Schnellladenetz

Ein Schnellladenetz, oft speziell HPC-Ladenetz (für High-Power-Charging) genannt, bezeichnet ein Netz von öffentlich zugänglichen Ladestationen für Elektrofahrzeuge.

Elektrofahrzeuge hatten zur Markteinführung keine besondere Infrastruktur zum Laden benötigt, sondern verliessen sich für das Aufladen auf Anschlüsse aus dem Niederspannungsnetz, meist an der Wohnstätte des Nutzers. Diese Anschlüsse sind im Regelfall nicht für die Bereitstellung hoher Momentanleistungen für Schnellladungen ausgelegt, was bei ausgedehnten Reise zu längeren ungewollten Pausen zur Aufladung führen konnte. Die Ladepunkte an privaten Wohnhäusern sind typisch auf Stromstärke von 7 A bis 16 A bei 230 V beschränkt, was einer maximalen Leistung von 1,6 kW bis 3,7 kW entspricht. Die Frage, ob man bei voller Ladung der Antriebsbatterie das Ziel oder den Zwischenpunkt erreicht, hat zu einer Reichweitenangst geführt. Neben besonders großen Batterien – das Tesla Model S von 2012 erreichte über 600 km – begann man mit der Errichtung von öffentlichen Schnellladepunkte an grösseren Verkehrsachsen, welche größere Leistungen zur Verfügung stellen können und damit kürzere Ladezeiten ermöglichen. Die sog. Supercharger von Tesla waren dabei stilprägend, obwohl nicht das erste Schnellladenetz.

Schnellladen Zu den Pionieren öffentlicher Ladepunkte gehören die Standorte von Park & Charge, dessen Pilotprojekt in der Schweiz ins Jahr 1992 datiert. Die damit geförderten Leichtelektromobile hatten keine großen Batterien, sodass auch Anschlüsse an Dreiphasenwechselspannung, in der EU sind dies drei mal 400 V bei jeweils maximal 32 A üblich, die Ladestopps hinreichend verkürzt haben, um lange Tagesreisen zu ermöglichen. In der Form eines Vereins, bei dem Privatpersonen einen Schaltkasten zur Benutzung anderer Mitglieder errichteten, breiteten sich die Ladepunkte in Europa weiter aus, großteils auf den Grundstücken von Privathaushalten. Die Autorisierung zur Nutzung bestand darin, den passenden Schlüssel für den Schaltkasten zu besitzen, der vom Verein ausgehändigt wurde.

Bei der Entwicklung des GM EV1 für Kalifornien 1996 wurden öffentliche Ladepunkte ein Teil des Konzeptes. Die GM Hughes Electronics Corporation hatte einen induktiven Ladeanschluss für öffentliche Ladepunkte bereits 1992 vorgeschlagen. Allerdings erreichte das separate Ladegerät mit 6,6 kW nur wenig mehr als der Bordlader für den Haushaltstrom mit 1,2 kW. Die staatlich eingerichteten öffentlichen Ladepunkte befanden sich auch nicht entlang langer Reiserouten, sondern bevorzugt für Pendler an Bahnstationen.

2007 wurde in Kalifornien Chargepoint gegründet, die nicht nur Ladepunkte („Wallboxen“) für Privathaushalte herstellten, sondern auch anboten, diese als öffentliche Ladestation zu betreiben. Sie konnten auch Handelsgeschäfte gewinnen, einen Anschluss zur Verfügung zu stellen, sodass es Ladestationen mit ChargePoint Home mit 16 A und 32 A für 220 V gab. Die späteren ChargePoint Home Flex erlaubten sogar 50 A. Ähnlich wie Park & Charge in Europa spielten diese frühen Standorte bis 11 kW eine Rolle um Lücken der späteren Angebote zu schließen. Mit den ChargePoint Express bot die Firma ab Juni 2015 aber auch selbst Schnelllader mit Chademo-Steckern an.

In Japan begann man 2006 ein Pilotprojekt für Elektrofahrzeuge, unter Teilnahme von Nissan, Mitsubishi und dem heutigen Subaru, bei dem öffentliche Ladepunkte erprobt wurden. Der erste öffentliche Ladepunkt mit dem resultierenden TEPCO-Stecker wurde zusammen mit der Vorstellung des Mitsubishi i-MiEV 2009 errichtet. Im März 2010 wurde dann das eigenständige CHAdeMO-Konsortium eingerichtet, an dem sich weitere japanische Fahrzeughersteller beteiligten. Die erste Spezifikation dieser Zeit erreichte maximal 125 A mit bis zu 500 V. Die typischen Chademo-Ladesäulen mit 50 kW Gleichstrom wurde prägend für den Begriff Schnellladen (englisch fast charge).

Mit dem Nissan Leaf ab 2010, mit einer fahrzeugseitigen Reichweite von bis zu 160 km, wurde die Konzepte von Schnellladenetzen entwickelt. Die Chademo-Standorte wurde an Straßen zwischen den Städten entlang von Korridoren gefunden, und das Navigationssystem zeigte den nächsten Standort zusammen mit der berechneten Restreichweite an. Ein Ladestopp an einem 50-kW-Lader dauerte bis 80 % maximal 30 Minuten. Planungen für einen Fernverkehrskorridor durch das kalifornische CARB führten zum West Coast Electric Highway mit Schnellladepunkte alle 25 bis 50 Meilen von Kanada über Oregon und Kalifornien bis Mexiko. Das erste Konzept benennt noch speziell den Nissan Leaf und Mitsubishi iMiEV, die damit unterstützt werden.westcoastgreenhighway.com Dieses erste Schnellladenetz wurde 2013 fertiggestellt. Mit dem ersten Modell von Tesla 2012 begann gleichzeitig die Einrichtung von Standorten für die Tesla Supercharger. Während die Chademo-Standorte oft einzelne Ladesäulen waren, die einen Gebäudeanschluss mit 125 oder 250 A des Energieversorgers nutzten, wurden die Supercharger meist als Ladeparks mit sechs bis zehn Ladensäulen eingerichtet, die von einer separat aufgestellten Konverterstation versorgt werden, die häufig Anschluss ans Mittelspannungsnetz des Energieversorgers haben. Dies wurde stilprägend für Standorte an Autobahnen. Schon die ersten Ladesäulen in diesen Ladeparks erreichten 90 kW, ab 2013 dann 120 kW und später 145 kW. Das Tesla-Navigationssystem übernahm für eine geplante Reise nun auch die Planung der notwendigen Ladestopps.

In China wurde für den Fünfjahresplan 2015–2020 die Errichtung von 800.000 Ladepunkten beschlossen. Bei der Auswertung 2021 kam China auf 470.000 Schnelllader (in China zählen dazu Ladepunkte mit mehr als 22 kW).

Standortkarten

In die Vorgeschichte der Schnellladenetze fallen die Standortlisten von verfügbaren Ladestationen. In der Frühzeit der Renaissance des Elektroautos wurde diese von Freiwilligen gepflegt. In die von Park & Charge seit 1997 betriebene LEMnet.org Datenbank wurden auch die Standorte von Drittanbietern in Europa eingetragen. In den USA erlaubten die Anbieter von ChargePoint, GoingElectric und dem ab 2009 betriebenen PlugShare auch Einträge unabhängiger Personen. Die Datenbank mit den Standorten konnten als Point of Interest in Navigationssysteme eingepflegt werden und erlaubten damit eine bessere Reiseplanung. Da die Einträge von Drittpersonen allerdings unzuverlässig waren, begannen Enthusiasten bei ChargeMap ab 2009 jeden Standort zu überprüfen. ChargeMap wurde in der Folge dann zum Gattungsbegriff der Übersichtskarten mit Reiseroutenplanung. Mit der staatlichen Förderungen mussten deren Standorte auch an die Behörden gemeldet werden, woraus später ein Meldepflicht für alle öffentlich angebotenen Ladepunkte wurde - in Europa differenzierte die Richtlinie 2014/94/EU bereits „Normalladepunkte“ und „Schnellladepunkte“ über 22 kW. Diese Unterscheidung speist sich aus den mit Wechselstrom und Typ-2-Stecker damals häufig errichteten Ladesäulen mit maximal 32 A bei 400 V.

Reine Standortkarten haben das Problem, dass sie die tatsächliche Bereitschaft zum Laden nicht anzeigen. Damit verbleibt eine Variante der Reichweitenangst, dass man mit leerem Akku vor einer defekten Ladestation strandet. Die Firma Tesla zeigte mit ihren Superchargern ab 2012 die Integration in das in allen Fahrzeugen eingebaute Navigationssystem, in der die Ladeparks und zu jedem Ladepunkt die Betriebsbereitschaft live angezeigt wurde. Tesla zeigte auch die Ladepunkte von Drittanbietern an und versuchte dem Problem der Betriebsbereitschaft mit den „Qualified Charging Station Requirements“ zu begegnen (die Station muss einen passenden Ladestecker haben, muss wenigstens alle vier Tage von Tesla-Fahrern genutzt werden, ein Ladevorgang musste in über 90 % der Fälle erfolgreich gestartet werden können). Für das entstehende Geschäftsmodell mit Geschäftsreisenden an Schnellladenetzen wurde die Betriebsbereitschaft ein wesentliches Merkmal. Darauf orientierte Betreiber begannen die Verfügbarkeit ebenfalls in Echtzeit zu melden, und für die Integration in Routeplaner / ChargeMaps eine automatische Datenübertragung zu organisieren. Neben dem direkten Datenabgleich der Anbieter von Schnellladenetzen organisierte ElaadNL hierzu ab 2012 die Definition eines offenen Protokolls namens OCPI (Open Charge Point Interface). Die Version 2.0 ab 2015 integrierte dann schon die optionale Autorisierung und Abrechnung über verschiedene Ladekarten.

Ladekarten

mini|Schnellladen mit unterschiedlichen Kabeln und Autorisierung per Ladekarte Die Abrechnung des bezogenen Stroms war anfangs davon geprägt, möglichst billig zu sein, da schon ein zusätzlicher Stromzähler an einem Hausanschluss die Kosten hochtreibt, die umgelegt werden müssen. Die ersten Tesla-Ladestationen wurden sogar ohne Abrechnung angeboten. Da die Fahrzeuge meisten die volle Amperezahl ausnutzen konnten, verbreitete sich die Methode, die Minuten des Ladevorgangs als Grundlage der Abrechnung zu nutzen. Aus den ÖPNV-Netzen waren zu dieser Zeit schon NFC-RFID-Karten zur Abrechnung bekannt. Mit der weiteren Entwicklung der Ladenetze wurden Lesegeräte in die Ladestationen integriert. Für Fahrzeugführer von Elektrofahrzeugen wurde es nun erforderlich, sich gegebenenfalls bei mehreren Ladenetzen zu registrieren, um die Dichte an Ladestationen für Reisen zu erhöhen.

Die hohen Investitionskosten für ein Schnellladenetz führten dazu, dass Fahrzeughersteller ihre eigenen Ladesäulen in einen herstellerübergreifenden Verbund einbrachten und zusätzlich über Kooperationen mit anderen Ladenetzen den Zugang zu Drittanbietern ermöglichen, selbst aber eine einheitliche Abrechnung übernehmen. Mit der Ablösung von Fahrzeugherstellern kam es zur Herausbildung der Unterscheidung des Mobilitätsanbieters (EMSP – E-Mobility Service Provider), der Registrierung und Abrechnung übernimmt, von den Ladeinfrastrukturbetreibern / Ladestationsbetreibern (CPO – Charge Point Operator), der die Ladepunkte betriebsbereit hält. Der Mobilitätsanbieter erstellt dabei eine App, die die Ladepunkte anzeigt, die man selbst mit dem eigenen Tarif, oder über Drittanbieter mit deren Tarif, für einen Ladevorgang anbieten kann. Technisch verbreitete sich damit der Ansatz des Open Charge Point Protocols (OCPP) zur Leistungsabrechnung.

Für das Roaming gab es in Europa verschiedene Lösungen. ElaadNL hatte 2014 die Platform e-clearing.net gegründet, die auch ein offenes Protokoll für die Abrechnung erarbeiten sollte (OCHP). Im August 2020 wurde das Geschäft in eine GmbH überführt, und die Plattform erlaubte im März 2024 den Zugang zu 100.000 Ladepunkten. Hubject wurde 2012 von einem Konsortium deutscher Firmen gegründet (BMW Group, Bosch, EnBW, Enel X, E.ON, Mercedes-Benz, Siemens, Volkswagen) und bündelte deren Angebote an Ladesäulen. Im März 2023 ermöglichten sie den Zugang zu 400.000 Ladepunkten. Dabei binden sich über OCPI and die Partner der internationalen EV Roaming Foundation. Zumindest bei der Identifizierung der Elektrofahrzeuge kooperieren e-Clearing und Hubject über Plug&Charge, dass ursprünglich ein universitäres Forschungsnetz ist, das 2011 gegründet wurde. Eine ähnliche Lösung wird von der französischen Firma Gireve angeboten.

Die Identifizierung der Fahrzeuge über das Ladekabel macht Ladekarten überflüssig. Das Fahrzeug wird stattdessen bei einem Ladedienst registriert, der mit einem oder mehreren Mobilitätsanbietern verbunden ist. Voraussetzung ist, dass Fahrzeug und Ladestation das Protokoll unterstützen - neben den proprietären Protokollen der Supercharger und von Autocharge (FastNed, EnBW) wurde ab 2021 eine herstellerübergreifende Norm in ISO 15118-20 definiert, die nach der leitenden Organisation als Plug & Charge bezeichnet wird. In Europa wurde dies zuerst in den Schnelladenetzen von Ionity und Aral übernommen.

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