Elektroautos: Jetzt kommen die Superlader
Der Ionity-Ladepark in Brohltal Ost an der A61.
Foto: PresseBrohltal Ost klingt nicht nach Glamour. Doch hier nimmt Ionity seinen Deutschlandbetrieb auf. Das Joint Venture von Daimler, BMW, Ford, Audi und Porsche treibt den Aufbau eines Schnellladenetzes für E-Autos voran. An der Autobahnraststätte auf der A61 können nun bis zu sechs Elektroautos gleichzeitig mit bis zu 350 Kilowatt Strom tanken. Wegen der enormen Leistung des HPC-Ladeparks (High Power Charging) soll das nur wenige Minuten dauern.
400 Stationen in ganz Europa sind das Ziel für das Ionity-Netz. An wichtigen Verkehrswegen stünde dann die nötige Infrastruktur bereit, um das Elektroauto langstreckentauglich zu machen. Das soll potenziellen E-Auto-Kunden, die sich noch von vermeintlich mangelnder Reichweite abschrecken lassen, die Sorgen nehmen, so das Kalkül der Autobauer.
Wäre da nicht dieses Problem: Keines der heute erhältlichen Elektroautos kann die hohe Leistung nutzen. An den superschnellen Ionity-Ladern füllen sich ihre Batterien deutlich langsamer. Wer sich auf die Suche nach dem Warum macht, entdeckt ein komplexes und spannendes Puzzle.
Das Netz an Schnellladesäulen in Deutschland wächst. Doch nicht jeder E-Autofahrer hat zwingend etwas davon. Denn ohne den richtigen fahrzeugseitigen Anschluss ist das Auffüllen des Akkus nicht möglich. Vier Standards konkurrieren zurzeit auf dem Markt.
Foto: dpaCombined Charging System
In Deutschland dürfte man mit der CCS-Buchse am E-Auto die größten Chancen haben, einen passenden Schnellladestecker zu finden. Die heimischen Hersteller haben sich geschlossen diesem Standard verschrieben. Und auch die Ladesäulenverordnung sieht vor, dass in Deutschland alle neuen öffentlichen Schnellladesäulen mit mehr als 22 kW Leistung über einen CCS-Stecker verfügen. Andere Anschlusstypen sind hingegen freiwillig. Der Vorteil des CCS: Das System unterstützt sowohl das Gleichstrom- als auch Wechselstromladen. Die obere Hälfte des Steckers basiert auf einem Typ-2-Anschluss für den Wechselstrom, unten sind zwei Gleichstrompole angebracht. Während das Combined Charging System als das System im Hintergrund bezeichnet, wird der Stecker selbst meist als "Combo2" bezeichnet.
Foto: VolkswagenCombined Charging System
Rund 600 Stationen gibt es zurzeit, doch die Zahl soll bald deutlich steigen. In der Regel stellen sie eine Ladeleistung von 50 kW zur Verfügung, theoretisch können es bis zu 350 kW sein. Aktuell gibt es aber keine passenden Fahrzeuge. Nutzbar sind die Stecker außer von deutschen Modellen wie BMW i3, VW e-Golf (beide gegen Aufpreis) und Opel Ampera-e auch von koreanischen Autos wie dem Hyundai Ioniq. Das von mehreren Autobauern gegründete europäische Schnellladenetz Ionity setzt auf den CCS-Standard – die Ladesäulen mit bis zu 350 kW verfügen dann über gekühlte Ladekabel.
Foto: obsChademo
Der weltweit wichtigste Konkurrenz-Standard heißt Chademo. Entwickelt wurde er unter anderem von Nissan und Mitsubishi, die auch in Deutschland auf diese Technik setzen. Weltweit gesehen ist rund jede dritte Schnellladestation mit Chademo-Steckern ausgerüstet, in Deutschland sind es allerdings nur rund 450. Ob noch sehr viele noch dazukommen, ist aufgrund des geringen Interesses der deutschen Autohersteller fraglich.
Foto: PRChademo
Bei den Leistungsdaten entspricht der japanische Standard aktuell weitgehend dem europäischen: bis zu 50 kW sind die Regel, 150 kW theoretisch und 350 kW künftig möglich. Nutzbar sind die Stecker vor allem von asiatischen und französischen Modellen wie dem Nissan Leaf, dem Kia Soul EV und dem Peugeot iOn. Auch Tesla-Fahrzeuge können an Chademo laden, wenn sie über den passenden Adapter verfügen.
Foto: dpaTyp 2
Deutschlands beliebtestes E-Auto, der Renault Zoë, nutzt jedoch keinen der beiden Standards, sondern geht einen Sonderweg. Der Kleinwagen wird auch beim Schnellladen über den ansonsten für das Normalladen genutzten Typ 2-Wechselstrom-Stecker betankt. Weil er aber serienmäßig alle drei Stromphasen nutzt, holt er je nach Säule bis zu 43 kW aus der Leitung. 2015 wurde die Leistung jedoch vom Hersteller auf 22 Kilowatt gedrosselt.
Foto: dpaTyp 2
In ähnlichen Regionen ist auch der technisch weitläufig verwandte Smart ED unterwegs. Weil Wechselstrom-Ladesäulen relativ günstig zu bauen sind, gibt es vergleichsweise viele davon. Und auch an Gleichstrom-Säulen ist in der Regel ein Typ-2-Zugang vorhanden. Im Bild ist eine Ladesäule, die alle drei bisher genannten Typen unterstützt – jeweils mit schematischer Darstellung der Anschlüsse.
Foto: WirtschaftsWocheTesla Supercharger
Ein weiterer Sonderfall ist der Supercharger, ein von Tesla exklusiv für die eigenen Fahrzeuge entwickelter Ladestandard. Rund 60 Stationen mit jeweils mehreren Ladepunkten gibt es in Deutschland, meist an Hauptverkehrsachsen platziert. Auch wenn die Zahl gering scheint, können sich Teslas dank des clever geknüpften Netzes und ihrer großen Reichweite durch fast ganz Deutschland hangeln.
Foto: REUTERSTesla Supercharger
Weil die Ladeleistung zumindest kurzzeitig 135 kW erreicht, stiehlt ein Tankstopp nur wenig Zeit. Fahrzeuge anderer Hersteller erhalten an den Superchargern keinen Strom. Tesla-Autos hingegen können zur Not auch über einen Typ-2-Stecker an jeder gängigen Ladesäule betankt werden. Zudem gibt es den erwähnten Chademo-Adapter.
Foto: REUTERSBeim Schnellladen spielen neben der Leistung der Ladesäule das Bordnetz des Autos und die Batterie eine entscheidende Rolle. „Diese Faktoren limitieren heute die Ladezeit“, sagt Frank Mühlon, globaler Leiter für Elektroauto-Ladesysteme beim Schweizer Elektro-Konzern ABB. Das schwächste Glied der Lade-Kette bestimmt, wie schnell geladen werden kann.
Alle gängigen Akkus, egal ob im Smartphone, Notebook oder Elektroauto, funktionieren nur mit Gleichstrom. Fast alle Stromquellen in unserem Alltag – zuvorderst die Haushaltssteckdose – liefern jedoch Wechselstrom. Der Wechselstrom muss für die Batterie in Gleichstrom umgewandelt werden. Für das Laden ist wichtig, wo diese Umwandlung geschieht. Entweder übernimmt das On-Board-Ladegerät im Fahrzeug die Umwandlung in Gleichstrom und lädt die Batterie auf. Wandelt hingegen der Gleichrichter in der Ladestation den Strom um, lädt er die Batterie des Elektroautos direkt mit Gleichstrom.
Da im Auto selbst das Ladegerät aus Platz- und Gewichtsgründen meist sehr klein ausfällt, ist die Ladeleistung vieler Elektroautos mit Wechselstrom begrenzt. Bei einer stationären Ladesäule können die Gleichrichter größer und schwerer sein – aus diesem Grund arbeiten alle Schnellladesäulen mit Gleichstrom, im Gegensatz zu den konventionellen Ladesäulen in Innenstädten und der Wallbox für die heimische Garage.
Wenn eine Gleichstrom-Ladesäule gefunden ist, kommt es noch auf die Batteriespannung des Autos an, wie schnell geladen werden kann. Alle heute erhältlichen Elektroautos arbeiten mit einer Batteriespannung von 400 Volt. Das reicht für die neuen Schnellladenetze nicht aus. „Um mit 350 Kilowatt zu laden, brauche ich 800 Volt“, erklärt Mühlon. Leistung besteht immer aus Spannung und Strom. Sprich: Hat ein Auto die doppelte Batteriespannung, kann es auch doppelt so viel Leistung aufnehmen – und somit schneller laden. Doch der Umstieg auf 800 Volt erfordert aufwändigere Komponenten und eine andere Absicherung im Auto, was die Technik derzeit noch teuer macht.
Die Nachfrage nach neuen Elektroautos steigt: 2017 haben Autokäufer in Deutschland mehr als doppelt so viele elektrisch angetriebene Autos gekauft als im Jahr zuvor. In absoluten Zahlen sind 25.056 neu zugelassene E-Mobile gegenüber bei 3,4 Millionen Neuzulassungen insgesamt natürlich weiterhin nicht viel. Doch mit steigenden Reichweiten aktueller Stromer, zunehmendem Ausbau der Ladeinfrastruktur, der noch bis Mitte 2019 gewährten staatlichen E-Auto-Prämie (4.000 Euro für Fahrzeuge bis zu einem Listenpreis von 60.000 Euro netto) und angesichts anhaltender Diskussion um Fahrverbote liebäugelt so mancher Autofahrer mit der Anschaffung eines E-Autos. Auf dem Markt gibt es mittlerweile eine Vielzahl attraktiver Modelle. Eine Marktübersicht – sortiert nach dem Listenpreis.
Foto: WirtschaftsWocheCitroën C-Zero und Peugeot Ion
Laut Preisliste ganz knapp die günstigsten E-Angebote sind die beiden baugleichen Elektro-Kleinstwagen, sie gehören allerdings auch zu den technisch ältesten auf dem Markt. Der E-Motor stellt eine Leistung von 67 PS bereit, für rund 150 Kilometer reicht der Akku. Die Preise für C-Zero und Ion starten bei 21.800 Euro.
Smart Fortwo und Forfour EQ
21.940 Euro kostet der 2,70 Meter kurze, zweisitzige Kleinstwagen mit 82 PS starkem Elektromotor. Nur 660 Euro teurer ist die 3,50 Meter lange, viersitzige Version Forfour, die vom gleichen Aggregat angetrieben wird. Als Reichweite gibt Smart maximal 160 Kilometer für den Fortwo und 155 Kilometer für den Forfour an, jeweils nach NEFZ-Norm. Auch offen kann man elektrisch fahren: 25.200 Euro kostet die Cabrio-Version des Fortwo EQ.
Renault Zoë
Im Sommer kommt der Kleinwagen Renault Zoe mit neuem Motor und erweiterter Konnektivität auf den Markt. Das neue Aggregat ist auf 109 PS erstarkt, als Reichweite werden rund 300 Kilometer (WLTP) angegeben. Aktuell ist der Zoe noch mit 91 PS starkem E-Motor erhältlich und kostet 22.100 Euro, plus mindestens 59 Euro Batteriemiete pro Monat.
Citroën E-Mehari
Nach dem Vorbild des kultigen Strand-Buggy Mehari hat Citroen eine elektrische Neuauflage geformt, die die Franzosen nun in einer alltagstauglichen Variante nicht nur mit Softtop (25.270 Euro), sondern auch mit richtigem Dach (26.470 Euro) anbieten. Angetrieben wird der 3,80 Meter kurze Viersitzer, dessen Interieur komplett abwaschbar ist, von einem E-Motor mit 68 PS, die Reichweite gibt Citroen mit 195 Kilometern an (NEFZ).
VW e-Up
Die Elektro-Version des Kleinstwagens VW Up kostet 26.900 Euro. Den Antrieb übernimmt ein in der Spitze 82 PS starker Elektromotor. Die Reichweite pro Akkuladung beträgt laut VW 160 Kilometer (NEFZ).
Kia Soul EV
Der koreanische Stromer ist zwischen Kleinwagen und SUV angesiedelt und kostet 29.490 Euro. Das 110 PS starke E-Mobil schafft eine theoretische Reichweite von 212 Kilometern (NEFZ).
Nissan Leaf
Die zweite Generation des Nissan Leaf kommt gerade für rund 32.000 Euro in den Handel: Sein schrulliges Blechkleid hat er gegen eine etwas konventionellere Karosserie getauscht. Die Reichweite ist gewachsen, auf 378 km nach der NEFZ-Norm was 280 km nach dem strengeren WLTP-Messzyklus entspricht. Daneben punktet der 4,49 Meter lange Leaf auch mit mehr Leistung: 150 PS statt 109 PS.
Hyundai Ioniq
Die kompakte Limousine ist das erste Fahrzeug, das von vornherein für die drei Antriebsarten Hybrid, Elektro und Plug-in-Hybrid ausgelegt wurde. Die 120 PS starke Elektro-Version kostet 33.300 Euro. 280 Kilometer fährt der Koreaner nach Herstellerangaben mit einer Akkuladung (NEFZ).
Hyundai Kona
In der zweiten Jahreshälfte bringt Hyundai sein Mini-SUV Kona auch als elektrische Variante auf den Markt, in zwei Leistungsstufen: Als Einstiegsvariante mit 135 PS und 39-kWh-Batterie, die Strom für rund 300 Kilometer speichert, und als 204 PS starkes Topmodell mit 64-kWh-Akku und einer maximalen Reichweite von 470 Kilometern (beides WLTP). Der Preis dürfte über dem des Markenbruders Ioniq liegen.
VW e-Golf
Auch das seit Jahrzehnten beliebteste Auto der Deutschen ist mit Elektroantrieb erhältlich: Der im vergangenen Jahr geliftete VW e-Golf kostet 35.900 Euro. Der nun auf 136 PS erstarkte E-Motor treibt den kompakten Fünftürer an, maximal fährt der Wolfsburger 300 Kilometer weit (NEFZ).
BMW i3
Den 170 PS starken Bayern gibt es ab 37.550 Euro. Durch die Carbon-Karosserie ist er besonders leicht, durch kurze Überhänge und die Batterie im Unterboden besonders wendig. Die Reichweite beziffert BMW auf 300 Kilometer (NEFZ). Seit neustem gibt es den Münchner auch in einer stärkeren Version mit 184 PS. Der i3s kostet mindestens 41.150 Euro und hat eine theoretische Reichweite von 280 Kilometern. Wem das zu wenig ist, wählt die Versionen mit Range-Extender (4.600 Euro Aufpreis).
Nissan e-NV200 Evalia
Die Pkw-Version des elektrischen Kleintransporters e-NV200 bietet bis zu sieben Sitzplätze und dank jüngst vergrößerter Batterie eine Reichweite von 200 Kilometern (WLTP). Den Antrieb übernimmt ein 109 PS starker E-Motor. Investieren muss man für den Japaner derzeit mindestens 41.050 Euro.
Opel Ampera-e
Opel hat mit dem Ampera-e das erste E-Auto mit mehr als 500 Kilometern offizieller Reichweite unterhalb der Luxusliga auf den Markt gebracht. Der in den USA gebaute, 4,17 Meter lange Crossover-Kleinwagen fährt nach NEFZ-Norm theoretisch 520 Kilometer weit, nach dem praxisnäheren WLTP-Zyklus sind es 380 Kilometer. Kosten: 42.990 Euro.
Tesla Model S
In der Basisversion 75D für gut 71.000 Euro fällt die Oberklasse-Limousine noch gerade so unter den E-Auto-Bonus. Dann sorgen zwei E-Motoren mit 332 PS für Vortrieb, die Reichweite geben die Amerikaner mit theoretisch 490 Kilometern nach der NEFZ-Norm an.
Jaguar I-Pace
Immerhin schon bestellen kann man das elektrische SUV für mindestens 77.850 Euro, zum Händler kommt es erst im Sommer. Zwei E-Motoren, einer pro Achse, erzeugen eine Leistung von 400 PS. Fast 500 Kilometer Reichweite im strengeren WLTP-Zyklus sollen möglich sein.
Tesla Model X
Das Oberklasse-SUV mit den charakteristischen Flügeltüren kostet mindestens 92.230 Euro. Dank je einem E-Motor an Vorder- und Hinterachse fährt der amerikanische Stromer mit Allrad und 332 PS. Der Akku muss theoretisch nach 417 Kilometern (NEFZ) wieder an die Steckdose.
Das erste Elektroauto mit einer 800-Volt-Batterie wird der Porsche Mission E sein, der 2019 auf den Markt kommen soll. Vorher wird also keiner die vollen 350 Kilowatt an der Ionity-Station abrufen können.
Da kurze Ladezeiten vom Kunden ausdrücklich gewünscht sind und die entsprechende Infrastruktur im Aufbau ist, werden künftige Elektroautos zunehmend auf 800 Volt setzen. Wenn die Technologie zum Standard wird, sinken auch die Kosten.
Ist diese Voraussetzung zum Schnellladen geschaffen, steht eine weitere Hürde im Weg. „Selbst, wenn wir die Spannung haben, muss die Batterie noch den Strom aufnehmen können“, sagt Lade-Experte Mühlon. „Das hängt von der Leistungsdichte der Zellen und der Kühlung der Batterien beim Laden ab.“ Die Schnellladesäule gibt die Gleichspannung mit 400 oder 800 Volt an das Auto weiter. Das Auto bestimmt dann, welche Stromstärke sein Akku aufnehmen kann.
Während beim Wechselstromladen die Stromstärke bei höchstens 50 Ampere liegt, können beim Schnellladen mit Gleichstrom Ströme von bis zu 500 Ampere fließen – was das Material enorm belastet. Zum Vergleich: Die gängige Stromstärke, mit der ein Notebook geladen wird, liegt bei gerade einmal 1,6 Ampere, dennoch können Ladegerät und Akku warm werden. Mit 500 Ampere ist auch ein großer Akku zwar schnell voll, dieser wird dabei aber sehr heiß und stark belastet. Da die teuren Akkus eines Elektroautos deutlich länger halten sollen als der Akku eines Smartphones, das nach zwei Jahren aussortiert wird, muss ein aufwändiges Batteriemanagement den Akku schützen.
Wie es nicht geht, ist derzeit bei Nissan zu sehen. Unter dem Stichwort „Rapidgate“ beklagen sich Kunden des neuen Leaf, dass der Wagen bei mehrmaligem Schnellladen auf einer Langstreckenfahrt die Ladeleistung stark herunterregelt. Nissan hat offenbar aus Kostengründen auf ein aufwändiges Thermo-Management mit Flüssigkeitskühlung der Batterie verzichtet. Beim dritten Ladevorgang sei die Leistung auf 22 Kilowatt gesunken, beklagt sich ein norwegischer Kunde. Möglich sind bis zu 50 Kilowatt. Damit wäre der 40 Kilowattstunden große Akku unter optimalen Bedingungen nach 40 Minuten zu 80 Prozent gefüllt. Mit dem gedrosselten Tempo dauert es ungleich länger, schützt aber die Batterie, wie Nissan erklärt. „Dieser Sicherheitsmechanismus erhöht zwar die Ladedauer nach mehreren Ladevorgängen, ist aber wichtig, um die Lebensdauer der Batterie aufrechtzuerhalten.“
Doch auch mit flüssigkeitsgekühltem Akku gibt es Grenzen. Jaguar beschränkt bei seinem Elektro-SUV I-Pace die Stromstärke auf 200 Ampere. Bei den 400 Volt Batteriespannung, mit denen der Jaguar arbeitet, sind somit maximal 80 Kilowatt Ladeleistung möglich – egal, ob der Wagen jetzt an einem 350-Kilowatt-Schnelllader hängt oder an einer Säule mit 100 Kilowatt. Mit dem Akku sind zwar bis zu 480 Kilometer möglich, schnell aufgefüllt werden kann die Batterie aber derzeit nicht.
Falls dann eines Tages ein Elektro-Porsche an der Ladesäule steht und mit 800 Volt die vollen 350 Kilowatt abruft, stehen die Entwickler der Ladesäule vor der nächsten Herausforderung: Die hohe Stromstärke lässt nicht nur die Batterie heiß werden, sondern auch das Kabel. Den Ingenieuren bleiben dann zwei Möglichkeiten: Entweder das Kabel dicker machen (was es aber zu schwer und sperrig macht) oder eine Kühlung – wofür sich die Techniker entschieden haben. Das fest mit der Ladestation verbundene gekühlte Kabel gleicht – überspitzt formuliert – einem Wasserschlauch, durch den das gut isolierte Stromkabel geführt wird. „Es reicht nicht aus, Kabel und Steckverbindung mit Wasser zu umspülen“, sagt ABB-Entwickler Mühlon. Die fest mit der Ladestation verbundenen gekühlten Kabel sind – überspitzt formuliert – ein Wasserschlauch, durch den das gut isolierte Stromkabel geführt wird. „Dazu benötigt die Ladestation noch einen Kühler, der bei Wind und Wetter funktionieren muss. Kühlung und Pumpe müssen auch intelligent gesteuert werden, da das Kühlmittel nicht immer dieselbe Temperatur hat.“ Oder kurz zusammengefasst: „Es ist eine deutlich komplexere Technologie, als einfach nur ein Kabel einzustecken.“
Bleibt die für den Laien wohl augenscheinlichste Frage: Die Form des Steckers, der die Ladestation mit dem Auto verbindet. Denn hier ist noch offen, welcher Stecker-Standard sich durchsetzen wird. Die Ionity-Stationen setzen ausschließlich auf den sogenannten CCS-Anschluss. Ein Tesla in Europa mit seinem Typ-2-Anschluss kann zwar an seinen eigenen Supercharger mit bis zu 135 Kilowatt laden, mit dem CCS-Anschluss der Ionity-Ladesäulen ist er aber nicht kompatibel. Die vornehmlich japanischen Elektroautos und Plug-in-Hybride, die auf den dort entwickelten Standard Chademo setzen, bleiben bei Ionity ebenfalls ohne Anschluss. Chinesische Elektroautos spielen zwar in Europa noch keine Rolle, kochen mit ihrem GB/T-Anschluss aber ebenfalls ihr eigenes Süppchen.
Zumindest mit den meisten erhältlichen und angekündigten Elektroautos von deutschen Herstellern ist man bei Ionity auf der sicheren Seite – diese Autos setzen auf den CCS-Anschluss. Dabei ist auch egal, ob das Auto mit 400 oder 800 Volt arbeitet und ab welcher Stromstärke die Batterie geschützt wird. Das Laden dauert dann länger, aber es funktioniert.
Trotz all der Stolpersteine hält Mühlon es für unabdingbar, dass der Aufbau eines Schnelladenetzes vorangetrieben wird – nicht nur, weil er selbst das ein oder andere Exemplar des ABB-Schnellladers verkaufen will. „Um eine Akzeptanz zu schaffen, brauche ich kurze Ladezeiten. Das ist im Moment anders nicht darstellbar.“
Mit den ersten Ladern in Brohltal Ost ist der Anfang gemacht – zumindest in Deutschland. In Dänemark, unweit der deutschen Grenze, hat Ionity bereits im vergangenen Dezember den ersten Ladepark in Betrieb genommen. Dabei kommen unterschiedliche Anbieter zum Zuge: Die Ladesäulen in Dänemark stammen von Porsche Engineering. Die Technik an der A61 kommt vom australischen Anbieter Tritium. In Norwegen kommen Ladestationen von ABB zum Einsatz.
Offen ist, wie viele dieser Schnelllade-Parks an den Autobahnen entstehen müssen, egal ob von Ionity oder anderen Anbietern. Der wahre Luxus eines Elektroautos ist für viele, gar nicht mehr an eine Ladestation oder Tankstelle fahren zu müssen – weil sie zu Hause, auf einem Supermarktparkplatz oder in der Tiefgarage im Büro laden. „Wir brauchen künftig einen Mix an Lademöglichkeiten“, sagt auch Mühlon. „Wir müssen nicht jeden Autobahn-Parkplatz unter Strom setzen. Das ist aber mehr eine ökonomische als eine technische Frage.“