Elektromobilität liegt absolut im Trend: laut Angaben von Statista stieg die absolute Anzahl der Neuzulassungen von Elektroautos innerhalb der letzten 16 Jahre allein in Deutschland von 28 auf 52.882. Mit der neuen Technologie finden natürlich auch neue Begrifflichkeiten den Weg in unseren Alltag: Stromfluss, Elektronen, Volt, Ampere, Watt, Wallboxen, Ladestecker etc. Dies kann gerade Neueinsteigern Kopfschmerzen bereiten. Dabei sind die Zusammenhänge nicht unbedingt komplexer als beim klassischen Verbrennungsmotor.
Es ist heutzutage selbstverständlich, dass man als Fahrer eines Verbrenners weiß, was der Wagen auf 100 Kilometer ungefähr verbraucht. Auch, dass die Verbrauchswerte auf der Autobahn oder im Stadtverkehr höher sein werden als auf freier Strecke. Natürlich weiß man dank Anzeige und Erfahrung, wann es ratsam ist, die nächste Tankstelle anzufahren.
An dieser Situation ändert sich auch als Elektroautofahrer im Grunde nicht viel. Es sind bloß die Begrifflichkeiten, die sich ein wenig ändern. Da der Umgang mit diesen Begriffen grundsätzlich nicht selbstverständlich ist, setzen wir uns im Nachfolgenden damit auseinander. Dabei gehen wir wie folgt vor: Als Erstes schauen wir uns hier mit den elektronischen Einheiten Volt, Ampere und Watt an. Daraufhin kommen wir zum Thema Ladekabel von Elektroautos sowie deren Stromquellen. Abschließend geben wir Dir noch einen wertvollen Hinweis zum Thema Elektroauto laden.
Was bedeutet die Einheit Volt?
Als hilfreiche Veranschaulichung im Zusammenhang mit dem Fluss von Strom können wir den Fluss von Wasser heranziehen. Strom besteht dabei aus elektrisch geladenen Teilchen, die sich zwischen zwei Polen in eine bestimmte Richtung bewegen. Auf der einen Seite befindet sich ein Überfluss an Elektronen, die in einem geschlossenen Stromkreis zu der anderen Seite fließen, in der ein Elektronenmangel vorherrscht.
Im Elektronenfluss ist Volt die Maßeinheit für die elektrische Spannung. Diese steht quasi für die Energie, mit der die Elektronen von einer Seite zur anderen fließen. Oder anders gesagt: Volt steht für die Kraft, mit welcher der Strom angetrieben wird. Das Ganze ist ähnlich wie der Druck des Wassers: Ob die Teilchen in diesem Prozess langsam vor sich hin plätschern oder wie ein starker Fluss strömen, dies bestimmt der Wasserdruck. Dementsprechend ist es beim Fluss von Strom die Spannung, gemessen in Volt.
Was bedeutet die Einheit Ampere?
Währenddessen bezeichnet Ampere die Einheit der Stromstärke. Dieser Wert entspricht sozusagen der absoluten Menge an Elektronen, die beim Fluss von Strom in einem bestimmten Zeitraum bewegt wird.
Als bildliche Veranschaulichung kann man sich die Breite einer Wasserleitung oder eines Flusses vorstellen: Sollte die Leitung sehr dick sein, fließt natürlich auch mehr Wasser, als bei einer dünneren Leitung.
Was bedeutet die Einheit Watt?
Das bringt uns zur elektronischen Einheit für Leistung – der Stromeinheit Watt. Dieser Wert beschreibt den Energieumsatz eines elektronischen Gerätes in einer gegeben Zeitspanne. Die Leistung errechnet sich als Produkt aus Spannung und Stromstärke oder mit den physikalischen Begriffen:
“Watt = Volt * Ampere”
Derart lässt sich bestimmen, wie viel Strom ein elektrisches Gerät pro Zeitraum verbraucht. Der Verbrauch wird dabei meistens in Kilowattstunden gemessen. Dividieren wir den Begriff einfach mal auseinander: „Kilo“ ist das griechische Wort für tausend, also steht „x Kilowattstunden” für den Verbrauch von „x-tausend Watt pro Stunde”.
| Als physikalischer Begriff | In physikalischen Maßeinheiten | In Worten | Erklärung | |
|---|---|---|---|---|
| Volt | U | Spannung | Der Druck, mit dem Strom fließt | |
| Ampere | I | Stromstärke | Die Menge an Strom, die fließt | |
| Watt | P | Leistung | Stromverbrauch pro Zeiteinheit |
Und was bedeutet das nun für ein Elektroauto? – Reichweite und Ladedauer
Wie viele andere elektrische Geräte, verfügen auch Elektroautos über mobile Energiequellen, in dem Fall Akkus. Mithilfe der restlichen Akkukapazität und des durchschnittlichen Stromverbrauches des E-Auto-Modells lässt sich also die ungefähre Reichweite ermitteln, die man noch fahren kann, bevor ein neuer Ladezyklus notwendig wird. Zur Berechnung eignet sich folgende Formel:
“Reichweite [in km] = Batteriekapazität [in kWh] / Energieverbrauch [in kWh/100 km] * 100”
Und dank des Akkus lässt sich ein Elektroauto auch ganz ähnlich wie ein herkömmliches elektronisches Haushaltsgerät aufladen. Wie lange der Ladeprozess dauert, hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab. Darunter fallen die absolute Akkukapazität des E-Auto-Modells in Kilowattstunden [kWh] sowie die Ladekabelart und Steckertypen, beziehungsweise Stromquellen. Grundsätzlich gilt dabei aber:
“Ladezeit [in Stunden] = Batteriekapazität [in kWh] / Ladeleistung [in kW]”
Wofür stehen die verschiedenen Kontakte in Ladesteckern?
Ganz normale deutsche Stecker, die man aus dem Haushalt kennt und die man in die Steckdose steckt, haben insgesamt drei Kontakte: eine Phase, einen Neutralleiter und einen Schutzleiter.
Die Phase ist der stromführende Leiter, also der Kontakt, auf dem die Spannung liegt. Also versorgt eine Phase den Verbraucher mit Strom. Mit einem Phasenprüfer kann man in einer Steckdose überprüfen, auf welchem Kontakt die Spannung liegt. Dem gegenüber steht der Neutralleiter oder auch der stromrückführende Leiter, der selbst keine Spannung trägt. Er ist dazu da, um den Stromkreis zu schließen und somit den Stromfluss erst zu ermöglichen.
Abschließend widmen wir uns dem Schutzleiter, der, wie der Name schon sagt, eine Schutzmaßnahme im Falle eines Fehlers darstellt. Die Stromquelle ist auf eine bestimmte Stromstärke abgesichert, bis zu der Strom fließen kann.
Eine normale Steckdose in Europa läuft in der Regel mit einer Spannung von 230 Volt Wechselstrom und bei einer Absicherung von 16 Ampere. Die maximale Leistung in Watt, die man aus einer Steckdose beziehen kann beträgt also: 230 Volt * 16 Ampere = 3680 Watt, also 3.6 Kilowatt.
| Bedeutung | ||
|---|---|---|
| Phase | Stromführender Leiter, der unter Spannung steht und das verbrauchende Gerät mit Strom versorgt | |
| Neutralleiter | Stromrückführender Leiter, der nicht unter Spannung steht und den Stromkreis schließt | |
| Schutzleiter | Absicherungskontakt, der im Falle von Fehlströmen die Berührungsspannung an die Erde umleitet |
Was ist der Unterschied zwischen Steckdosen, Typ-1- und Typ-2-Ladestecker?
Nehmen wir nun der Einfachheit halber an, dass ein Elektroauto über einen Akku mit einer Kapazität von 33 Kilowattstunden verfügt. Um diesen Akku mit einer Steckdose voll aufzuladen, müsste die Steckdose bei voller Leistung von 2 Kilowattstunden für 16,5 Stunden ununterbrochen laufen: 33 Kilowattstunden / 2 Killowatt = 16,5 Stunden.
Daher gibt es für Elektroautos besondere Ladestecker und Stromquellen, mit denen der Ladeprozess beschleunigt werden kann. Dabei gibt es zwei verschiedene Steckerarten, die in verschiedenen Regionen zum Einsatz kommen: den Typ-1-Stecker in den Vereinigten Staaten und Asien sowie den Typ-2-Stecker als europäisches Pendant. Allerdings gibt es passende Adapter, sodass man sich um den passenden Anschluss keine Sorgen machen muss.
Typ-2-Ladestecker sind dreiphasig und haben insgesamt fünf Kontakte. Das heißt, sie haben drei stromführende Quellen, die den Strom jeweils mit einer Spannung von 230 Volt fließen lassen. Auch Typ-2-Ladestecker sind mit einem Neutralleiter und Absicherungskontakt ausgestattet. Demnach liefern sie bei gleicher Absicherung von 16 Ampere die dreifache Strommenge, nämlich: 3 Phasen * 230 Volt * 16 Ampere = 11.040 Watt oder circa 11 Kilowatt.
Und was bezweckt eine Wallbox?
Da die leistungsfähigeren Typ-2-Stecker nicht in herkömmliche Haushaltssteckdosen passen, konzipierten Hersteller eine speziell auf Elektroautos ausgerichtete Steckdose: die Wallbox.
Die an der Wand hängende Steckdose unterstützt das dreiphasige Laden, ist aber bei Bedarf auch auf eine Stromstärke von 32 Ampere abgesichert. So sind Ladeleistungen von bis zu: 3 Phasen * 230 Volt * 32 Ampere = 22.080 Watt, beziehungsweise 22 Kilowatt drin. Der Ladeprozess bei obigem Beispiel verringert sich so auf gerade einmal: 33 Kilowattstunden / 22 Kilowatt = 1,5 Stunden.
Des Weiteren kommen Wallboxen mit wichtigen Sicherheitsfeatures. FI-Schalter und Gleichstromfehlerschutzmaßnahmen verringern das Risiko von Überspannungen oder der Bildung von hohen Temperaturen.
Wie unterscheiden sich beim Laden von Elektroautos Wechselstrom und Gleichstrom voneinander?
Während die Stromquellen beim privaten Ladevorgang in den eigenen vier Wänden auf einer Wechselstromspannung basieren, laden öffentliche Ladesäulen Elektroautos mit Gleichstrom. Der Grund: Gleichstromspannungen sind in der Regel leistungsfähiger als Wechselstromspannungen und ermöglichen somit einen schnelleren Ladeprozess.
Und das macht auch Sinn, denn Zuhause lädt man das E-Auto in aller Regel über Nacht. Dahingegen soll es unterwegs schneller gehen: eine halbe Stunde laden und weiter geht die Reise. Ultra-Schnellladesäulen bieten Ladeleistungen von bis zu 350 Kilowatt an. Bei einer Ladedauer von 30 Minuten entspricht das also theoretisch einer Ladekapazität von 175 Kilowattstunden – also gleich mehr als die fünffache Menge des obigen Beispiels mit einer Kapazität von Kilowattstunden.
Das schwächste Glied bestimmt die Kette
Mit welcher Leistung der Akku des Elektroautos letztendlich geladen wird, hängt von der maximalen Kapazität von drei Komponenten ab: der Stromquelle, des Ladekabels und des Elektroautos.
Das bedeutet, ein E-Auto, welches grundsätzlich dazu fähig wäre, per Wallbox eine Ladung von maximal 22 kW in Empfang zu nehmen, lädt trotzdem nur bei 11 kW. Und zwar dann, wenn das dazwischenliegende Ladekabel seinerseits nur 11 kW übertragen kann. Und Gleiches gilt für die Limitierungen der anderen Komponenten. Es gilt: Das schwächste Glied bestimmt die Kette.