Ladetechnik Schnellladen: Schneller!

Schnellladen gewinnt an Bedeutung: Mit der E-Mobilität wachsen auch die Ansprüche an die Ladeleistungen. Von Johannes Reichel und Gregor Soller

 Bild: Ionity
Bild: Ionity
Johannes Reichel

Schneller laden! Mit der 800-Volt-Technik sinken auch die Ladezeiten: Erst kürzlich haben Kollegen einen Ioniq 5 an einer Schnellladesäule erwischt, der binnen 16 Minuten über 40 kWh Strom getankt hat, also im Schnitt 160 kW zog. Aber auch Porsche Taycan und Audi e-tron sind bekannt für hohe Ladeleistungen. Außerdem gab ein branchenübergreifendes Konsortium von 16 Partnern aus Industrie und Forschung am 16. Februar 2021 einen Förderantrag zum Megawattladen für Elektro-Nutzfahrzeuge im Fernverkehr ab. Schirmherr der Initiative ist der Verband der Automobilindustrie (VDA). Ziel des Projektes „Hochleistungsladen im Lkw-Fernverkehr“ (HoLa) ist die Planung, Errichtung und der Betrieb einer ausgewählten Hochleistungs-Ladeinfrastruktur für batterieelektrischen Lkw-Fernverkehr. Gestartet werden soll an der A2 zwischen Berlin und dem Ruhrgebiet. Dabei sollen an vier Standorten je zwei Hochleistungsladepunkte mit dem Megawatt Charging System (MCS) aufgebaut und im Realbetrieb angewandt werden. Die Planung geht von einer Projektlaufzeit von dreieinhalb Jahren aus, mit der Aufnahme des Realbetriebes in der Logistik im Herbst 2023. Damit sollen rechtzeitig die Weichen für die Erfüllung der anspruchsvollen CO2-Anforderungen 2025 gestellt werden.

Es geht also schnell voran, jetzt auch mit dem Schnellladen. Wenn Elektromobilität langstreckentauglich werden soll, muss die Schnellladeinfrastruktur schnell mitwachsen. Darum planen jetzt verstärkt auch Regierungen und Kommunen den Ausbau in Deutschland per Ausschreibung für ein öffentliches HPC-Netz. Deshalb wurde im Bundeskabinett der von Bundesverkehrsminister Andreas Scheuer (CSU) vorgelegte Gesetzentwurf zur „Bereitstellung flächendeckender Schnellladeinfrastruktur für reine Batterieelektrofahrzeuge“, das sogenannte Schnellladegesetz, beschlossen. Damit schafft das BMVI die rechtliche Grundlage für die geplante Ausschreibung zum Aufbau eines öffentlichen Schnellladenetzes mit 1.000 Standorten. Zuvor hatten die Koalitionsfraktionen sich auch auf einen Entwurf für das Gebäude-Elektromobilitätsinfrastrukturgesetz (GEIG) geeinigt, womit die Installation von Ladepunkten am Arbeitsplatz und in Wohngebäuden leichter werden soll.

Das Schnellladegesetz sei die grundlegende Voraussetzung, um die europaweite Ausschreibung und somit den Bau der neuen Standorte zu starten. Nur mit einer flächendeckenden und nutzerfreundlichen Ladeinfrastruktur sei es zu schaffen, dass mehr Menschen auf klimafreundliche E-Autos umsteigen und mit erneuerbaren Energien laden können, glaubt Scheuer. Er hält gerade das schnelle Laden mit über 150 Kilowatt für die Langstreckentauglichkeit von E-Autos für entscheidend.

Große Krux: Die Wirtschaftlichkeit der Standorte

„Wir wollen Mobilität mit besserer Luft, weniger Lärm und vor allem weniger CO2 ermöglichen“, so die Minister-Maxime. Bisher gibt es laut Bundesverband für Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) rund 950 Ultraschnellladepunkte (High-Power-Charging HPC) in Deutschland, die von Anbietern wie Allego, BayWa, CutPower, EnBW, E.ON, Fastned oder Ionity installiert und betrieben werden,allerdings mit derzeit teils noch mäßiger Wirtschaftlichkeit. Genau hier liegt die Krux. Die inzwischen mehrjährigen Förderprogramme zum Aufbau einer Ladeinfrastruktur reichten allein nicht aus, um den Aufbau schnell,verlässlich, bedarfsgerecht, flächendeckend und verbraucherfreundlich zu gewährleisten – insbesondere mit Blick auf Standorte, die wenig respektive nur temporär (z. B. in Ferienzeiten) frequentiert sind. Sie böten zudem keine Garantie für den schnellen Aufbau und dauerhaften Betrieb von Ladeinfrastruktur, denn trotz der Bewilligung einer Förderung ist der Bewilligungsempfänger nicht verpflichtet, auch tatsächlich aufzubauen. Zudem sei an vielen Ladepunkten bislang nur Laden mit höchstens 22 kW möglich, weil bisher nicht gezielt bundesweit das schnelle Laden mit über 100 kW forciert wurde. Für den erfolgreichen Markthochlauf von E-Fahrzeugen bedürfe es aber einer bedarfsgerechten, bundesweit flächendeckenden und nutzerfreundlichen Ladesäuleninfrastruktur (LIS). Daher ergänze der Bund seine Förderpolitik. Darum soll der Aufbau und Betrieb eines bundesweiten Schnellladenetzes an 1.000 Standorten im Rahmen einer europaweiten Ausschreibung in Auftrag gegeben werden. Das Schnellladenetz soll den Bedarf für die Mittel- und Langstreckenmobilität an Fernstraßen, aber auch an wichtigen Standorten im urbanen Raum abdecken. Die Standorte müssen stets öffentlich und rund um die Uhr zugänglich sein und können auf öffentlichem oder privatem Grund liegen.

Ausschreibung: Der Bund wird nicht Betreiber

Dabei will der Bund nicht selbst Betreiber werden, sondern den Ausbau durch langfristige Verträge mit Betreibern gewährleisten. Ausgeschrieben werden soll die High Power Charging-Ladeinfrastruktur mit einer Leistung von mindestens 150 kW pro Ladepunkt. Bei der europaweiten Ausschreibung könnten sich auch Bietergemeinschaften zusammenschließen, sodass auch kleine und mittlere Unternehmen die Möglichkeit haben, sich an dem Verfahren zu beteiligen. Wir haben uns bei Ladetechnikprofis umgehört, die diese Entwicklung interessiert und in der Praxis ausdifferenzieren. So benötigt es laut Dr. Heiko Rüppel, Vertriebsleiter bei EnerCharge, neben dem Laden zu Hause und an der Arbeit mit maximal 22 kW AC eine öffentliche Ladeinfrastruktur auf drei Ebenen: Sehr schnelles DC-Laden an den Hauptverkehrsstraßen mit mindestens 150 kW, 
auch bei 400-V-Fahrzeugen, um Ladezeiten zwischen zehn und 30 Minuten zu erzielen. Dazu schnelles DC-Laden auf den Parkplätzen von Einkaufszentren zwischen 30 kW und 90 kW, was Ladezeiten zwischen 45 und 90 Minuten bedeuten würde, sowie AC-Laden auf öffentlichen oder teilöffentlichen Parkplätzen/Parkhäusern in den Städten und Freizeiteinrichtungen, wo man sich länger als zwei Stunden aufhält. Wichtig sei auf jeden Fall, dass das Ganze auch immer unbedingt funktioniere und das man nachjustieren könne, weshalb er für skalierbare Ladeinfrastrukturen plädiert. Laura Werling, Online Marketing Managerin beim Start-up Reev stimmt weitgehend zu: Vor allem auf Fernstraßen mache nur Schnellladen Sinn, da es meist der Hauptgrund des Ladestopps sein dürfte. Das Ganze beschleunigt sich durch die 800 Volt-Technologie, die immer mehr Fahrzeuge anbieten, doch sie mahnt: „Wenn man sich die Durchmesser der Kabel und die aufwändigen Kühlprozesse ansieht, wird einem das Ausmaß von bald erreichten Leistungsgrenzen schnell bewusst.“

Schnellladen mit Augenmaß – dafür gibt es triftige Gründe

Ein weiteres Problem: Bisher war die errichtete Ladeinfrastruktur auf Grund des technologischen Wandels schnell wieder veraltet, so dass neu investiert werden musste, statt nachzurüsten. Trotzdem sieht Rüppel ein Ende des Zuwachses an Ladeleistung erst, wenn die Fahrzeuge die gleiche Nutzungserfahrung wie beim heutigen Tanken bieten, sich also 600 Kilometer Reichweite binnen zehn Minuten respektive mit bis zu 750 kW nachladen ließen. Während Christoph Erni, Gründer und Geschäftsführer von Juice Technology, beim Ausbau Ladeinfrastruktur mit Rüppel d‘accord geht, beurteilt er die Ladezeiten anders. Dazu bemüht seine eigene Praxis: Auf einer Fahrt von Zürich nach Berlin erhöht eine typische Schnellladung den SoC (State of Charge, also Ladestand) von 10 auf 70 Prozent, was bei Ernis Tesla rund 60 kWh sind. Bei 150 kW Ladeleistung kann man hohe Ladeleistungen über den ganzen Ladezeitraum halten. Bei viel höheren Leistungen seien das nur ein paar Minuten, bevor die Leistung auf einen viel tieferen Wert sinken müsse. Deshalb stelle sich die Frage, ob „dieser minimale Zeitgewinn so viel teurere Infrastruktur und die Inkaufnahme immenser Lastspitzen wert ist“. Bildlich gesprochen: Würde ein Ladehub mit zwanzig 500 kW-Schnellladern auf einer Club-Ausfahrt gleichzeitig in Betrieb genommen, ergäbe das einen augenblicklichen Ausschlag von 10 Megawatt. Auf das normale Stromnetz umgerechnet, wäre das ein schlagartiger Bezug von 14.500 Ampere – so viel wie rund 3.000 Einfamilienhäuser im Schnitt ziehen. Deshalb mahnt Erni zu Gelassenheit: „Meine Ladung dauert also 24 Minuten. Gerade ideal für eine anständige Erholungspause mit Toilettenbesuch, Kaffee und Hörnchen, E-Mails checken. Mein Leben würde keinen Deut besser, könnte ich diesen Ladestopp auf 18 Minuten kürzen. Denn dann wären meine E-Mails nicht beantwortet.“ Das kann durchaus auch in Städten stattfinden, weshalb sich neben Compleo (meist im Verbund mit Kommunen oder Autohäusern) sowie Fastned (mit Rewe) auch die EG Group und Jolt Energy Group hier engagieren. So vereinbarte man zuletzt, Jolt-Schnellladestationen des Typs MerlinOne an bis zu 40 Esso-Innenstadtstationen zu installieren. Die MerlinOne ist von Jolt und ADS-TEC in Deutschland speziell für Stadt-Ladesituationen konzipiert und entwickelt, in denen das bestehende Stromnetz die Bereitstellung von Hochleistungsladung erschwert. „Sobald das Projekt in Betrieb ist, können die Fahrer:innen ihren wöchentlichen Bedarf in 10 bis 15 Minuten aufladen“ erklärt dazu Maurice Neligan, CEO von Jolt.

Die Formel zum flächendeckendenden Ausbau

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Mit Cloud-Software zur passenden und wirtschaftlich profitablen Ladelösung

Interessant waren auch die Antworten auf unsere Frage, wie viele Schnellladestationen es in der Region DACH bräuchte, um einen „flächendeckenden Service“ zu gewährleisten – und welche Standorte zu bevorzugen wären. Hier sieht Rüppel verstärkten Nachholbedarf in der Fläche, wo er Einzelhandel, Tankstellen und die Immobilienbranche in der Pflicht sieht. Hier stimmt ihm Erni weitgehend zu: Grundsätzlich würden Schnellladestationen vor allem an den Autobahnen und Verkehrsknotenpunkten benötigt. Doch diese brauchen nur Langstreckenfahrer:innen. Deshalb kalkuliert Erni mit Schnellladeparks alle 50 bis 100 Kilometer entlang aller wichtigen Autobahnachsen. Diese müssen entsprechend der Zahl in Verkehr gesetzter E-Autos nach und nach mit mehr Punkten ausgebaut werden. Juice setzt für den Bedarf folgende Formel an: Anzahl E-Autos entspricht 100 Prozent, davon benötigt man 3 bis 5 Prozent, um die Anzahl der nötigen Schnellladepunkte zu errechnen. Ab 2025 könne dieser Wert auf 2 bis 3 Prozent sinken.

Wichtig für Betreiber und Kund:innen sind laut Erni günstige Unterhaltskosten, denn der Ladepreis wird wesentlich beeinflusst durch komplizierte Infrastruktur und teure Instandhaltung – hierzu zählt durchaus auch Hardware wie Filter oder Pumpen für das Kühlmittel. Kein Problem ist die Kommunikation, denn das CCS-Protokoll verfügt faktisch über eine PLC-Kommunikation (Powerline Communication) im Sinne von IEC 15118, dem Kommunikationsstandard der E-Mobilität. Damit ist eine viel bessere Kommunikation mit dem Fahrzeug gewährleistet als aktuell bei AC-Laden. Hier hakt Rüppel ein und ergänzt: „Wir sehen bereits heute, wie geschicktes Akku-Management die Ladedauer verringern kann und die Lebensdauer des Akkus steigert.“ Werling von Reev weist hier auch auf den Kühlbedarf beim Schnellladen hin: Die Kühlung der Säule übernimmt die Infrastruktur, die Kühlung der Batterie das Auto. Welche Auswirkungen das schnelle DC-Laden auf die Akkulebensdauer hat, sei noch nicht final geklärt: „Nach aktuellem Kenntnisstand sollte das ausschließliche Laden an Schnellladesäulen aber vermieden werden.“ Doch auch hier arbeiten sich Ladetechnik- und Pkw-Hersteller voran, Beispiel Audi e-tron: Der lädt über weite SoC-Bereiche mit maximaler Leistung und teilt seinen Bedarf der Ladeinfrastruktur mit. Die selbst sei laut Rüppel allerdings (noch) „blind“ für die Fahrzeugtypen, und liefere immer gemäß der Anforderung des Fahrzeuges und der maximal verfügbaren Leistung der Säule. An den Fernstrecken dominieren hier die Produkte von 
Alpitronic aus Bozen und von Tritium aus dem australischen Brisbane. Auf der Kippe stehen könnte die aus Japan stammende ChaDeMo-Technik zugunsten von CCS, wie Rüppel erklärt: „De facto bestellen unsere Kund:innen keine ChaDeMo-Anschlüsse mehr.“ Neue, von Compleo ausgerüstete Ladepunkte in der Stadt München bieten allerdings noch ChaDeMo.

Zeit ist Geld: Schnellladen dürfte immer Aufpreis kosten

Zum Gesamtpaket Schnellladen gehört eine automatische, schnelle Abrechnung. Das löst Juice mit einer direkten Schnittstelle in deren ERP-System. Das Enterprise-Resource-Planning-System steuert, grob gesagt, den Bedarfs-, Kommunikations- und Informationsfluss. Laut Erni verwenden hier rund 400 von 800 Energieversorgern, meist auf Kommunalstufe, die Gesamtlösung von Wilken Software, mit der Juice kommuniziert.

Heikel wird es bei den Preisen: In Deutschland „kippt“ die Wirtschaftlichkeitsrechnung auch bei den jüngst erhöhten Spritpreisen schon ab 35 ct/kWh zu Gunsten der Verbrenner! In der Schweiz rechnet Juice-CEO Erni mit Preisen bis 39 Rappen/kWh. Fakt ist: Schnellladen, idealerweise mit Grünstrom, kostet auch im Sourcing mehr. Das könnte künftig aber auch auf klassische Tankstellen zutreffen: Dünnt das Tankstellennetz weiter aus, müssten langfristig Grundkosten auf immer weniger Liter umgelegt werden. Rüppel fordert, dass der grüne Strom für die E-Mobilität von einigen Umlagen befreit oder diese zumindest reduziert werden müssen. Weit reichen seine Ideen für den Ausbau der Infrastruktur: Es sei sinnvoll, auf versiegelten und öffentlichen Parkplätzen auch PV-Carports zu erstellen und verstärkt Dachflächen zu nutzen, dass Strom günstiger zur Verfügung gestellt werden kann. „Wenn wir dann noch eine Pufferbatterie einsetzen, um Lastspitzen zu kappen, und den Sonnenstrom auch in die Nacht zu schieben und somit die Netzkosten auch reduzieren können, könnte der Preis für die kWh für das E-Auto deutlich unter 30 ct liegen!“, rechnet Rüppel vor.

Laura Werling vom Start-up Reev rechnet damit, dass sich AC-Stationen kostendeckend mit 35 ct/kWh betreiben lassen, während DC-Schnelllader die Kilowattstunde über die nächsten Jahre eher mit 40 ct plus x anbieten müssten, um einen „halbwegs profitablen Business Case zu erreichen“ – was auch an der (noch) häufigen Unterauslastung der Säulen liegt. Da das DC-Laden die Ausnahme auf langen Reisen bleiben dürfte, seien laut Werling gewisse Mehrpreise auch hinnehmbar. Denn auch bei Zügen, Flügen oder Autos gilt: Schneller ist meist auch immer etwas teurer!

EnBW: Schnelllader in der Fläche

EnBW hat sich neben Ionity, Fastned oder Cut Power zu den großen Treibern des Schnellladens auch in der Fläche entwickelt. Timo Sillober, der als Chief Sales & Operations Officer die Aktivitäten im Bereich Elektromobilität bei der EnBW verantwortet, blickt optimistisch nach vorn und mahnt, dass Nutzer:innen Ladeinfrastruktur dort finden sollen, wo sie sich im Alltag bewegen. Beim Hochlauf der Elektromobilität komme deshalb auch dem Handel eine Schlüsselrolle zu. Dafür setzt das EnBW auch auf Kooperationspartner wie x+bricks, Toom oder Shell. Die EnBW erweitert so ihr Schnellladenetz auch in Gewerbegebiete hinein. Denn laut Sillober seien auch Knotenpunkte im und um den urbanen Raum wichtige Standorte, um hohe Ladeleistungen anzubieten. Und EnBW macht weiter Tempo: 2021 sollen 1.000 Schnelllade-Standorte mit bis zu 3.000 Ladepunkten stehen. Dazu tragen auch klassische Schnellladeparks an der A8 in Rutesheim oder an der Autobahnraststätte Werratal an der A4 bei. EnBW nutzt verschiedene Betreiberformen: In Rutesheim betreibt man die Anlage selbst, während die Schnelllader an Raststätten in der Regel in Kooperation mit Unternehmen wie Tank & Rast installiert werden. Dabei können die Schnelllader durchaus auch mit den Zapfsäulen unter einem Dach stehen.

Interview: Checrallah Kachouh, Co-CEO von Compleo zum Ausbau des Schnellladens

Herr Kachouh, das Thema Schnellladen in der Stadt nahm zuletzt wieder Fahrt auf und soll in vielen Kommunen stärker fokussiert werden. Spürt man das auch am Bestelleingang ihrer Cito 240- und Cito 500-Ladestationen?

Kachouh (lächelt): Kurz gesagt, ja, aber hier muss man differenzieren und etwas ausholen. Also: Schnellladen wird auch in der Stadt notwendig sein. Wichtig dafür sind unserer Erfahrung nach immer zwei Faktoren: Der Ladebedarf sowie die Verweil- respektive Parkdauer. Und hier müssen wir auf die Seite der Investoren blicken, denn Schnellladestationen sind teuer, weshalb sich die Investitionen wieder einspielen müssen. Gehen wir jetzt von einer Ladeleistung von 50 kW und einer wöchentlich zurückgelegten Strecke von 250 Kilometern aus, dann brauche ich für den Ladevorgang ca. eine Stunde. Wenn dann die Aufenthaltsdauer der Ladenden dazu passt, kann der Betreiber einen guten Durchsatz mit häufiger Nutzung erzielen. Dazu kommt, dass der Platz an öffentlichen AC-Ladesäulen immer knapper wird, da immer mehr Autos laden. Insofern kann gar nicht mehr jeder das Auto stundenlang oder über Nacht laden. Aus diesen Gründen haben eben auch die Kommunen Bedarf an Schnellladesäulen.

Aber genau das wollen ja viele Kund:innen nicht: Schnell laden, dafür viel bezahlen, um dann wieder einen Parkplatz suchen zu müssen, der noch mal bezahlt werden muss.

Man muss genau hinschauen, wann und wo wie geladen wird. Dazu erhalten wir erste valide Ergebnisse aus der Praxis. Betrachten Sie zum Beispiel Fahrzeuge, die AC nur einphasig laden können: Hier kommen Sie mit 3,7 kW nicht weit. Deren Fahrer:innen bevorzugen deshalb im öffentlichen Raum DC-Stationen. Tatsächlich muss man sehr genau überlegen, wo AC und DC Sinn ergibt. Als man einst mit den AC-Ladern begann, wurden diese meist noch ohne konkrete Pläne aufgestellt, um einfach mal anzufangen. Mittlerweile kann man die Standorte sehr gut auswerten und betrachtet das Thema viel detaillierter. Ich würde an dieser Stelle gern auf unsere eichrechtskonformen Cito 240- und Cito 500-Stationen zu sprechen kommen: Die sind ein großer Erfolg und haben sich 2020 trotz der Corona-Pandemie sehr gut verkauft. In dem Zusammenhang beobachten wir schon seit 2018, dass die Ausschreibungen meist kombinierte AC- und DC-Ladepunkte umfassen. Daher gewinnen wir immer wieder Aufträge durch Kommunen bei den Ausschreibungen.

Welche verkauft sich denn besser – die Cito 240 oder 500?

Ich würde sagen, das hält sich ziemlich die Waage, wenngleich 2020 die Nachfrage nach den Cito 240-Ladesäulen im Vergleich leicht gestiegen ist.

24 kW sind ja nicht die Welt?

Aber zum Beispiel für Autohäuser oder den Handel ideal: Denn hier haben wir oft ein bis zwei Stunden Ladezeit und liegen preislich deutlich unter der 50-kW-Station, die das Netz auch wieder stärker belastet. Man muss immer das gesamte Bild mit all seinen Faktoren sehen!

Könnten Sie sich vorstellen, Ihr Programm auch um Ladestationen jenseits der 50 kW zu erweitern?

Klares Ja! Wir entwickeln eine 150-kW-Version, die bis Ende des Jahres in Serie gehen soll. Auch hierfür gibt es spezielle Anforderungsprofile, wo genau diese Ladeleistung benötigt wird.

Auf den Punkt

Es ist … eine weitere wichtige Stufe beim Ausbau der Ladeinfrastruktur.

Ideal für … alle, die lange Strecken rein elektrisch zurücklegen.

Schön, dass … hier auch so zügig so viele Fortschritte erzielt werden.

Schade, dass … DC-Schnellladen immer merklich teurer sein wird als AC-Laden.

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Artikel Ladetechnik Schnellladen: Schneller!
Seite 70 bis 73 | Rubrik infrastruktur