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Elektroauto Die Suche nach dem Super-Lader

Für die meisten Alltagsfahrten reichen heutige Elektroautos vollkommen aus. Doch dann muss das Auto für Stunden an den Stecker. Ein Tüftler will nun das Rezept für alltagstaugliche Elektromobilität gefunden haben.

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Elektroautofahrer braucht Zeit zum aufladen Quelle: rtr

Alle reden von der Reichweite. Geht es um Elektroautos, kommt das Gespräch schnell auf eine der Grundängste der Autofahrer: mit leerem Akku liegenzubleiben. Ohne Strom geht nichts in einem Elektroauto, einfach etwas Benzin aus einem Kanister nachfüllen geht nicht. Eine Ladesäule muss her, und zwar dringend.

Dass die Akku-Angst deutsche Autofahrer vom Kauf eines Elektroautos abhält, haben schon diverse Umfragen gezeigt. 2014 wurden hierzulande gerade einmal 8500 E-Autos neu zugelassen, damit sind derzeit rund 24.000 Elektroautos auf in Deutschland unterwegs – inklusive der teilelektrischen Plug-In-Hybride. Das Ziel der Bundesregierung, bis 2020 eine Million Stromer auf der Straße zu haben, ist in schier unerreichbare Ferne gerückt.

Zehn Antworten zum Elektroauto
Wie weit kommt ein Elektroauto eigentlich?Neben dem hohen Anschaffungspreis ist die geringe Reichweite eines der größten Probleme von Elektroautos. Nur Tesla-Modelle schaffen schon bis zu 500 Kilometer. Ansonsten beträgt die Reichweite bei den meisten Fahrzeugen 150 bis 250 Kilometer, was in der Regel für den täglichen Bedarf genügt. Für Dienstreisen oder eine Urlaubsfahrt eignen sich E-Autos aber noch nicht. Bei schneller Fahrt auf Autobahnen genauso wie bei Minusgraden sinkt der Aktionsradius deutlich. Darum setzen einige Hersteller auf Reichweitenverlängerer, sogenannte Range-Extender. Das sind kleine Verbrennungsmotoren, die in der Regel keine Verbindung zu den Rädern haben, sondern lediglich als Generator arbeiten. Bei niedrigem Akkustand springt dieser automatisch an, lädt die Batterie und sorgt während der Fahrt für elektrischen Nachschub. Quelle: Presse
Kann ich mein E-Auto nur zuhause an der Steckdose oder an einer Ladestation tanken?Nein, auch Schnellladestationen sind eine Möglichkeit. An so einer Station lässt sich beispielsweise der BMW i3 in weniger als einer halben Stunde auf 80 Prozent Ladestand bringen. An der Schnellladestation fließt Gleichstrom mit einer Spannung von maximal 500 Volt und einer Leistung von bis zu 50 Kilowatt. Im Vergleich: Eine gängige Ladestation mit Wechselstrom hat eine Spannung von 230 Volt (Haushaltsspannung) und maximal 3,6 Kilowatt Leistung, der Ladevorgang dauert bei leerer Batterie je nach Modell sechs bis zehn Stunden. In Deutschland sind Schnellladestationen jedoch noch recht selten. Zum Vergleich: Laut der Ladestation-Online-Suche ChargeMap gibt es etwa in Berlin sieben, in München zehn und in Düsseldorf lediglich eine Schnellladestation. Quelle: Presse
Was bedeutet „induktives Laden“? Quelle: Presse
Welche weiteren Antriebsarten gibt es noch neben Benzin-, Diesel- und Elektromotor? Eine weitere Variante ist der Hybridantrieb. Dabei ist Hybrid nicht gleich Hybrid. Grundsätzlich bedeutet das nur, dass zwei verschiedene Antriebe miteinander kombiniert werden, meist ein Verbrennungs- mit einem Elektromotor. Beim Voll-Hybrid besteht die Möglichkeit, kleinere Strecken auch rein elektrisch zurückzulegen. Der Mild-Hybrid hingegen hat ebenfalls zwei Antriebe, der Elektromotor kann das Auto allerdings nicht alleine bewegen. Er nimmt dem Verbrenner lediglich Arbeit ab und senkt so seinen Verbrauch oder stellt in bestimmten Fahrsituationen zusätzliche Leistung zur Verfügung. Eine Mischform aus Elektroauto und reinem Hybrid stellt der Plug-in-Hybrid dar. Seine Batterie kann zusätzlich extern über das Stromnetz geladen werden. Quelle: Presse
Was passiert bei der Rekuperation?Rekuperation ist der Fachbegriff für Rückgewinnung von Energie. Immer wenn ein Fahrzeug bremst, geht viel Energie verloren. Bei der Rekuperation wird ein Teil dieser Energie in Strom umgewandelt und dann in einem Akku oder Kondensator gespeichert, um zu einem späteren Zeitpunkt wieder genutzt zu werden. Bei Elektroautos trägt sie unmittelbar zur Erhöhung der Reichweite bei. Quelle: Presse
Warum benötigt ein E-Auto sogenannten "sauberen" Strom?Entscheidend für den tatsächlichen Beitrag zum Umweltschutz eines E-Autos ist die Herkunft des Stroms. Stammt dieser überwiegend aus konventionellen Kraftwerken, gerät das Elektro-Auto zur Mogelpackung, da seine Treibhaus-Bilanz nur geringfügig besser ausgefüllt ist als die eines konventionellen Autos. Nur wenn der Strom aus regenerativen Energien wie Wind-, Wasser- oder Sonnenkraft stammt, ist er wirklich "sauber". Quelle: Presse
Können Elektroautos auch Spaß beim Fahren bereiten?Ja, denn das Elektroauto hat im Vergleich zum Pkw mit Verbrennungsmotor den Vorteil, dass sein Drehmoment nahezu sofort verfügbar ist. Selbst kleinere Elektroautos können so sofort die maximale Leistung ihres Motors nutzen und an der Ampel einem Sportler davonziehen. Beispielsweise liegt das Drehmoment des Kleinstwagen VW eUp bei 210 Newtonmetern. Vom Antritt eines Tesla-Performance-Modells ganz zu schweigen... Quelle: Presse

Die Reichweiten-Sorgen will der Elektro-Pionier Tesla jetzt gelöst haben – per Software-Update. Das System soll den Fahrer davor warnen, unabsichtlich wegen einer zu geringen Reichweite liegen zu bleiben. „Es wird unmöglich sein, die Batterie leer zu fahren, wenn man es nicht mit voller Absicht tut“, kündigte Tesla-Chef Elon Musk kürzlich an.

Vernetzte Ladestationen

Die Idee der Kalifornier: Die Ladestationen sollen nicht nur in einer Karte verzeichnet, sondern auch intelligent miteinander vernetzt werden. Mit der neuen Software überprüft das Tesla Model S alle 30 Sekunden, welche Ladestation für den aktuellen Standort die beste ist und ob sie noch frei ist. „Es gibt viele Tesla-kompatible Ladestationen, etwa bei Hotels, die einfach vernetzt werden müssen, damit sie im System auftauchen und die Autos sie ansteuern können“, so Musk.

Umstrittene Förderung für Elektroautos

Die Lösung von Tesla setzt also nicht auf größere Batterien, die höhere Reichweiten ermöglichen, um die Zweifel der Kunden zu zerstreuen. „Wir könnten bereits heute Batterie-Packs bauen, die Reichweiten von 500 Meilen möglich machen“, sagt Musk. „Die Fahrer würden im Alltag dann aber sehr viel ungenutzte Kapazität mit sich herumschleppen. Und das wird schwer und auch teuer. Ich halte Batterien mit einer Reichweite von 250 bis 300 Meilen für optimal.“

Das Aufladen dauert Stunden

Auch wenn sich die Reichweiten-Angst – zumindest für Tesla-Fahrer – mit einem intelligenten und engmaschigen Ladenetz umgehen lässt, ein Problem bleibt: Das Aufladen der Akkus dauert Stunden. Für die Alltagstauglichkeit von Elektroautos ist auch entscheidend, wie schnell der Stromspeicher wieder voll ist. Und bei den Ladezeiten gibt es gewaltige Unterschiede. Denn auch Strom ist nicht gleich Strom – auf Leistung und Spannung kommt es an.

Dirk Uwe Sauer, Professor für Energiewandlung und Speichersystemtechnik an der RWTH Aachen, hält eine Verbesserung der heutigen Ladezeiten für nötig. „Bei Elektroautos mit einer Reichweite von 300 Kilometern sollte das Aufladen idealerweise nicht länger als 15 Minuten dauern“, sagt Sauer. Doch selbst der inoffizielle Schnelllade-Meister, der Renault Zoë, hängt derzeit noch mindestens eine Stunde am Netz, bis der Akku voll ist – für rund 150 Kilometer.

Wallbox für Garagenbesitzer

Entscheidend ist, woher der Strom kommt. Die Haushaltssteckdose liefert Wechselstrom mit einer Spannung von 230 Volt – diese Zahl kennt jeder. Viel entscheidender ist aber eine andere Zahl: Die Steckdose liefert eine Leistung von 2,4 Kilowatt. Um zum Beispiel einen Nissan Leaf, dessen Akku 24 Kilowattstunden (kWh) fasst, voll zu laden, dauert es mit dieser Leistung zehn Stunden. Ein Tesla Model S mit bis zu 85 kWh hängt sogar 36 Stunden am Kabel.

Elektroauto-Absatz 2014 in Deutschland

Abhilfe könnte eine Wallbox schaffen – eine Art Ladestation, die sich Garagenbesitzer an ihren Stellplatz bauen können. Je nach Modell schaffen die Geräte bis zu 22 kW. Mit der hohen Ladeleistung sinkt die Ladezeit entsprechend. Statt der 36 Stunden an der Haushaltssteckdose ist der Akku des Model S an einer 22-kW-Säule bereits nach etwas mehr als vier Stunden voll.

Auch die meisten öffentlichen Ladesäulen arbeiten nach dem 22-kW-Prinzip. Das Wechselstrom-System ist preisgünstig in der Anschaffung und theoretisch fast überall umsetzbar.

Hohes Ladetempo nur gegen Aufpreis

In der Praxis sieht das aber anders aus. Ab Werk können einige der heutigen Elektroautos die 22 kW der Ladesäule gar nicht voll ausnutzen – der Smart Fortwo electric drive etwa nutzt serienmäßig nur 3,3 Kilowatt. Für die volle Leistung muss ein anderes Ladegerät eingebaut werden. Leistungselektronik ist teuer: beim Smart kostet das stolze 3060 Euro.

Mit welchen Hindernissen Elektroautos kämpfen

BMW verlangt für die aufwändige Ladeelektronik in seinem i3 1590 Euro. Wollen i3-Fahrer aber nicht an öffentlichen Ladesäulen, sondern in der heimischen Garage laden, werden nochmals 895 Euro für die passende Wallbox fällig. Schlägt man noch die Kosten für die Montage der Wallbox auf, ergibt eine Beispielrechnung der „Auto, Motor und Sport“ einen Gesamtbetrag von 3000 Euro – nur um zu Hause mit schneller laden zu können. Schnell heißt aber noch nicht superschnell: 22 kW unterstützt BMW in Deutschland nicht, hier ist selbst mit der Wallbox Pro bei 4,6 kW Schluss. Für den Gesamtbetrag gibt es auch 2500 Liter Diesel, mit dem ein Kompaktwagen rund 45.000 Kilometer weit kommt. Einmal Aufladen dauert beim i3 aber selbst dann immer noch fünf lange Stunden – statt acht an einer Haushaltssteckdose.

Gleichstrom lohnt sich für Privat-Lader nicht

Doch bei den Schnellladesystemen ist Vorsicht geboten, wenn der E-Autofahrer lange etwas von seiner Batterie haben will. „Lädt man eine Batterie schnell auf, entsteht mehr Wärme – und zu viel Wärme ist auf Dauer nicht gut“, sagt Batterie-Spezialist Sauer. „Aber auch andersherum kann man einer Batterie schaden. Ist die Temperatur nicht hoch genug und man lädt mit hoher Leistung, verkürzt man wegen bestimmter chemischer Effekte die Lebensdauer dramatisch.“

Je schneller eine Batterie geladen wird, desto stärker wird sie in ihrer Haltbarkeit belastet. Deshalb „drosseln“ einige Autobauer das Ladetempo, um die Batterie zu schonen. Lädt man sein Elektroauto über Nacht langsam an der Haushaltssteckdose, ist das laut Sauer selbst bei Frost kein Problem. Aber bereits mit einer 11-kW-Wallbox könne es bei niedrigen Temperaturen zu Problemen kommen. Anders sieht es aus, wenn während einer Langstreckenfahrt an einer Schnellladestation „getankt“ wird – dann ist der Akku bereits warm.

Schneller geht der Ladevorgang, wenn der Wagen nicht mit Wechsel- sondern mit Gleichstrom geladen wird. Teslas Supercharger arbeitet mit bis zu 135 kW, der deutsche Standard mit immerhin noch 50 Kilowatt. Die kostentreibende Technik ist vor allem in den Ladesäulen verbaut, die Autos selbst kommen mit einem relativ simplen Ladegerät aus. Wegen der hohen Anschaffungskosten lohnt es sich für Garagen-Lader kaum, auch die Infrastruktur wird nur langsam aufgebaut – ein Multicharger kostet rund 35.000 Euro.

Das Stichwort Multicharger ist wichtig, denn derzeit konkurrieren vier Schnellladestandards um die Gunst von Kunden und Herstellern. Leistung, Abrechnungsmodalitäten und die Steckerform variieren zum Teil – der „getankte“ Strom ist aber immer gleich. Dazu kommt, dass die öffentlichen Ladesäulen von vielen verschiedenen Unternehmen und Stadtwerken betrieben werden, 230 an der Zahl. Als ob es nicht schwierig genug wäre, eine passende und freie Ladesäule zu finden, man muss auch noch die passende Kundenkarte für die Abrechnung in der Tasche haben.

Neuzulassungen von Elektroautos in Deutschland 2009-2015

Wenigstens dieses Problem hat die Politik erkannt und Maßnahmen ergriffen – über die sich aber nicht jeder freut. Bis zum Jahr 2017 sollen im Rahmen des Forschungsprojektes SLAM (Schnellladenetz für Achsen und Metropolen) bis zu 400 Schnell-Ladesäulen aufgestellt werden. Zur deren Finanzierung von insgesamt 12,9 Millionen Euro steuert das Wirtschaftsministerium 8,7 Millionen Euro bei. Die neuen Stationen können allerdings nur von Fahrzeugen mit dem europäischen Stecker-Standard CCS (Combined Charging System) genutzt werden.

Während dieser Standard unter anderem von BMW, VW, Daimler und teilweise GM genutzt wird, fallen Nissan, Toyota, Honda, Mitsubishi, Peugeot, Citroën und sogar Opel mit dem Ampera unter den Tisch. Fahrzeuge dieser Marken benötigen des sogenannte Chademo-System, eine Abkürzung für Charge de Move, was zum Ausdruck bringen soll, dass mit Chademo ein Ladevorgang in Windeseile geschieht. Beide Methoden werden inzwischen von der EU anerkannt – aber eben nur eine wird vom deutschen Staat gefördert.

Experten sehen darin eine Diskriminierung jener Kunden, die sich frühzeitig ein Elektroauto angeschafft haben. Denn auch der Nissan Leaf, das derzeit am weitesten verbreitete Elektroauto der Welt, kann an den SLAM-Ladesäulen keinen Strom zapfen.

Induktion als Lösung?

Das Gezanke um Ladesäulen und -standards hält Sauer für fehl am Platz. „Die Diskussion um die angeblich fehlende Lade-Infrastruktur ist schädlich“, sagt der RWTH-Professor. „Bei einer Strecke von 40 Kilometern am Tag reicht eine Haushaltssteckdose vollkommen aus. Gibt es am Arbeitsplatz und zu Hause eine Lademöglichkeit, braucht man kaum Schnellladesysteme.“

Auch Charly Schorr findet die Diskussion um die Ladesäulen unnütz – wie auch das Laden an der Steckdose. Der Erfinder aus Franken verfolgt einen radikal anderen Denkansatz: „Der Akku in Elektroautos soll das Erfolgsprinzip der Verbrennungsmotoren simulieren, der seine Energie im Tank die ganze Zeit mittransportiert“, sagt Schorr. „Die Energiedichte von Akkus ist aber um Lichtjahre schlechter als die von Benzin, deshalb wird das nie funktionieren.“

Diese Plug-In-Hybride dürfen auf die Busspur

Seine Idee: Mit Induktionsschleifen in den Straßen sollen die Autos erst in dem Moment mit Strom versorgt werden, in dem er gebraucht wird – der Transrapid lässt grüßen. „Straßen, bei denen es sich lohnt, werden mit dem „Schorr Power Net“ ausgestattet. Dabei zählt nicht der Status der Straße, ob es zum Beispiel eine Autobahn oder eine Landstraße ist“, sagt Schorr. „Es geht nur um die Verkehrsdichte. Somit müsste nur ein geringer Teil des Straßennetzes mit dem System ausgestattet werden, um bereits einen großen Effekt zu erzielen.“ Auf dem Rest der Straßen müssten die Autos nach Schorrs Plan wieder mit Verbrennungsmotor fahren – CO2-Ausstoß und Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen inklusive.

Infrastruktur ist teuer

Im Prinzip umgibt jeden Stromleiter ein Induktionsfeld, bei gewöhnlichem Wechselstrom mit einer Frequenz 50 Hertz aus der Haushaltssteckdose bleibt dieses Induktionsfeld in der Isolierung des Kabels stecken. „Bei hohen Frequenzen von 35.000 Hertz reicht das Feld aber rund 20 Zentimeter weit – weit genug, um von der Straße in ein Auto übertragen zu werden“, behauptet Schorr.

Doch selbst dann wären enorme Investitionen notwendig. Neben der Straße müsste eine Versorgungsleitung gelegt werden. Alle 100 bis 200 Meter müsste ein Schaltschrank aufgestellt werden, in dem ein Frequenzumrichter den Strom auf die notwendigen 35.000 Hertz bringt. Von dort aus gelangt der hochfrequente Strom dann in die einzelnen Induktionsschleifen.

Das Wichtigste über Wasserstoff und Brennstoffzelle

Dass Energieübertragung per Induktion keine Utopie ist, zeigt unter anderem ein Modellversuch in Braunschweig. Dort fährt ein Elektrobus im Linienbetrieb, der ohne Ladekabel auskommt. An speziell ausgerüsteten Haltestellen wird per im Boden versenkter Induktionsplatte der Akku nachgeladen – womit es sich von Schorrs System unterscheidet, bei dem die Energie „just in time“ übertragen werden soll.

In einem Punkt ähneln sie sich aber wieder: Man ist von einer bestimmten Infrastruktur abhängig. Und genau da liegt für Dirk Uwe Sauer das Problem. „Das Schöne an der Elektromobilität ist aus meiner Sicht, dass ich kein Henne-Ei-Problem habe. Jeder hat zu Hause eine Steckdose und kann sofort loslegen“, sagt der RWTH-Professor. Eine Induktions-Infrastruktur müsse erst für viel Geld aufgebaut werden. „Solange investiert niemand in ein entsprechendes Fahrzeug, was wiederum die Verbreitung der Infrastruktur hemmt. Brennstoffzellenautos und Wasserstofftankstellen sind hier ein gutes Beispiel.“

In Arbeit
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Ob per Heimlader, Supercharger oder Induktion: Den Durchbruch hat die Elektromobilität noch nicht geschafft. Obwohl inzwischen einige Modelle auf dem Markt sind, steigt die Nachfrage nur langsam. Laut dem Plan der Bundesregierung müssten es bis Ende 2015 200.000 Elektroautos sein. Sprich: In den kommenden neun Monaten müssten noch gut 175.000 Elektroautos auf die Straße.

Nur in Ländern, in denen die Regierungen Elektroautos subventionieren, habe die Stromer nennenswerte Anteile an den Neuzulassungen geschafft – allen voran das Paradebeispiel Norwegen mit elf Prozent. In Berlin will die Politik nach wie vor nichts von einer Kaufprämie wissen. Stattdessen soll die Befreiung von der Kfz-Steuer Autokäufer zum E-Auto locken. Bei einem Steuersatz von zwei Euro pro 100 Kubikzentimeter Hubraum fällt die Ersparnis selbst mit einem Zwei-Liter-Verbrenner vernachlässigbar gering aus: Es sind lediglich 40 Euro pro Jahr.

Anmerkung der Redaktion: In einer frühreren Version des Artikels hieß es, ein BMW i3 könne mit bis zu 22 kW geladen werden. Das stimmt nicht, BMW unterstützt diese Technologie nicht – maximal sind 4,6 kW möglich.

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