Infrastruktur für das Laden von Elektrofahrzeugen

Elektrofahrzeuge

Ein Elektrofahrzeug ist ein Verkehrsmittel, das für die Benutzung auf öffentlichen Straßen, Wegen und Plätzen oder für Fernverkehrsstraßen zugelassen ist und von einem Elektromotor angetrieben wird. Der Elektromotor bezieht seinen Strom aus einer aufladbaren Speicherbatterie. Die Aufladung erfolgt über geeignete Ladeeinrichtungen im öffentlichen oder privaten Raum.

Elektrofahrzeuge können sein:

• Elektrofahrräder (Pedelecs und E-Bikes)
• Elektromotorroller (E-Roller oder E-Scooter)
• PKW mit Hybridantrieb (Kombination Elektromotor/Verbrennungsmotor)
• PKW mit rein elektrischem Antrieb
• Elektrobusse
• elektrisch angetriebene Nutzfahrzeuge (LKW oder Transporter)

Je nach Art des Fahrzeugs werden die zugehörigen Ladeeinrichtungen klassifiziert nach Ladeleistung bzw. Ladestrom. Die Herstellerangaben zu den Ladeströmen und -zeiten sowie die hierfür geeigneten Ladebetriebsarten der Elektrofahrzeuge sind zu beachten. Grundsätzlich verkürzt sich die Ladezeit, wenn eine höhere Ladeleistung bereitgestellt wird. Diese Informationsbroschüre bezieht sich primär auf die Ladeinfrastruktur (Battery Electric Vehicle, BEV) von PKW mit rein elektrischem Antrieb bzw. PKW mit Hybridantrieb und einer Ladeschnittstelle (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV).

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Die Elektroinstallation zur Versorgung einer Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge ist für die vorgesehene oder notwendige Ladebetriebsart zu bemessen. Werden mehrere Ladeeinrichtungen oder Ladepunkte aus einer Elektroinstallation versorgt, ist bei gleichzeitiger Nutzung der Gleichzeitigkeitsfaktor 1 zu berücksichtigen oder ein Auflademanagement zu betreiben.

Ladepunkte und Ladeeinrichtungen

Ein Ladepunkt ist die Stelle der Ladeeinrichtung, an der ein einzelnes Elektrofahrzeug angeschlossen wird.

Elektrofahrzeuge können geladen werden an:

• Steckdosen in der festen Installation, die unter Berücksichtigung ihrer Dauerstrombelastbarkeit für das Laden von Fahrzeugen geeignet und vorgesehen sind
• Ladesäulen sowie Wandboxen (Wallboxen) zur Installation in Garagen, Carports oder an Stellplätzen, die einen oder mehrere Ladepunkte versorgen können

Neben der Ladung an Ladeeinrichtungen besteht die Möglichkeit, das Elektrofahrzeug an einer Steckdose zu laden. Bei einem Elektro-PKW spricht man hierbei von einer „Notladung“. Die Anwendungsgrenzen über die Ladebetriebsarten werden im folgenden Abschnitt beschrieben.

Mit Inkrafttreten des Wohnungseigentumsmodernisierungsgesetzes (WEMoG) wird das Wohnungseigentumsgesetz (WEG) grundlegend reformiert. Ein Schwerpunkt dieser Reform ist, dass Wohnungseigentümer und Mieter im Grundsatz einen Anspruch darauf haben, dass ihnen auf eigene Kosten der Einbau einer Lademöglichkeit für ein Elektrofahrzeug, der barrierefreie Aus- und Umbau sowie Maßnahmen des Einbruchsschutzes und zum Glasfaseranschluss gestattet werden.

Ladebetriebsarten

Folgende Ladebetriebsarten mit Wechselstrom (AC) sind in der DIN EN 61851–1 (VDE 0122–1) definiert.

Ladebetriebsart 1:
Diese Ladebetriebsart beschreibt das Laden mit Wechselstrom an einer landesüblichen Haushaltssteckdose („Schutzkontaktsteckdose“) oder einer ein- bzw. dreiphasigen Industriesteckdose (z. B. „CEE-Steckdose“) ohne Kommunikation zwischen Fahrzeug und Infrastruktur. Sie wird üblicherweise von Herstellern von zweirädrigen Fahrzeugen unterstützt, da für diese Ladebetriebsart das Vorhandensein einer FehlerstromSchutzeinrichtung (FI-Schutzschalter) in der Infrastruktur zwingend erforderlich ist. Dies kann insbesondere bei Bestandsinstallationen nicht immer gewährleistet werden.

Ladebetriebsart 2:
Wie auch bei der Ladebetriebsart 1 können Haushaltssteckdosen oder Industriesteckdosen mit Wechselstrom genutzt werden. Im Unterschied zur vorherigen Betriebsart befindet sich in dem Ladekabel des Fahrzeugs eine Steuer- und Schutzeinrichtung („In-Cable Control and Protection Device“ – IC-CPD). Diese übernimmt den Schutz vor elektrischem Schlag bei Isolationsfehlern. Über ein Pilotsignal erfolgt ein Informationsaustausch und eine Überwachung der Schutzleiterverbindung zwischen der IC-CPD und dem Fahrzeug. Bei Neuinstallationen, Änderungen und Erweiterungen elektrischer Anlagen ist das Vorhandensein einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung in der Infrastruktur zwingend erforderlich. Dies ist beim Bereitstellen von Ladepunkten für diese Ladebetriebsart zu berücksichtigen.

Ladebetriebsart 3:
Die Ladebetriebsart 3 wird für das ein- bzw. dreiphasige Laden mit Wechselstrom bei fest installierten Ladestationen genutzt. Die Sicherheitsfunktionalität inklusive FehlerstromSchutzeinrichtung ist in der Gesamtinstallation integriert, sodass nur ein Ladekabel mit zweckgebundenem Stecker auf der Infrastrukturseite notwendig ist. Oft ist auch ein fest an der Ladestation angeschlossenes Ladekabel mit entsprechender Fahrzeugkupplung vorhanden. Die Kommunikation zwischen Infrastruktur und Fahrzeug erfolgt über das Ladekabel. Bei dieser Ladebetriebsart werden bei Verwendung des Typ 2 Steckers die Steckverbindungen auf beiden Seiten des Ladekabels verriegelt.

Ladebetriebsart 4:
Ladebetriebsart 4 ist für das Laden mit Gleichstrom (DC-Laden) an fest installierten Ladestationen vorgesehen. Das Ladekabel ist immer fest an den Ladestationen angeschlossen. Im Gegensatz zu den anderen Ladebetriebsarten ist hier das Ladegerät, welches auch die Sicherheitsfunktionalitäten umfasst, in der Ladestation integriert. Die Kommunikation zwischen Ladestation und Fahrzeug erfolgt über das Ladekabel. Darüber hinaus erfolgt die Verriegelung der Steckverbindungen.

Diese Rubrik bezieht sich im Wesentlichen auf die Ladebetriebsarten 2 und 3. Im Fokus steht dabei das sichere Laden von „Battery Electric Vehicles“ (BEV) und „Plug-in Hybrid Electric Vehicles“ (PHEV).

Ladestromkreise

Der Ladestromkreis für ein Elektrofahrzeug ist ein Endstromkreis, der keine Anschlussstellen für weitere elektrische Verbrauchsgeräte enthalten darf. Die Bemessungsdaten für diese Stromkreise können der Tabelle entnommen werden.

Ladezeiten

Die Zeit zum Aufladen eines Elektrofahrzeuges ist abhängig von der verfügbaren Leistung an der Ladestation, der Speicherkapazität der Batterie im Fahrzeug sowie der maximalen Leistung des im Fahrzeug eingesetzten Gleichrichters. Man unterscheidet zwischen Wechselstrom- und Gleichstromladung.

Eine Schutzkontaktsteckdose (230 V, 16 A) ist grundsätzlich zur Ladung von zwei- und vierrädrigen Elektrofahrzeugen geeignet. Der Ladevorgang nimmt allerdings sehr viel Zeit in Anspruch. Da die Steckdose außerdem nicht für den Dauerbetrieb von 16 A ausgelegt ist, muss die Ladung gedrosselt erfolgen (Ladebetriebsart 1). Ein Ladevorgang kann somit ca. 15 Stunden bei Kurzstreckenfahrzeugen (Bsp.: 41 kWh) dauern, bei Modellen für Langstrecken mit hoher Batteriekapazität (Bsp.: 95 kWh) mit etwa 34,4 Stunden sogar deutlich länger. Bei Ladebetriebsart 3 sinkt die Ladezeit deutlich.

Tabelle: Arten von Ladestromkreisen und deren Bemessungsdaten