Wie kommt der Strom aus der Steckdose?

Die Frage wird sinngemäß oft gestellt, bevor sich jemand für ein Elektroauto entscheidet. Und auch danach wird das sinnvolle Ladezubehör oft diskutiert. Vor allem, wenn die Fahrzeugnutzung sich ausweitet und man auch in Bereiche vordringen möchte, „in denen nie zuvor ein Mensch gewesen ist“ – jedenfalls mit einem Elektroauto.

Jedes Fahrzeugmodell hat natürlich auch noch so seine Besonderheiten, verschiedene Hersteller präferieren unterschiedliche Ladetechniken und Anschlussarten. Da dieser Blog sich nun einmal schwerpunktmäßig mit der ZOE befasst und ihre Ladetechnik vollständig auf dem öffentlichen Wechselstromsystem basiert, wird im Folgenden überwiegend von ihr die Rede sein. Andere Fahrzeuge sind daher also nicht ganz so häufig genannt. Vieles gilt aber für sie in entsprechender Weise. Lediglich für Autos der Marke Tesla sind die Bedingungen aufgrund der sehr großen Fahrakkus in der Regel etwas anders.

Scotty? Energie!!!

Jedes Elektroauto braucht heutzutage zum Beispiel bei Tempo 100 zwischen 13.000 und 17.000 Watt Leistung. Will man eine Stunde lang so fahren, können also durchaus 17.000 Wattstunden „verbraucht“ worden sein. Auch wenn das genannte Beispiel Ausnahmen hat und physikalisch nicht 100% korrekt ausgedrückt ist, kann man sich die elektrische Energie vorstellen, die dahinter steckt, ein Auto eine Stunde lang mit 100 km/h zu schieben:
Man könnte mit derselben Energiemenge durchgehend von morgens um 6:00 Uhr bis nachts um 23:00 Uhr staubsaugen und dabei vermutlich ein ganzes Hochhaus reinigen. Etwa 1.200 Scheiben Brot ließen sich damit in rund 20 Stunden knusprig braun toasten oder fast 300 Jeans sorgfältig dampfbügeln und dabei 24 Stunden lang Fernsehen. Viel Spaß dabei.

Will man diese Energiemenge jedoch in möglichst kurzer Zeit wieder in den Akku eines Autos laden, dann ist jedem klar, dass man dafür ein dickeres Kabel und eine stärkere Steckdose braucht, als für Staubsauger, Toaster oder Bügeleisen üblich. Die allgemein bekannte Schuko-Steckdose ist für die Leistungen ausgelegt, die im Haushalt typisch sind. Dennoch ist sie natürlich eine Stromquelle, die gelegentlich als einzige Lademöglichkeit zur Verfügung steht.

Im Idealfall ist am Standort des Fahrzeuges zum Laden eine stärker ausgelegte Schukodose oder sogar eine Typ2-Ladedose für Elektroautos vorhanden. Für jede Anschlussart gibt es ein entsprechenden Kabel zur Verbindung mit dem Auto.

Wo wird geladen und wie lange darf es dauern?

Das sind also die zentralen Fragen. Und für fast alle diesbezüglichen Antworten gibt es eine – oder mehrere Lösungen. Und wo es mehrere Lösungen gibt, da streiten sich die Geister…

Nehmen wir mal den einfachsten Fall an: Das Auto steht nachts in der Regel an einem festen Platz und hat dort acht bis zehn Stunden Zeit. Es könnte dann dort an einer Schuko-Steckdose im genannten Zeitraum einen Fahrakku immer wieder vollständig aufladen. Dafür muss die Hausinstallation aber einwandfrei sein, denn sie wird bis an ihre Grenzen belastet. Schon eine schlecht angezogene Klemmschraube in einer der Kabelverbindungen könnte sich bei dieser Last erheblich erwärmen, auf Dauer verschmoren und sogar einen Brand auslösen. Das gilt natürlich für alle Elektroinstallationen, die unter Last betrieben werden. Und was der Nutzer sonst noch so anstellt, welche (ungeeigneten) Schalter, Mehrfachstecker und Verlängerungskabel er zwischen Steckdose und Ladekabel einsetzt, weiß natürlich auch kein Mensch.

Auch wenn sich also alle Elektroautos grundsätzlich auf diese Weise laden lassen, sieht Renault das Aufladen an der Haushaltssteckdose wegen der möglichen Risiken nur als Notlösung an und liefert dem Auto nicht einmal ein entsprechendes Ladekabel mit. Renault hat stattdessen in den Preis der ZOE eine einfache Ladebox kalkuliert, die im Lieferumfang enthalten ist. Diese Box wird statt der Schuko-Steckdose an deren Zuleitung installiert und verfügt für die Verbindung mit dem Auto über die bereits genannte Typ2-Buchse.
(Update: Das hat sich inzwischen geändert. Bitte aktuellen Lieferumfang beachten.)

An diese Buchse wiederum kann nun dasselbe oben gezeigte, mitgelieferte Kabel angeschlossen werden, das auch an derzeit etwa 6000 öffentlichen Ladeanschlüssen in Deutschland (Stand: Februar 2015) funktioniert. (Update Oktober 2016: inzwischen sind es etwa 7000.)

Bei anderen Autoherstellern werden entsprechende Ladeboxen und Typ2-Kabel dagegen als Zubehör angeboten. Für eine Ladebox mit den 3.700 Watt oder auch 3,7kW muss man etwa mit €700 rechnen, das Typ2-Kabel kostet um die €200. Designvarianten, fest angeschlossene Typ2-Kabel und nicht zuletzt die in jedem Fall notwendige Installation durch einen Fachmann können den Preis natürlich noch erheblich erhöhen.

Bei diesen Herstellern sind dafür aber die Ladekabel für die 230V-Schukosteckdose bereits im Lieferumfang und Preis des Autos enthalten. Dieses Kabel kostet nun wiederum bei Renault als Zubehör so um die €600.

Unterschiede gibt es freilich auch noch bei der möglichen Ladeleistung. Mit dem Notladekabel, wie Renault es nennt, können aus der Steckdose etwa 2,3kW bis maximal 3,2kW Leistung an das Auto geliefert werden. Leider sind die Ladeverluste bei diesem Verfahren ziemlich hoch, so dass nur etwa 70% der Leistung im Akku ankommen. Kann man stärkere Zuleitungen und entsprechende Ladeboxen installieren, sind bei fast allen Fahrzeugen etwa 3,7kW Leistung möglich. Das verkürzt die Ladedauer auf sechs bis acht Stunden und die Verluste werden schon etwas geringer.

Die nächsten Stufe der Ladeleistung am Wechselstromnetz können jedoch nur noch wenige Autos nutzen: Lassen sich geeignete Zuleitungen für sogenannten „Dreiphasen-Wechselstrom“ (Drehstrom) installieren, kann die passende Ladebox 11kW, 22kW oder sogar 43kW Leistung liefern, immer natürlich entsprechende Hausanschlüsse vorausgesetzt. Die ZOE kann serienmäßig bereits alle Leistungen aufnehmen, Smart ED und Tesla mit entsprechender Zubehörausstattung immerhin 22kW. (Update: Inzwischen gibt es die ZOE in Deutschland als Neuwagen nur noch mit Ladetechnik für bis zu 22kW.)

Warum soll nun aber ein Akku überhaupt mit höherer Leistung geladen werden?

Oder anders gefragt: Wenn die ganze Nacht zur Verfügung steht, welchen Vorteil bringen dann kürzere Ladezeiten von drei, einer oder gar einer halben Stunde?

Laden in Feld, Wald und Flur

Die Antwort auf die beiden Fragen hängt davon ab, was man mit seinem Elektroauto so vor hat und wie abenteuerlustig man ist. Längere Fahrtstrecken als 100 bis 160km täglich oder der Aufenthalt in Gegenden ohne eine auf Elektroautos ausgerichtete Ladeinfrastruktur erfordern ja unter Umständen besondere Maßnahmen, wenn man nicht bei jedem Ladevorgang zehn bis dreizehn Stunden an einer Haushaltssteckdose nuckeln will.

Das Schnellladen mit höherer Leistung kann natürlich die einfache Reichweite zum Beispiel verdoppeln, ohne dass man sehr lange Pause machen muss. Und selbst wenn längere Zeit zur Verfügung steht, können ja auch in Zukunft die Kapazitäten der Akkus deutlich höher liegen als gerade heute.
Ich wage es vorauszusagen, dass ehe eine Million Autos auf deutschen Straßen fahren, die Akkukapazität der heute gängigen Typen verdoppelt worden ist. (Update Oktober 2016: Hah, sag ich’s doch! Es gibt jetzt noch nicht einmal 40.000 E-Autos, aber die ZOE kann jetzt mit einem fast doppelt so großen Akku von 41kWh bestellt oder damit nachgerüstet werden. BMW und VW haben ebenfalls neue Akkus über 30kWh im Angebot. Im Frühjahr 2017 kommt ein neuer Opel auf den Markt, der sogar 60kWh im Akku hat!) Da ist es vielleicht schon schlau, jetzt einen Anschluss zu schaffen, den man beim nächsten Auto nicht wieder erneuern muss, weil sonst das Laden zu lange dauert. (Sic!)

Aber wie soll man unterwegs an mehr Strom für das Auto kommen, wenn die Leistung der Schukosteckdose dafür nicht ausreicht?

Nun, stärkere Stromanschlüsse gibt es eigentlich in Hülle und Fülle: Campingplätze und Sportboot-Marinas verfügen in der Regel über die blauen CEE-Steckdosen, die man deshalb auch Campingsteckdose nennt. Werkstätten, Bauernhöfe und Baustellen verwenden oft elektrische Geräte, die an roten CEE-Anschlüssen unterschiedlicher Stromstärke betrieben werden.

Um diese schönen Stromquellen für das Laden der ZOE nutzen zu können, gibt es natürlich auch eine Menge Lösungen. Eine der vielseitigsten sind mobile Ladeboxen, ähnlich denen, die man fest an die Wand montiert. Statt einer fest verlegten Zuleitung bis zur Hausverteilung haben diese ein Kabel mit einem dicken CEE-Stecker in rot und eventuell einen Tragegriff. Entsprechende Adapter ermöglichen den Anschluss der Box an die kleineren roten CEE-Dosen, den blauen Campingstecker oder sogar die gute alte Schukosteckdose. Für die Verbindung mit dem Auto wird wie immer das Typ2-Kabel verwendet. Hier ein sehr ausführlicher Artikel über die crOhm-Box, die ausgiebig von der ZoePionierin beschrieben und getestet wurde.

Für das Laden von ZOEs schreibt Renault übrigens die Installation eines speziellen Schutzschalters vor, der eine besondere Eigenschaft des „Chameleon“-Ladesystems des Fahrzeugs berücksichtigt und bestimmte Gleichstrom-Fehlerströme detektieren kann. (Update: Ab Ende 2015 ist eine derartige Schutzeinrichtung für alle dreiphasigen Ladegeräte gesetzliche Pflicht.) Zusammen mit den entsprechenden Adaptern kann damit der Preis für eine solche mobile Wallbox zwischen €1.250 und fast €2.000 liegen. Eine preiswerte und kompakte Lösung (ohne Schutzschalter) für Tesla und Smart ED bietet zum Beispiel auch der JuiceBooster, eine andere ist die Bettermann-Box, die sehr variabel (also auch mit Schutzschalter) bestückt werden kann.

Update im August 2015: Zwischen rund €730 und €940 zzgl. MwSt wird seit einigen Tagen der NRGKick aus Österreich angeboten. Stellt Wechselstrom bis zu 22kW an Typ2 zum Laden bereit, ist klein wie ein Notladekabel und mit integriertem FI Typ B ausgestattet. Je nach Modell kann er sogar per Bluetooth diverse Messwerte an eine App übertragen. Entsprechende Adapter machen alle gängigen AC-Stromquellen nutzbar. Mehr darüber in einem ausführlichen Testbericht.

Die Fahrzeuge der übrigen Hersteller gängiger Elektroautos wie BMW, Kia, Nissan, Mitsubishi und VW können diese mobilen Ladeboxen allerdings kaum sinnvoll nutzen, da ihre Ladetechnik Wechselstrom nur mit maximal 3,7kW, bis 7,4kW verarbeiten kann. Höhere Ladeströme und damit kürzere Ladezeiten sind für diese Fahrzeuge konstruktionsbedingt nur an (öffentlichen) Gleichstrom-Ladesäulen möglich.

Der Tipp für ZOE-Fahrer(innen)

Bleiben wir also bei der ZOE, der Wechselstromallesfresserin. (Update: Das aktuelle Modell der ZOE kann nur noch bis 22kW Wechselstrom laden.) Was sollen abenteuerlustige Fahrer dieses Autos denn nun im Kofferaum haben?

Mit einer Wallbox zu Hause und täglichen Strecken im Rahmen der einfachen Reichweite, brauchen sie mit der ZOE nicht mehr als das mitgelieferte Typ2-Ladekabel. Das gleiche gilt, wenn die ZOE überhaupt nur öffentlich laden kann, in der Umgebung aber Infrastruktur bereits existiert. Bei einer abgeschlossenen eigenen Garage ist statt der fest montierten Wallbox jedoch eine mobile Box sehr sinnvoll: Will man reisen, packt man das Ding in den Kofferraum und lädt unterwegs an allem, wo Wechselstrom rauskommt. Die Adapter für die verschiedenen Anschlüsse machen es grundsätzlich möglich. Zwei Fliegen, eine elektrische Klatsche, Geld gespart.

Will man grundsätzlich alle üblichen Wechselstromquellen nutzen können und dabei auch noch schnellladen, kommt man also um eine mobile Ladebox nicht herum. Zusammen mit den Adaptern ist da aber schon mal einiges im Kofferaum. Auch hier hilft die langstreckenerfahrene ZoePionierin mit einem Basteltipp für den doppelten Kofferaumboden.

Ich bin im Sommer mit der ZOE verreist und hatte an meinem Urlaubsort keine öffentliche Ladeinfrastruktur. Deshalb habe ich mir für um die €600 ein Ladekabel mit verschiedenen Adaptern zugelegt.

Zwar spielte Ladezeit in diesem Fall keine Rolle, der Vorteil des abgebildeten Kabels von Mennekes ist allerdings, dass durch entsprechende Adapter neben Schukodosen bei entsprechendem Anschlussangebot auch die roten bzw. blauen CEE-Dosen genutzt werden können und der Ladestrom dann bei immerhin bis zu 3,7kW liegt. Was die Leitung jeweils verträgt, muss man dann aber wissen und am Steuergerät entsprechend einstellen.

(Update: Bitte beachtet jedoch auch den Kommentar von Johann Daxböck zu dem gezeigten Mennekes-Kabel. Auch Mennekes weist ausdrücklich darauf hin, dass es nicht für die ZOE geeignet sei. Inzwischen lädt ein Freund von mir seinen e-Golf damit und ist sehr zufrieden. Meine ZOE wiederum wird unterwegs bei Bedarf mit NRGKick hervorragend und sehr verlässlich versorgt.)

Dies ist beim Original-Notladekabel von Renault nicht notwendig, da es grundsätzlich so konservativ und sicher arbeitet, dass jede einfache Schukodose genutzt werden kann. Das Gerät belastet Leitung und Dose dann generell mit nur 10A. Lässt man jedoch eine spezielle mitgelieferten Schuko-Steckdose montieren, die bessere Innenkontakte aufweist, stellt sich das Kabel sogar auf 3,2kW ein. So könnte es dann also prinzipiell wie auf dem folgenden Bild aussehen, während in einer langen Nacht der leere Akku wieder voll lädt. Könnte, wenn dort nicht zwei Fehler versteckt wären:

Erstens sollte ein Ladekabel nicht in Schlaufen liegen, da sich so Magnetfelder bilden, die zu unnötiger Erwärmung und damit zu weiteren Ladeverlusten führen können.

Und zweitens hat das Notladekabel im Bild nach wenigen Sekunden abgeschaltet und lädt überhaupt nicht! Der Grund dafür ist, dass der Schutzleiter der Schukodose keine Verbindung hat und die Dose offensichtlich defekt ist. Während jeder Staubsauger also problemlos an dieser Dose funktionieren würde, hat die Elektronik des Ladekabels den unter Umständen lebensgefährlichen Fehler erkannt und völlig korrekt den Dienst verweigert. Ähnliche Überraschungen und Hinweise auf einige nicht ordnungsgemäße Elektroinstallationen habe ich zu verschiedenen Gelegenheiten auch unterwegs erlebt. In den Artikeln „Elektrisch Wandern (Teil 2)“ und „Ausflüge ins Umland“ kann man mehr dazu lesen.

Abschließend noch ein Tipp: Eine sehr umfangreiche tabellarische Übersicht zu vielen mobilen Ladeboxen und Ladekabeln findet man bei GoingElectric.

Na, dann Viel Spaß beim Fahren und Laden! Und immer ein paar Kilowatt in der Steckdose!