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Konduktive Ladeverfahren

Erstellt am: 28.02.2014 | Stand des Wissens: 30.11.2018
Ansprechpartner
Technische Universität Berlin, Fachgebiet Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik (WIP) - Prof. Dr. v. Hirschhausen, Prof. Dr. Beckers

Bei konduktiven Ladeverfahren kommt es zur Energieübertragung über physisch miteinander verbundene leitende Materialien [Kley11a, S. 8]. In der Elektromobilität spricht man vor diesem Hintergrund auch oft von kabelgebundenem Laden. Dabei ist grundsätzlich eine Steckverbindung zwischen Fahrzeug und Kabel erforderlich, sowie ggf. eine weitere Steckverbindung zwischen Kabel und stellplatzseitiger Ladeeinheit, wenn das Kabel dort nicht fest verbaut ist. Weiterhin ist, entweder auf Seiten des Fahrzeuges oder innerhalb der Ladeeinheit ein Gleichrichter oder für die Rückspeisung ein Inverter notwendig.
Konduktive Ladeverfahren haben einen vergleichsweise hohen Wirkungsgrad bei der Übertragung der Energie und ermöglichen durch hohe Übertragungsleistungen eine schnelle Aufladung der Fahrzeugbatterie. Abgesehen von der Anbindung des Kabels müssen im Gegensatz zur induktiven Aufladetechnik bei der Positionierung des Fahrzeugs keine weiteren Einschränkungen bedacht werden. Nachteilhaft ist die öffentliche Zugänglichkeit des Ladekabels sowie weiterer Komponenten, was die Ladeinfrastruktur anfällig für Vandalismus und Witterungseinflüsse macht. Zudem sind die verkehrlichen Auswirkungen von offen hängenden Kabeln zu bedenken.
Der Vollständigkeit halber ist auch darauf hinzuweisen, dass auch Oberleitungen eine konduktive Energieübertragung ermöglichen. Diese Option ist allerdings derzeit außerhalb des Einsatzes bei Lastkraftwagen im Fernverkehr kein Teil der fachlichen Diskussion und soll daher an dieser Stelle ausgeblendet werden.
Aufgrund der noch bestehenden Unsicherheiten sowie im Vergleich mit konduktiven Ladekabeln hohen Kosten und geringen Ladegeschwindigkeiten des induktiven Ladens, kommen im Rahmen der öffentlich zugänglichen Ladeinfrastruktur kurz- bis mittelfristig vorrangig konduktive Ladeverfahren in Betracht.
Innerhalb der konduktiven Ladeverfahren wird ferner unterschieden zwischen Wechselstromladen und Gleichstromladen.
Beim Wechselstromladen (alternating current AC) erfolgt die Wandlung des elektrischen Stroms in Gleichstrom innerhalb des Fahrzeugs. Dies erfolgt entweder durch einen dedizierten Stromrichter oder durch Nutzung der fahrzeugseitigen Leistungselektronik. Beim einphasigen Wechselstromladen wird, wie auch an sog. SchuKo-Steckdosen üblich, eine der drei Phasen des Niederspannungs-Verteilnetzes genutzt. Die Spannung beträgt in Deutschland 230 V und die maximale Leistung i. d. R. 3,7 kW. Eine Fahrzeugbatterie mit 20 kWh benötigt demzufolge mehr als fünf Stunden für eine vollständige Wiederaufladung.
Eine schnellere Ladung ist mit dreiphasigem Wechselstromladen möglich, bei dem alle drei Phasen des Niederspannungs-Verteilnetzes für die Energieübertragung genutzt werden. Dabei sind prinzipiell Leistungen bis ca. 44 kW möglich [NPE 2012b, S. 44]. Aufgrund der Größe und des Gewichtes des fahrzeugseitigen Stromrichters bei hohen Leistungen wird gemeinhin eine Übertragungsleistung von 22 kW für praktikabel befunden. Eine vollständige Wiederaufladung einer 20 kWh-Batterie ist damit bereits in weniger als einer Stunde möglich.
Beim Gleichstromladen (direct current - DC) erfolgt die Umwandlung in Gleichstrom bereits innerhalb der Ladeeinheit. Fahrzeugseitig ist in der Folge kein Stromrichter erforderlich, sodass es keine Beschränkungen bzgl. Größe und Gewicht auf Seiten des Fahrzeuges für die Übertragung höherer Ladeleistungen gibt. Die derzeit angewandten DC-Ladeverfahren sehen demzufolge auch höhere Leistungen mit teilweise deutlich mehr als 50 kW vor und werden oftmals unter dem Begriff "Schnellladen" zusammengefasst.
Im Vergleich zu Wechselstrom-Ladeverfahren bewirkt die stellplatzseitige Verortung des Stromrichters eine Kostenverschiebung von der Fahrzeugseite hin zur Ladeeinheit. Zudem können Zusatzkosten aufgrund der Notwendigkeit der Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladeeinheit anfallen. Dabei ist zu beobachten, dass aus Kompatibilitätsgründen fahrzeugseitig auch ein Wechselrichter zum einphasigen AC-Laden vorgesehen wird [NOW14, S.12ff.].
Disclaimer: Dieser Synthesebericht stammt aus der Dissertation "Bereitstellung öffentlicher Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge - Eine ökonomische Analyse" von Justus Reinke, die am Fachgebiet für Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik (WIP) der TU Berlin von Prof. Thorsten Beckers betreut wurde.
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Technische Universität Berlin, Fachgebiet Wirtschafts- und Infrastrukturpolitik (WIP) - Prof. Dr. v. Hirschhausen, Prof. Dr. Beckers
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Öffentliche Ladeinfrastruktur für Elektromobilität (Stand des Wissens: 04.12.2018)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?426949
Literatur
[Kley11a] Kley, Fabian Ladeinfrastrukturen für Elektrofahrzeuge. Entwicklung und Bewertung einer Ausbaustrategie auf Basis des Fahrverhaltens., veröffentlicht in Fraunhofer ISI Schriftenreihe "Innovationspotenziale", Fraunhofer Verlag, Karlsruhe , 2011, ISBN/ISSN 978-3-8396-0302-4
[NOW14] Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, NOW GmbH Nationale Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (Hrsg.) Öffentliche Ladeinfrastruktur für Städte, Kommunen und Versorger, 2014/02
[Rein14] Justus Reinke Bereitstellung öffentlicher Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge - Eine ökonomische Analyse, 2014
Glossar
kW = Kilo Watt. Die SI-Einheit der Leistung. Als Einheitenzeichen wird der Großbuchstabe W verwendet. Die Einheit ist benannt nach James Watt.
DC
Gleichstrom (englisch: Direct Current)
AC
Wechselstrom
Elektromobilität
Die Elektrifizierung der Antriebe durch Batterie- und die Brennstoffzellentechnologien. Im Kontext des "Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität" wird der Begriff auf den Straßenverkehr begrenzt. Hierbei handelt es sich insbesondere um Personenkraftwagen (PKW) und leichte Nutzfahrzeuge, ebenso werden aber auch Zweiräder (Elektroroller, Elektrofahrräder) und Leichtfahrzeuge einbezogen.
kWh
= Kilowattstunde. Die Wattstunde (Einheitenzeichen: Wh) ist eine Maßeinheit der Arbeit und damit eine Energieeinheit. Eine Wattstunde entspricht der Energie, welche eine Maschine mit einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt.

Im Alltag gebräuchlich und verbreitet ist die Kilowattstunde, das Tausendfache der Wattstunde. In ihr werden vor allem Strom-, aber auch Heizwärmekosten abgerechnet.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?426895

Gedruckt am Freitag, 10. April 2020 14:22:24