Elektroautos zu Hause laden

Das Laden zu Hause ist eine Frage der Energieplanung und Elektroinstallation. Das beste System ersetzt die täglich verbrauchte Energie sicher, passt zur verfügbaren Kapazität des Gebäudes und hält das Fahrzeug zur Abfahrt bereit.

Mit der Energie beginnen, nicht mit der maximalen Leistung

Eine große Batterie erfordert nicht automatisch ein leistungsstarkes Ladegerät für zu Hause. Entscheidend ist die zwischen zwei Parkzeiten verbrauchte Energie.

Als Beispiel dient ein Fahrer, der täglich 60 km mit einem Elektroauto zurücklegt, das 20 kWh/100 km verbraucht:

Energy used by the vehicle = 60 km × 20 kWh/100 km
                           = 12 kWh

Wenn der gesamte Vorgang von der Steckdose bis zur Batterie einen Wirkungsgrad von 90% hätte, würden zum Wiederauffüllen von 12 kWh in der Batterie etwa 13.3 kWh vom Zähler bezogen. Über zehn Stunden Standzeit verteilt sind dafür im Durchschnitt nur etwa 1.3 kW nötig. Tatsächlicher Verbrauch, Verluste, Temperatur und Tarife unterscheiden sich, doch das Beispiel zeigt, warum die nächtliche Standzeit wichtiger sein kann als die Gesamtkapazität der Batterie.

Planen Sie Reserven für den Winterverbrauch, unregelmäßige lange Tage, zeitliche Ladebeschränkungen und die gewünschte Erholung nach einer Reise ein. Ein Haushalt mit zwei Elektroautos benötigt möglicherweise eine Lastteilung dringender als zwei Stromkreise mit maximaler Leistung.

Die nutzbare Ladeleistung entspricht dem niedrigsten der folgenden Grenzwerte:

Gebäudeanschluss und verfügbare Reservekapazität
Abzweigstromkreis
Einstellung der EVSE
Kabel und Steckverbinder
AC-Onboard-Ladegerät des Fahrzeugs
Jede Grenze des dynamischen Lastmanagements

Eine Wallbox mit 11 kW kann einem auf 7.4 kW begrenzten Fahrzeug keine 11 kW liefern, und eine dreiphasige Wallbox lässt ein einphasiges Fahrzeug nicht auf drei Phasen laden.

Die Installation für Dauerlast auslegen lassen

Beim Laden eines Elektroautos kann über viele Stunden ein erheblicher Strom fließen. Das unterscheidet sich von einem Gerät, das seine Nennleistung nur kurz erreicht.

Ein qualifizierter Installateur sollte Folgendes beurteilen:

Kapazität von Hausanschluss und Verteilung
Vorhandene Spitzenlasten und zukünftige Elektrifizierung
Kabelführung, Leiterquerschnitt, Spannungsabfall und Umgebungstemperatur
Eigener Stromkreis und Überstromschutz
Schutz vor Erdschluss oder Fehlerstrom
Erkennung von DC-Fehlerströmen, sofern erforderlich
Erdungsanordnung
Überspannungsschutz und örtliche Vorgaben des Netzbetreibers
Bewitterung, Stoßrisiko, Entwässerung und Schutzart des Gehäuses
Genehmigungen, Prüfung, Meldung und Regeln für den Netzanschluss

Die genauen Schutzeinrichtungen und die Erdungslösung hängen von der Rechtsordnung ab. IEC 61851 definiert Anforderungen an EVSE, doch die nationalen Installationsregeln und die tatsächliche Gebäudeinstallation bleiben entscheidend. In den Vereinigten Staaten verweisen offizielle Leitlinien auf einen eigenen Abzweigstromkreis für die EVSE; andere Märkte wenden eigene Vorschriften zu Stromkreis, Fehlerstromschutz und Versorgung an.

Hauseigentümer sollten die Stromkreisbemessung, EVSE-Konfiguration, Prüfergebnisse, das Inbetriebnahmeprotokoll und Anweisungen zum sicheren Freischalten der Anlage erhalten.

Fest angeschlossene, steckbare oder mobile EVSE

Eine korrekt spezifizierte steckbare EVSE ist nicht grundsätzlich unsicher. Das Problem besteht darin, dass eine Steckdose zusätzliche Kontakte schafft, die sich lockern, verschleißen, korrodieren oder fehlerhaft installiert sein können. Der Widerstand an einem beeinträchtigten Kontakt erzeugt während einer langen Sitzung mit hohem Strom Wärme.

Eine fest angeschlossene Wallbox verzichtet auf die Verbindung aus Stecker und Steckdose, erschwert das beiläufige Umsetzen und ist für eine dauerhafte Installation mit höherem Strom oft die einfachere Wahl. Eine steckbare Wallbox kann Austausch oder saisonale Demontage erleichtern, doch Steckdose, Gehäuse, Stromkreis und Betriebsbemessung müssen für dauerhaftes Laden eines Elektroautos geeignet sein. Örtliche Regeln können die zulässige Anordnung einschränken.

Das folgende Bild zeigt die Folgen überhitzter Steckdosenverbindungen. Es ist kein Beweis dafür, dass jede steckbare EVSE ausfallen wird; vielmehr verdeutlicht es, warum Kontaktqualität, Anzugsdrehmoment, Verschleiß, Temperatur und Inspektion wichtig sind.

Eine mobile Mode-2-Ladeleitung kann auf Reisen oder als Notlösung nützlich sein, wenn Steckdose und Stromkreis geeignet sind. Sie darf nicht mit einem gewöhnlichen Verlängerungskabel, Reiseadapter, einer beschädigten Steckdose oder einem unbekannten Stromkreis kombiniert werden. Wiederholte unerwünschte Auslösungen, Verfärbungen, Geruch, Knistern oder ein heißer Stecker sind Gründe, das Laden zu beenden und die Installation prüfen zu lassen.

Die Leistung an der Standzeit ausrichten

Eine höhere Leistung ist wertvoll, wenn das Fahrzeug spät am Abend fast leer zurückkehrt und früh wieder losfahren muss oder wenn mehrere Fahrzeuge dieselbe Ausrüstung nutzen. Weniger wertvoll ist sie, wenn das Fahrzeug nach einem kurzen Arbeitsweg regelmäßig zwölf Stunden steht.

Nützliche Fragen sind:

Wie viele Kilowattstunden müssen vor der Abfahrt normalerweise ersetzt werden?
Wie kurz ist die kürzeste regelmäßige Standzeit?
Welche AC-Leistung und Phasenanordnung kann das Fahrzeug aufnehmen?
Teilen ein zweites Elektroauto, eine Wärmepumpe, ein Induktionsherd, ein Warmwasserbereiter oder ein Solarwechselrichter den Anschluss?
Kann die EVSE den Strom dynamisch verringern, wenn die Gebäudelast steigt?
Ist es günstiger, eine spätere Aufrüstung von Kabel und Verteilung bereits bei der ersten Installation vorzubereiten?

Eine sehr hohe AC-Leistung im Wohnbereich kann Kosten verursachen, ohne die übliche nächtliche Ladezeit zu verkürzen. Sie kann außerdem Leistungsentgelte erhöhen oder eine Aufrüstung des Hausanschlusses auslösen. Dynamisches Lastmanagement kann häufig eine brauchbare Ladegeschwindigkeit erhalten und zugleich den Gesamtstrom des Standorts unter einer konfigurierten Grenze halten.

Fest angeschlagene Kabel, Buchsen und Alltagstauglichkeit

Bei einer EVSE mit fest angeschlagenem Kabel bleibt das Fahrzeugkabel am Gerät befestigt. Sie lässt sich schnell verwenden und stellt sicher, dass die Belastbarkeit des Kabels zur Ausrüstung passt, doch das Kabel ist Witterung und Beschädigungen ausgesetzt und kann im Austausch teurer sein.

Eine EVSE ohne fest angeschlagenes Kabel besitzt eine Buchse. Der Fahrer stellt ein Kabel bereit, das unabhängig ersetzt und geschützt gelagert werden kann; dafür kommt bei jeder Sitzung eine zweite manuelle Verbindung hinzu und das Kabel kann vergessen werden.

Prüfen Sie die Kabellänge im Verhältnis zur Position der Fahrzeugbuchse, ohne dass das Kabel einen Gehweg queren, unter Last eng aufgewickelt bleiben, über scharfe Kanten scheuern oder sein Eigengewicht am Stecker tragen muss. Montagehöhe, Halterung, Beleuchtung, Schneefreiheit, Zugänglichkeit und ein geschützter Weg vom Gerät zum Fahrzeug sind im Alltag wichtig.

Steckverbinderfamilien und Positionen der Fahrzeugbuchsen werden unter EV Charging Connectors and Inlets behandelt.

Intelligentes Laden hat mehrere Bedeutungen

Eine vernetzte Wallbox kann Fernstart, Energiehistorie, Zugangskontrolle, tarifabhängige Zeitplanung, Solarintegration oder die Teilnahme an Netzprogrammen bieten. Diese Funktionen sollten nicht verwechselt werden:

Zeitgesteuertes Laden beginnt oder endet zu ausgewählten Zeiten.
Tarifoptimierung reagiert auf bekannte oder dynamische Strompreise.
Statische Lastteilung verteilt ein festes Strombudget auf mehrere Ladepunkte.
Dynamisches Lastmanagement misst den Bedarf des Standorts und verändert den Fahrzeugstrom, um eine Grenze einzuhalten.
Solarüberschussladen folgt der lokalen Erzeugung unter Berücksichtigung des niedrigsten stabilen Ladestroms und des Phasenverhaltens des Fahrzeugs.
Gesteuertes Laden ermöglicht es einem Versorger, Aggregator oder Standortregler, die Nachfrage anzupassen und zugleich den Abfahrtsbedarf des Fahrers zu schützen.

Ein nützliches intelligentes Ladegerät sollte auch dann ein sicheres Grundladen ermöglichen, wenn Cloud-Dienst, App, WLAN oder Herstellerkonto nicht verfügbar sind. Käufer sollten lokale Steuerung, Richtlinien zur Softwareunterstützung, Exportmöglichkeiten für Energiedaten, Cybersicherheitsupdates und die Folgen einer Einstellung des Dienstes durch den Hersteller prüfen.

Großbritannien ist ein Beispiel für einen Markt, der intelligente Funktionen, standardmäßiges Laden in Nebenzeiten, zufällige Verzögerung, Sichtbarkeit der Messwerte und Gerätesicherheit für private Ladepunkte regelt. Anderswo gelten andere Anforderungen.

Das Bild von Nord Pool ist ein historisches Preisbeispiel und kein aktueller Tarif. Dynamische Preise, Steuern, Netzentgelte und Aufschläge des Lieferanten müssen für den tatsächlichen Vertrag des Fahrers geprüft werden.

Ladeverluste und Batterieeinstellungen

Die am Zähler abgerechnete Energie ist größer als die in der Batterie gespeicherte Energie. Verluste entstehen in der Gebäudeverkabelung, der Elektronik der EVSE, dem Onboard-Ladegerät, den Nebenverbrauchern des Fahrzeugs, der Temperierung, den Leitern und der Batterie. Beim Laden mit geringer Leistung kann zudem ein größerer Anteil der Eingangsenergie auf feste Nebenverbräuche des Fahrzeugs entfallen.

Ladegrenzen, Zellverhalten, Batterietemperatur und die Abwägungen beim regelmäßigen Laden auf einen hohen Ladezustand werden unter How an EV Battery Charges behandelt. Aufgabe des Systems zu Hause ist es, sichere und steuerbare Leistung bereitzustellen; das Fahrzeug entscheidet über deren Verwendung.

Praktische Checkliste für die Spezifikation

Halten Sie vor der Installation Folgendes fest:

Fahrzeugstecker und maximale AC-Aufnahme
Unterstützung für einphasiges oder dreiphasiges Laden
Üblicher täglicher Energiebedarf und kürzeste Standzeit
Verfügbare Anschlusskapazität und vorgesehener Stromkreis
Festanschluss oder Steckdosenverbindung
Fest angeschlagenes oder abnehmbares Kabel und benötigte Reichweite
Schutzart für den Einsatz im Innen- oder Außenbereich
Erforderliche Schutzmaßnahmen, Erdung, Genehmigungen und Meldung an den Netzbetreiber
Statisches oder dynamisches Lastmanagement
Steuerung nach Tarif, Solarerzeugung und Abfahrtszeit
Lokaler Betrieb bei Ausfall der Netzwerkverbindung
Garantie für Ausrüstung und Installation

Die richtige Installation ist nicht unbedingt die leistungsstärkste. Es ist diejenige, die wiederholt die benötigte Energie liefern kann, ohne die elektrischen Grenzen von Fahrzeug, Gebäude oder örtlichen Vorschriften zu überschreiten. Zum Zusammenhang zwischen dem Laden zu Hause, dem öffentlichen Laden, AC, DC und dem fahrzeugseitigen Laden siehe EV Charging: The Complete System.