Langstrecken-E-Mobilität: So funktioniert eine Schnellladestation

Geringe Reichweite und lange Ladezeiten gelten heutzutage als die großen Defizite von E-Autos. Schnellladestationen können diese Mankos ausgleichen und der E-Mobilität zu einem Langstreckenerfolg verhelfen.

Elektrisch angetriebene Fahrzeuge erobern immer mehr die Straßen. Bislang ist ihre Reichweite aufgrund der Batteriekapazität noch beschränkt. Für eine entsprechende Langstrecken-E-Mobilität fehlt eine ausreichende Abdeckung mit Ladestationen. Zudem ist auch die Ladezeit noch zu lang. Die Ladedauer hängt von zwei Faktoren ab: der Leistungsfähigkeit der Stromtankstelle und der technischen Auslegung des Fahrzeugs.

In Deutschland sind Typ-2-Wechselstrom-Ladestationen weit verbreitet. Die Stromtankstellen bieten 11 bis 22 Kilowatt, vereinzelt liegt die Leistungsfähigkeit auch bei bis zu 43 Kilowatt. Diese Stationen eignen sich für eine Über-Nacht-Ladung, aber nicht als Schnellladestation.

80 Prozent unter 30 Minuten

Eine Schnellladestation liefert dagegen Gleichstrom. Die Energie wird aus der Ladesäule direkt in das Fahrzeug eingespeist. Sie wird durch einen leistungsstarken Gleichrichter in der Ladesäule vom Stromnetz, Transformator oder durch große Pufferakkus bereitgestellt. Das System hat eine Leistung von derzeit etwa 150 Kilowatt – ein Standard, auf den alle Stecker ausgelegt sind. Mit dieser Ladeleistung kann es die Batterie eines aktuellen E-Fahrzeugs mit etwa 100 Kilometer Reichweite in zehn Minuten befüllen.

Dabei kommt meist das IU-Ladeverfahren (CCCV – constant current constant voltage) zum Einsatz. Bei diesem Verfahren umfasst der Ladevorgang mehrere Phasen, um die Batterie mit ihrer vollen Kapazität zu laden und gleichzeitig bestimmte Sicherheitsregeln einzuhalten. Der Ladevorgang beginnt mit der Vorlade-Phase mit geringem Strom. Hier wird überprüft, ob die Batterie in einem einwandfreien Zustand ist. Anschließend wird der Ladevorgang mit der Aktivierungsphase fortgesetzt, während der Strom für einen längeren Zeitraum auf dem gleichen Wert gehalten wird. Wenn die Batteriespannung einen Wert von 3 V überschreitet, folgt die Schnellladephase, in der mit einem Konstantstrom geladen wird. Diese Phase wird solange fortgesetzt, bis die Ladeschlussspannung von 4,2 V erreicht wird. Dann schaltet das Ladeprogramm auf eine Phase mit konstanter Spannung um. Hierbei gilt die Batterie als voll geladen, wenn der Ladestrom unter den Ladeschlussstrom abgesunken ist, und der Ladevorgang wird beendet.

Insgesamt wird bei der sogenannten Schnellladung der Akkumulator oft bis zu etwa 80 Prozent geladen, denn bis zu dieser Grenze kann meist die volle Leistungsfähigkeit der Ladeelektronik ausgeschöpft werden. Ab 80 Prozent wird der Ladestrom jedoch reduziert, um das Überladen der Batteriezellen zu vermeiden. Dementsprechend ist der Vollladevorgang sehr zeitintensiv. Moderne Akkus erreichen innerhalb von 20 bis 30 Minuten einen Ladestand von 80 Prozent. Die Vollladung dagegen benötigt mit AC etwa sechs bis acht Stunden. Mit der geringen Ladezeit können Schnellladestationen die Alltagstauglichkeit von E-Autos weiter steigern und ihnen so zu einem Langstreckenerfolg verhelfen.

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