromtankstellen mit Wechselsystem zum Einsatz kommen.

Für die mittlerweile fast 100 Millionen Elektrofahrräder, die in China in Betrieb sein sollen (2009), reichen einfache Außensteckdosen als Stromtankstellen aus. Zusätzlich können die Akkus entnommen und an Steckdosen in Innenräumen aufgeladen werden oder es wird ein Kabel nach draußen gezogen. Das ist die einfachste Form einer „Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge“.

Systeme[Bearbeiten]

Seit 1992 bietet Park & Charge Lademöglichkeiten für E-Mobile auf reservierten Parkplätzen an. Seit 1997 gibt es das Park&Charge-System mit demselben Schlüssel auch in Deutschland. Es sind 143 Standorte in Deutschland in Betrieb (Stand 12. September 2011) (in der Schweiz: 235, in Österreich 69). Neben Park&Charge-Stromtankstellen gibt es eine große Anzahl an freien Außensteckdosen für Elektromobile und verschiedene andere Systeme, siehe unten bei den Weblinks. Durch die Bemühungen, vermehrt Elektroautos einzuführen, werden weltweit weitere Systeme geplant und betrieben. Wirtschaftlich gescheitert ist das Konzept von „better place“ in Israel, Portugal, Dänemark und anderen Ländern, Batteriewechselsysteme zu etablieren.

In Deutschland entstehen im Rahmen der Elektroauto-Modellregionen an vielen Stellen Elektrotankstellen, unter anderem in Zusammenarbeit mit BMW, RWE, EON, Daimler, VW und Apcoa (Parkhäuser). Besonders München und Berlin sollen für die Flottenversuche mit dem BMW Mini E eine große Anzahl von Elektrotankstellen bekommen. Seit Juni 2008 sind zwei Stromtankstellen in der Schweiz auch direkt an der Autobahn in Betrieb. Die Stromtankstellen wurden in Zusammenarbeit von TexxEnergy und der EWA realisiert. Sie verfügen über 230- und 400-Volt-Steckdosen und ermöglichen das Laden von Elektrofahrzeugen mit ökologisch produziertem Strom. Die Tankstellen befinden sich direkt an der Autobahn A2 auf der Gotthardraststätte (jeweils in Fahrtrichtung Nord und Süd) in Altdorf. Weitere Stromtankstellen für das gesamte Nationalstraßennetz der Schweiz sind in Planung.

Deutlich höhere Akzeptanz könnte die Elektromobilität erzielen, wenn ein flächendeckendes Netz von Gleichstromtankstellen mit Schnellladefunktion etabliert werden würde. Damit würde sich die oft debattierte Reichweiten-Thematik erübrigen.

Stromtankstellen-Verzeichnisse[Bearbeiten]

Stromtankstellen sind in üblichen Straßenkarten oder Navigationssystemen kaum bis gar nicht verzeichnet, zudem gibt es bei Stromtankstellen laufend Änderungen im Leistungsumfang. Störungsmeldungen sind in der Routenplanung zu berücksichtigen, Elektrautofahrern mit Elektroautos großer Akkukapazität steht bei einem Ausfall einer einzelnen Ladestation wegen der geringen Flächendurchdringung von Elektrotankstellen oft kaum eine Alternative zur Verfügung.

Gute Verzeichnisse (siehe unten bei den Weblinks) von Stromtankstellen sind daher oft redaktionell betreut und online zugänglich. Störungen können mittels Smartphone-App kurzfristig und unbürokratisch allen Anwendern mitgeteilt werden.

Stromtankstellen-Identifikation EVSEID[Bearbeiten]

Stromtankstellenbetreiber benötigen für eine länderübergreifende Verrechnung ähnlich dem Mobilfunk-Roaming-System für ihre Stromtankstelle eine eindeutige ID. Dies erfolgt mittels Ladepunkt-Identifikation (EVSEID en:Electric Vehicle Supply Equipement ID). Die EVSEID-Kennung besteht aus dem Länderkürzel (DE), der EVSE-Operator-ID (3 Stellen), der ID-Type (E) und der Power-Outlet-ID (bis zu 30 Stellen).

Battery swapping[Bearbeiten]

Als Battery swapping werden Ladestationen bezeichnet, an denen die Batterien nicht im Auto mit Strom geladen werden, sondern gegen bereits geladene Batterien getauscht werden. Hierdurch spielt es keine Rolle mehr, wie lange der Ladevorgang dauert und bei ausreichend dichtem Stationsnetz sind unbegrenzt lange Fahrten möglich. Die bekanntesten Anbieter von solchen Lösungen sind Better Place und Tesla Motors.

Eine battery-switching-Ladestation von Better Place in Israel

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Electric vehicle charging stations – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Merkblatt Ladeinfrastruktur Elektrofahrzeuge (PDF; 2,1 MB)
  2. Merkblatt Ladeinfrastruktur Elektrofahrzeuge (PDF; 2,1 MB)
  3. Elektrikforen.de Hausanschluss
  4. Winston Battery, 100-Ah-Zelle, aufgerufen am 9. Dezember 2012
  5. BSM-Infocenter-Präsentation zur Netzintegration
  6. Merkblatt Ladeinfrastruktur Elektrofahrzeuge (PDF; 2,1 MB)
  7. http://www.kba.de/cln_031/nn_125398/DE/Statistik/Fahrzeuge/Bestand/2014__b__bestandsbarometer__teil2__absolut.html
  8. http://www.bdew.de/internet.nsf/id/20131028-pi-zahl-der-ladepunkte-nimmt-weiter-zu-de
  9. http://www.lemnet.org/lists/LEMnet_CH.htm
  10. http://www.lemnet.org/lists/LEMnet_A.htm
  11. Juliane Girke: Einheitliche Identifikationsnummern für Elektromobilität. eMobile Ticker-Internetportal, Bundesverband eMobilität e.V., 1. März 2014
  12. Fahren von Elektroautos wird noch kundenfreundlicher: Code-Vergabe ermöglicht allen Nutzern einfachen Zugang zu jeder öffentlichen Ladesäule; BDEW unterstützt Gratisparkplätze. Internetportal des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW), 28. Februar 2014