Die Transformation zur Elektromobilität geht einher mit vielen eher technischen Begriffen und Abkürzungen. Doch was steckt eigentlich dahinter? voylt klärt auf:
Was steckt hinter der Einheit Volt (V)
Volt ist nach dem internationalen Einheitensystem die Einheit für die elektrische Spannung. Benannt wurde sie nach dem italienischen Erfinder und Physiker Alessandro Volta. In der Elektromobilität wird Volt hauptsächlich in Bezug auf die Systemspannung eines Fahrzeugs verwendet. Dabei gilt die Faustregel: Mehr hilft mehr!
Höhere Spannungen erlauben nämlich höhere Ladegeschwindigkeiten, die wiederum höhere Ladeleistungen ermöglichen. Von diesen höheren Spannungen und Ladeleistungen profitierst du aber nur, wenn du auch eine entsprechende Ladesäule findest. Denn wenn die Ladesäule nur mit niedriger Spannung lädt, profitiert das Fahrzeug und damit du leider nicht von der kürzeren Ladedauer. Wie immer gilt hier also, am besten im Voraus informieren, welche Eigenschaften dein Fahrzeug hat, damit du dich am Ende nicht ärgerst. Übrigens: Die Haushaltssteckdose hat in Deutschland normalerweise 230 Volt. Die modernsten Elektroautos haben heutzutage aber bis zu 900 Volt Systemspannung, also um einiges mehr!
Außerdem lassen sich durch höhere Spannungen aber auch dünnere und damit leichtere Kabel verbauen, die das Gewicht des Fahrzeugs verringern und somit die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen. Mehr Volt Spannung bedeutet also gleichzeitig schnelleres Laden und höhere Reichweite. Wenn das mal nicht eine Win-win-Situation ist …
Was ist ein Kilowatt?
Die Einheit Kilowatt (kW) steht für Leistung. Auch diese Einheit wurde nach einem Physiker benannt. Nämlich dem Schotten James Watt. Im Bezug auf die Elektromobilität wird diese Einheit meistens als “Kilowatt” (kW) verwendet, dabei ist die Einheit an sich eigentlich nur Watt (W). Ein Kilowatt entspricht nämlich letztendlich einfach nur 1.000 Watt, denn das Wort “Kilo” kommt ursprünglich aus dem griechischen (chílioi) und bedeutet “tausend”. Ähnlich wie man das auch von den Einheiten Kilometer oder Kilogramm kennt.
In der Elektromobilität wird die Einheit Watt, zumeist in Bezug auf zwei Dinge verwendet:
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Die Motorleistung des Fahrzeugs
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Die Ladeleistung des Fahrzeugs
Auch hier gilt wieder: Mehr hilft mehr! Wenn dein Fahrzeug also mit vielen Watt oder sogar Kilowatt laden kann, kannst du dich über kürzere Ladezeiten freuen! Natürlich muss man dafür erst einmal eine entsprechende Ladesäule finden. Gerade die Schnelllader oder auch HPC (High Power Charger) sind in Deutschland bisher seltener vorhanden. Für diese Ladestationen wird ein Ladekabel nach dem CCS-Standard verwendet. Allerdings lädt der Akkus deines Fahrzeugs genauso gut mit weniger Watt an der Haushaltssteckdose oder an AC-Ladern mit weniger Kilowatt Ladeleistung.
Generell bist du mit viel Watt Motorleistung dann auch schneller unterwegs. Denn umso stärker dein Motor, umso schneller normalerweise auch die Beschleunigung, die bei Elektrofahrzeugen ja bekannterweise grundsätzlich schon nicht ganz schlecht ist.
Übrigens: kW ist auch die „richtige“ Einheit für die Leistung eines Verbrenners und wird daher auch bei den Fahrzeugen mit Diesel- oder Benzinmotor verwendet.
Was ist eine Kilowattstunde?
Jetzt wird es etwas abstrakter. Eine Wattstunde beschreibt die Energie über eine Stunde. Kilo bezeichnet dabei wieder nur, dass es sich um 1000-Wattstunden handelt. Ähnlich wie man das auch von den Einheiten Kilometer oder Kilogramm kennt. Das Wort “Kilo” kommt übrigens ursprünglich aus dem griechischen (chílioi) und bedeutet “tausend”.
Bekannt von bspw. der Stromrechnung, wird diese Einheit in der Elektromobilität hauptsächlich für die Energie eines Fahrzeugakkus verwendet, bzw. wie viel Energie der Akkus speichern kann. Dabei kann man diesmal leider nicht so einfach vereinheitlichen, dass mehr auch besser ist. Denn ein riesiger Akkus, der viele Kilowattstunden Energie speichern kann, hat zwar grundsätzlich eine höhere Reichweite, ist allerdings auch deutlich schwerer. Und mehr Gewicht ist natürlich wieder schlecht für die Reichweite und vor allem die Gesamteffizienz des Fahrzeugs. Man sollte sich daher am besten immer das Verhältnis zwischen Reichweite und Kilowattstunde angucken, um zu beurteilen, wie gut, bzw. effizient das Fahrzeug tatsächlich ist. Eine gute Richtgröße ist hier „Kilometer je kWh”. Umso mehr Kilometer ein Fahrzeug sozusagen aus einer Kilowattstunde herausquetschen kann, umso höher die Gesamteffizienz des Fahrzeugs.
Für Stromspeicher und Batteriefabriken wird oftmals auch die Einheit GWh (Gigawattstunde) oder TWh (Terrawattstunde) verwendet. Eine GWh ist dabei eine Million kWh und eine TWh nochmal tausend GWh. Ganz schön viel Energie also.
Ampere - Basiseinheit für elektrische Stromstärke
Ampere ist die elektrische Basiseinheit für die Stromstärke. Ampere bezeichnet somit eine Menge an Elektronen beziehungsweise Ladungsträgern, die in einer bestimmten Zeitspanne durch eine Leitung fließen. Die Maßeinheit für Ampere ist das ‚A‘, benannt wurde die Stromeinheit Ampere nach dem französischen Physiker und Mathematiker André-Marie Ampère. Er forschte über Zusammenhänge von Elektrizität und Magnetismus und entwickelte Geräte zur Messung von Strom.
Die Stromstärke lässt sich mittels Stromleistung und Stromspannung berechnen, indem die Leistung durch die Spannung dividiert wird. Die Formel für die Berechnung von Ampere lautet also: Ampere = Watt/Volt
Was ist ein Newtonmeter?
Ein Newtonmeter ist die SI-Einheit für die vektorielle Größe Drehmoment (Torsion). Außerdem ist 1 N·m = 1 Joule, die Einheit der skalaren Größe Energie, Wärme und Arbeit. Dabei werden zwei grundsätzlich verschiedene Dinge, Drehmoment und Energie, mit Newton mal Meter berechnet. Das Drehmoment gibt an, wie stark eine Kraft auf einen drehbar gelagerten Körper wirkt. Bei elektrischen Fahrzeug macht sich das in der Beschleunigungsstärke oder der Steigfähigkeit bemerkbar. Gemessen wird das Drehmoment in Newtonmeter (Nm), d.h. wirkt eine Kraft von 100 Newton auf einen zwei Meter langen Hebel entsteht beispielsweise ein Drehmoment von 200 Nm.
Was ist die Steigfähigkeit?
Steigfähigkeit eines Fahrzeugs bezeichnet die Fähigkeit eine Steigung zu erklimmen. Die Steigfähigkeit hängt von mehreren Faktoren ab: Motorleistung Getriebeübersetzung des Motors, Antriebskonzept des Fahrzeugs, Gewichtsverteilung, Schwerpunkt des Fahrzeugs, Traktion der Reifen auf dem Untergrund. Die Steigfähigkeit richtet sich unter anderem nach der Wattzahl des e-Motors. Je mehr Power dieser hat, desto besser zieht das Elektrofahrzeug. Realistisch gesehen schafft ein 350 Watt Motor Steigungen um die 10 %. Angaben bis zu 15 % sind schon viel für einen Elektroscooter.
Nennleistung oder Maximalleistung?
Die Nennleistung, oft auch “Nenndauerleistung”, “Dauerleistung” oder “Nominalleistung” genannt, bezeichnet die höchste Dauerleistung, bei der eine energietechnische Einrichtung ohne Beeinträchtigung der Lebensdauer und Sicherheit betrieben werden kann. Die Nennleistung ist für die gesamte Lebensdauer der Anlage verbindlich.
Die Maximalleistung ist die Spitzenleistung einer Anlage. Jedoch ist die Nenndauerleistung ist daher naturgemäß geringer. Zu Werbungszwecken ist es daher attraktiver, die Maximalleistung, also den höheren Wert, anzugeben.
ZEV
Der "Zusammenschluss zum Eigenverbrauch" (ZEV) ermöglicht Eigentümern und Eigentümerinnen von Zweck- und Wohnbauten seit dem 1. Januar 2018 selbst erzeugten Strom zum Eigenverbrauch zur Verfügung zu stellen. Ein ZEV ist mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden. ZEV-Betreiber müssen den Verbrauch mittels privater Zähler ermitteln und den Nutzern/Nutzerinnen verrechnen. Neben dem täglichen Stromverbrauch für die Haushalte kann das ebenso für die Elektromobilität genutzt werden.
Ganz nebenbei ist ZEV übrigens eine Abkürzung, die noch eine andere Bedeutung hat: Zero Emission Vehicle – ein Fahrzeug, das keine schädlichen Emissionen abgibt.
Rund ums Laden:
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AC- und DC-Laden
AC - Alternating Current und bedeutet übersetzt Wechselstrom. Aus Wallboxen, der Schuko-Steckdose und den meisten öffentlichen Ladepunkten strömt Wechselstrom. Dieser wird vom On-Board-Charger des elektrischen Fahrzeugs in Gleichstrom umgewandelt. Diese Umwandlung ist wichtig, da die verbaute Autobatterie nur Gleichstrom speichern kann.
DC-Ladestationen wandeln den Wechselstrom (AC) aus dem Stromnetzwerk direkt innerhalb der Station in Gleichstrom (DC) um. Hierdurch umgeht man den Netzumwandler innerhalb des Autos und der Gleichstrom fließt direkt aus der Station in die Autobatterie. Dieser Ladeprozess ermöglicht eine höhere Ladeleistung in kürzerer Zeit. Solche Schnellladestationen sind primär für Standorte mit kurzer Verweildauer geeignet, also an Autobahn-Raststätten oder Supermarktparkplätzen.
On-Board Charger
Der On-Board Charger ist ein internes Ladegerät, das die AC-Spannung (Wechselstrom) der Steckdose nach den Anforderungen des Batteriemanagementsystems (BMS) in die benötigte DC-Spannung (Gleichstrom) umwandelt und dann dem Akku zur Speicherung weiterleitet. Während des Ladevorgangs überwacht der Charger weitere mit der Aufladung zusammenhängende Parameter. Generell kommt der On-Board Lader nur bei Ladevorgängen an einer Ladesäule oder Wallbox des AC-Netzes mit bis zu 22 kW zum Einsatz. Mit einem On-Board Charger dauert der Ladevorgang dabei etwa 6 bis 8 Stunden. Handelt es sich bei der Ladestation um eine DC-Ladelösung, einen Schnellladevorgang in rund 40 Minuten, stellt die Ladesäule eine direkte Verbindung mit der Hochvoltbatterie des Fahrzeugs her. Hierbei wird der On-Board Lader automatisch vom BMS umgangen, da bereits Gleichstrom anliegt.
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Bidirektionales Laden
Beim bidirektionalen Laden kann Strom in zwei Richtungen fließen: Zunächst aus dem Netz in einen Speicher (z. B. eine Autobatterie) – und anschließend wieder aus ihm heraus, zurück ins Netz. Bidirektionales Laden umfasst die Bereiche Vehicle to Grid (V2G), Vehicle to Home (V2H), und Vehicle to Load (V2L). Jeder dieser Anwendungsfälle benötigt verschiedene Rahmenbedingungen.
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Vehicle to Grid (V2G): Im e-Auto befindet sich eine ganz normale Schuko-Steckdose, an die man unterwegs elektrische Geräte anschließen kann.
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Vehicle to Home (V2H): Das an die Wallbox angeschlossene Elektroauto gibt Energie ans Stromnetz des eigenen Haushalts ab.
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Vehicle to Load (V2L): Das e-Auto speist den in der Batterie gespeicherten Strom nicht nur ins heimische, sondern sogar ins gesamte öffentliche Netz ein.
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Die Technik für das bidirektionale Laden ist bereits da und einige Elektroautomodelle verfügen über diese Fähigkeit.
Im April 2023 veröffentlichte die Internationale Organisation für Normung die ISO 15118-20, die die Kommunikation zwischen e-Auto und Ladeeinrichtung, beispielsweise einer Wallbox regelt.
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Induktives Laden
Die Möglichkeit induktiv zu laden kennen viele von ihren Smartphones oder anderen elektronischen Geräten, bei dem man kein extra Ladekabel mehr benötigt, sondern das Gerät einfach auf eine Induktionsfläche legt.
Auch bei Elektroautos soll diese Technik in Zukunft möglich sein. Forscher der Universität Erlangen-Nürnberg haben ein Pilotprojekt zu induktivem Laden initiiert. Bis 2025 soll auf einem Autobahnabschnitt in Nordbayern eine Teststrecke von einem Kilometer Länge entstehen, auf der das induktive Laden von Elektroautos und -lastwagen möglich sein soll. Dadurch können die Fahrzeuge während der Fahrt kabellos aufgeladen werden. Im Straßenbelag sind Spulen eingebaut, die ein Magnetfeld erzeugen. Dieses Magnetfeld erzeugt in der im Fahrzeug eingebauten Gegenspule Spannung, womit Leistung übertragen werden kann. Durch dieses ständig wechselnde Magnetfeld kann Energie übertragen und in Strom umgewandelt werden. Die Straße erkennt genau, wo sich das Auto befindet und überträgt nur dort den Strom. Es lassen sich dabei auch über die Straße Daten übertragen - so kann später auch ermittelt werden, wer wie viel Strom getankt hat.
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Ladeinfrastruktur
Ladeinfrastruktur ist die Gesamtheit der Ladeeinrichtungen. Dazu zählt neben dem Ladepunkt bzw. der Ladesäule/Wallbox auch die Trafostation, Kabelanlagen und sonstige technische Nebeneinrichtungen. Ein Ladepunkt im Sinne der Ladesäulenverordnung (LSV) ist eine Einrichtung, die zum Aufladen von Elektromobilen geeignet ist und an der zur gleichen Zeit nur ein Elektromobil aufgeladen werden kann.
Öffentlich zugängliche Ladepunkte für Elektrofahrzeuge müssen technische Mindestanforderungen einhalten. Um die Einhaltung dieser Anforderungen gemäß der Ladesäulenverordnung überprüfen zu können, sind die Betreiber zur Anzeige ihrer öffentlich zugänglichen Ladeinfrastruktur bei der Bundesnetzagentur verpflichtet. Gemeldete Ladepunkte können mit Einwilligung des Betreibers auf der Ladesäulenkarte veröffentlicht werden.
Das Ladesäulenregister der Bundesnetzagentur enthält 93.261 Normalladepunkte und 22.047 Schnellladepunkte, die am 1. November 2023 in Betrieb waren. An den Ladepunkten können gleichzeitig insgesamt 3,98 GW Ladeleistung bereitgestellt werden.
Aktuelle Zahlen und Übersichtskarten zur Ladeinfrastruktur in Deutschland gibt es bei der Bundesnetzagentur
Die Bezahlung an öffentlichen Ladesäulen erfolgt in der Regel über Ladekarten verschiedener Anbieter, bzw. deren Apps. In der Regel kommt ein Fahrzeughalter mit 3 verschiedenen Optionen aus. Immer mehr Ladesäulen bieten inzwischen auch das Bezahlen per Kreditkarte an, falls die passende Ladekarte gerade nicht zur Hand ist. Das nennt sich dann "ad-hoc-Laden."
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Bestimmte Ladeanbieter bieten einen komfortablen Service für Autos, die über eine entsprechende Systemeinstellung verfügen: Plug & Charge (PnC). Dabei handelt es sich um einen neuen Standard (ISO 15118), der die Kommunikation zwischen e-Auto und Ladestation vereinfacht. Zum Starten des Ladevorgangs muss man lediglich mittels Ladestecker das Fahrzeug mit der Ladesäule verbinden. Die Anmeldung erfolgt dann automatisch - keine Ladekarte, kein Startknopf - der Ladevorgang startet automatisch und wird nach Abschluss direkt mit dem verbundenen Kundenkonto abgerechnet.
Range Extender
Als Range Extender (Reichweitenverlängerer) werden zusätzliche Aggregate in einem Elektrofahrzeug bezeichnet, die die Reichweite des Fahrzeugs erhöhen. In der Regel wird dafür ein kleiner Verbrennungsmotor genutzt, der die Rolle eines Generators einnimmt und auf diese Weise Akku und Motor mit Strom versorgt, quasi ein eigenes kleines Stromkraftwerk an Bord. Dieser Range Extender fungiert als Backup und wirkt damit der Reichweitenangst entgegen.
Es gibt aber auch eine andere Zubehörvariante, die gerade im Zweiradbereich sehr beliebt ist. Es handelt sich dabei um ein Upgrade der Akkuleistung, die oft durch eine zusätzliche Batterie ermöglicht wird.