Der Beitrag versteht sich als Informationsquelle für Akteure im touristischen Bereich, die an der Implementierung von elektromobilen Angeboten interessiert sind. Die Informationen sind so aufbereitet, dass durch ein vertieftes, aber nicht spezialisiertes Wissen in den Bereichen Technik und Recht eine Orientierung möglich wird in Bezug auf die Anschaffung von Produkten bzw. die Inanspruchnahme von Dienstleistungen. Dabei sind die Beiträge so kurz und einfach gehalten wie es möglich und sinnvoll ist.

Unter den Hauptkategorien Akkumulatoren, Antriebssysteme, Elektromotoren, Energie, Ladetechnik, Zweiräder und Recht sind die Informationen in alphabetischer Reihenfolge angeordnet.

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Akkumulator (Akku, Batterie, Kondensatoren)

Allgemein
Wiederaufladbare Batterien nennt man Akkumulatoren (Akkus). Nicht-aufladbare Batterien nennt man Primärzellen. Hier geht es um wiederaufladbare Akkus.
Batterien (Akkus) für den Antrieb heißen Traktionsbatterien. Lithium-Ionen-Akkus, die den derzeitigen technisch Stand repräsentieren, stellen viel Energie (Kapazität) bei guten Leistungswerten und geringer Selbstentladung zur Verfügung. Aktuell ist die dritte Generation von Lithium-Ionen Akkus auf dem Markt. Es gibt eine ganze Reihe verschiedener Typen, die bei Elektroautos und Zweirädern zum Einsatz kommen.

Funktionsweise
Positiv geladene Lithium-Ionen wandern zwischen der Kathode und der Anode hin und her. Beide Elektroden sind durch einen Separator getrennt, der nur die Ionen durchlässt, deren Transportmedium ist der Elektrolyt. Beim Entladen erfolgt die Ionen-Bewegung von der negativen zur positiven Elektrode. Zum Ladungsausgleich wandern Elektronen von der positiven Elektrode über den Verbraucher (Motor) zurück, was den Antrieb bewirkt. Beim Aufladen geschieht alles in umgekehrter Richtung. Besondere Chemie-Kompositionen verleihen den spezifischen Charakter für besondere Anwendungsanforderungen. Kobalt (C) z.B. ist sehr leistungs-intensiv (wichtig für schnelles Laden) und stabilisiert die molekulare Struktur der Kathode, Mangan (M) speichert viel Energie, Eisen (Fe) kann höhe Ströme verkraften. Nickel (N), zuständig für hohe Energiedichten, ersetzt mehr und mehr das problematische Kobalt. Meist sind NCM-Zellen verbaut; für Einsatzzwecke, wo es mehr auf Leistung als auf Durchhaltevermögen ankommt, kommen oft LiFePo (Lithium-Eisenphosphat) Zellen zum Einsatz.

Aktuell werden in Automobile Zellen verbaut, deren Materialmix 60 Prozent Nickel, sowie je 20 Prozent an Kobalt und Mangan beträgt. Neuere verbaute Zellen weisen ein Verhältnis von 80 zu jeweils 10 Prozent auf.

Nächste Entwicklungsstufen sind Feststoffbatterien ohne flüssigen oder gelierten Elektrolyten und ohne Kobalt, Akkus mit Schwefel, Lithium-Luft-Akkus. Alternativen sind salzbasierte Systeme oder betankbare ladungstragende Flüssigkeiten.

Werte und Interessantes
Derzeit sind pro Kilowattstunde ca.150 Gramm Lithium in der Batterie enthalten.
Kenngrößen: Spezifische Energiedichte, Leistungsdichte, Gravimetrische- Volumetrische Dichte. Die Bezugspreise liegen 2018 bei ca.170 Euro pro Kilowattstunde auf Zellebene und werden bis 2020 auf ca.100 Euro sinken.

Es gibt im Wesentlichen drei unterschiedliche Zellbauweisen. Am weitesten verbreitet sind derzeit zylindrische Zellen (1850 mm lang, 65 mm dick), diese werden demnächst von einem etwas größeren Format (2100 zu 70) ergänzt/abgelöst. Daneben gibt es noch prismatische, also rechteckige Zellen und Zellen in einem „Softpack“, sogenannte Pouch-Zellen. Die Zellformate bieten unterschiedliche Eignungen, die von den Einsatzbedingungen, den Prioritätssetzungen der Fahrzeughersteller und dem verfügbaren Bauraum abhängen. Derzeit setzt Panasonic auf runde, Samsung auf prismatische und LG Chem auf Pouch-Zellen.

Einzelne Zellen sind zu Modulen gebündelt, diese wieder zu Packs, gestapelt in stabilen Gehäusen und mit einem Batteriemanagement-System versehen, teilweise flüssigkeitsgekühlt. In LIIon-Batterien sind keine Seltenerdmetalle enthalten.

Die Lebensdauer unterliegt zwei Faktoren: dem Alter (kalendarische Alterung) und der  Ladezyklen-Anzahl. Erstere liegt ganz allgemein bei ca. sieben bis zehn Jahren, mindestens 1000 Vollladungen sind gut erreichbar. Man kann auch selbst etwas zur Lebensdauer-Verlängerung beitragen, indem man Schnell- und Langsamladungen abwechselt, bei Bike-Akkus die Batterie möglichst nicht der prallen Sonne aussetzt und diese bei längerem Nichtgebrauch bei ca. 50% Ladestand kühl, schattig und trocken lagert.

Das Lebensende ist mit ca. 70% der ursprünglichen Kapazität definiert, danach sind weitere fünf bis über zehn Jahre im Einsatz als stationärer Speicher möglich.

Moderne Batterien können bis zu einem Grad von 95% wirtschaftlich recycelt werden. Zurzeit fehlt es noch an ausgedienten Auto-Akkus, die bestehenden Anlagen für das Recykeln sind meist noch Pilotanlagen.

Kondensatoren
Sie speichern sehr viel Energie, allerdings nur für sehr kurze Zeit. Sie speichern nicht chemisch, sondern rein elektrisch (Ladungs-Potentialunterschied). Sie können die Batterie unterstützen und/oder Rekuperationsenergie aufnehmen.

 

Antriebssysteme Auto

BEV – Batterieelektrisches Fahrzeug
Betriebsmittel: Strom. Antrieb über Wechselstrom. Energiespeicher: Gleichstrom. Motor wirkt beim Bremsen als Generator und speist Strom zurück in die Batterie.
Komponenten: Motor, Akku, Inverter, Controller, Kabellauf, bisweilen Trennung von Motor und Generator. Meist einstufige Getriebe. Der Hauptbetrag an Energie wird über Lade-Einrichtungen bezogen. Verbrauch je nach Größe, Außenbedingungen und Fahrstil von ca. 11 bis 25kWH/100 Km.

HEV – Hybridelektrisches Fahrzeug
Antriebsmix aus Elektromotor und Verbrenner/BZ, kein Anschluss für externes Aufladen. Die Batterie wird über den Verbrennungsmotor bzw. Bremsenergie aufgeladen.

Parallel-Hybrid: Beide Antriebsarten arbeiten zusammen und ergeben die Systemleistung. Der E-Motor beschleunigt, der Verbrenner/BZ läuft bei konstanter Fahrt. Intelligente Systeme berechnen die jeweiligen Anteile in Sekundenbruchteilen. Seriell-Hybrid: Nur der Elektromotor treibt die Räder an, der Verbrenner/BZ lädt die Batterie und/oder liefert (in gewissen Betriebssituationen) direkt den Fahrstrom. Es gibt unterschiedliche Varianten.

PHEV – Plug-In-Hybrid elektrisches Fahrzeug
Die Antriebsbatterie wird hauptsächlich von außen über eine Ladeeinrichtung mit Energie versorgt. Eine gewisse innere Versorgung geht über die Rückspeisung von Bremsenergie.

RXEV – Range-Extender Elektrofahrzeug
Der Verbrenner springt ein, wenn die Batterieladung unter eine vorgegebene Grenze fällt und verlängert so die Reichweite. Er lädt nur die Batterie, treibt die Räder nicht selbst an. Ladung  hauptsächlich über externe Quellen. Im Unterschied zu HEV ist der Extender-Motor klein gehalten. Verschiedene Varianten.

BZEV – Brennstoffzellen Elektrofahrzeug (Brennstoff Wasserstoff)
Der Fahrstrom wird permament über die Oxidation von H2 Molekülen und anschließender Reduktion mit Luft-Sauerstoff (2 H2 + O2 → 2 H2O) erzeugt und in einer kleinen Traktionsbatterie zwischengespeichert, die auch temporär erhöhten Leistungsbedarf deckt und Rekuperationsenergie aufnimmt. Das Reaktionsprodukt ist Wasser. Die Energie wird meist als komprimiertes Gas (700 Bar Druck) in Druckbehältern gespeichert. Reichweite bei 5 Kilogramm Gas ca. 450 Kilometer. Tankzeit im Minutenbereich. Die Tankanlagen sind sehr teuer, der Bestand in D 2018 liegt bei ca. 50 Anlagen. Geeignet ist diese Energie vor allem für große und schwere Fahrzeuge. Bei Stadtbussen und Zügen ist der Einsatz weitverbreitet.

Die Erzeugung von Wasserstoff (Elektrolyse) aus Wasser (H2O → 2H + 1O) ist sehr energie-intensiv, der Wirkungsgrad liegt bei ca. 60% der WG der Gesamtkette bis zum Verbrauch des Stroms beim Fahren bei knapp 20%. Offshore-Windanlgen eigenen sich gut für die Produktion. Befürworter und Kritiker des Wasserstoffantriebs halten sich in etwa die Waage. Möglicherweise steht eine Renaissance von Methanol bzw. Ethanol als Brennstoff für BZ bevor.

 

Antriebssysteme Zweiräder

Mittelmotor
Die größte Verbreitung hat inzwischen der Tretlagermotor. Er liegt zentral und garantiert eine gute Gewichtsverteilung sowie kurze Kabelwege. Er besteht aus einem hochdrehenden Dreiphasen-Wechselstrommotor und einem internen, meist einstufigen Getriebe. Er ist der leistungsfähigste und effizienteste Antrieb für unterschiedlichste Anforderungen. Er erlaubt alle Schaltvarianten, belastet aber stark die nachgeschalteten Antriebskomponenten, erfordert eine spezielle Rahmenkonstruktion und die Servicekosten im Reparaturfall sind vergleichsweise hoch.

Heckmotor
Er wird als Nabenmotor mit und ohne Getriebe ausgeführt. Direktläufer sind groß, spurtstark und lautlos im Betrieb, laufen aber in bestimmten Situationen Gefahr, zu überhitzen. Für den Berg sind sie eher ungeeignet, für S-Pedelecs oft die erste Wahl. Getriebemotoren sind hörbar aber klein und können sich hinter dem Ritzelpack verstecken. Eine Nabenschaltung ist hier nicht möglich. Gut ist die Kraftübertragung ohne Transmission, problematisch bisweilen die Gewichtsverteilung und die servicetechnischen Anforderungen bei einem platten Hinterrad. Gegenüber dem Mittelmotor verlieren sie in ihrer Verbreitung etwas an Boden.

Frontmotor
Bis auf wenige Hersteller wird hier ein Getriebemotor verbaut. Solche Antriebe bilden den Einstiegsbereich und sind oft mit einer Steuerung ohne Kraftsensorik kombiniert. Sie sind stark rückläufig in ihrer Verbreitung. Aber bekanntlich leben Totgesagte ja länger. Dieser Antrieb eignet sich außer für Einfach-Pedelecs auch für leichte City- und Designbikes.

Elektromotoren

Der E-Motor kommt mit sehr wenigen Bauteilen aus, ist wartungsfrei und mit Wirkungsgraden von mehr als 90% sehr effizient.

Fremderregte E-Motoren
Sie bestehen aus zwei Spulenringen, die das Drehfeld erzeugen. Sie arbeiten also mit zwei elektromagnetischen Feldern im Unterschied zu den Magnetmotoren.

Bürstenbehaftete E-Motoren
Die Kommutierung des Läufers (Wechsel der Polarität, verstetigt die Drehbewegung) erfolgt sozusagen analog  mittels Schleifringen. In der Antriebstechnik sind sie veraltet und unterliegen einem Verschleiß der Kontakt-Kohlebürsten. Wo sie aber nur selten oder kurz laufen, sind sie die erste Wahl, so bei Scheibenwischern und Stellmotoren aller Art.

Asynchronmotoren
Zwei Spulenringe erzeugen das Drehfeld, also zwei elektromagnetische Felder ohne Beteiligung von Magneten. Die billigste und einfachste Art, zudem frei von Seltenerdmetallen. Standard-Industriemotor. Guter Gesamtwirkungsgrad. Der Rotor schleppt das Drehfeld mit einer Phasenverzögerung „hinter sich her“. Die Tesla-Modelle S und X bauen auf Asynchronmaschinen.

Permanenterregte E-Motoren (Synchronmaschinen)
Alle Zweirad-, und viele Automotoren arbeiten nach diesem System, z.B. BMW, Hyundai. Sie sind spurtstark und effizient mit einem hohen Spitzenwirkungsgrad. Das Drehfeld wird induktiv zwischen einem Spulenring (elektromagnetisches Feld) und einem Magnetring (Magnetfeld) erzeugt. Drei Phasen (3 x 120 Grad) sind die Regel. Da die Magnete sehr stark sein müssen, enthalten sie die Lanthanidmetalle Neodym, Praseodym, Dysprosium und Terbium, allesamt Elemente der Seltenerdmetall-Gruppe. Sie sind teurer als Asynchronmotoren, dafür in etriebssituationen etwas effizienter.

Brennstoffzelle
Energieumwandlung durch „kalte Verbrennung“, der Ausgangsstoff ist meist H2, Ethanol oder Methanol (aber auch andere). Als Katalysator dient z.B. Platin. Der chemische Vorgang ist eine Oxydation und eine Reduktion (über O2), das „Abfallprodukt“ ist Wasser. Einzelne Zellen werden zu Stacks verbunden, diese wiederum zu Packs. Das Problem: Der Ausgangsstoff ist entweder ein fossiler Brennstoff oder (H) muss erst über eine energie-intensive Elektrolyse erzeugt werden. Und als Katalysator dient Platin (Platin, auch Rhodium u. Palladium kommen übrigens ca. 200 mal seltener vor als die sogannten Seltenerdmetalle).

Energie

Energiebilanz Auto
Betrachtungsweise Well to Wheel (Gesamtkette, Lebensdauer, Recycling). Abhängig von den Produktions- und Einsatzbedingungen. Im Gesamten ökologischer Vorteil von E-Autos gegenüber Verbrennern bei aktuellem deutschen Strommix bei ca. 30.000 km (abhängig von Fahrzeugklasse und Fahrprofilen). Bei reinem Öko-Strombezug schon nach 5 bis zehntausend Kilometer Fahrleistung. Per Gesetz Einordnung als Nullemissions-Fahrzeuge, weil die „Tank to Wheel“ Kette keine Emissionen hinterlässt. Der Löwenanteil der Emissionen fällt in den Produktionsketten an („Well to Tank“).

Gesamtstrombedarf der Elektromobilität
Die Gesamtstromerzeugung in D 2018 liegt bei ca. 650 TWh (650.000 Gigawattstunden), der Gesamtstromverbrauch bei ca. 520 TWh. Eine Mio. E-Autos brauchen ca. 0,4% der Gesamtstromerzeugung, 45 Mio. könnten allein durch den Stromproduktions-Überschuss gedeckt werden (dazu käme noch der gesparte Strom für die Herstellung nicht mehr gebrauchter Komponenten und die Bereitstellung fossiler Brennstoffe). Den Flaschenhals in der Energieversorgung bilden die vorhandenen Netzstrukturen.

Gleichstrom (Direct Current – DC)
Batterien, Solaranlagen liefern DC. Die Hausverbraucher laufen zunehmend auf Gleichstrom-basis (überall, wo ein Netzteil im Kabel steckt). Mittelfristig werden die Endnetze (Verteilnetze 1.000 Volt) mehr und mehr mit Gleichstrom betrieben werden. Für lange Übertragungs-strecken ist Gleichstrom nicht geeignet.

Gleichzeitigkeitsfaktor (GzF, K)
Entscheidend ist letztlich, wie viel Energie gleichzeitig benötigt wird. Hausanschlüsse sind so ausgelegt, dass ein GzF von deutlich unter 1 angenommen wird, d.h. es sind nicht alle (wesentlichen) Verbraucher simultan mit der höchsten Leistung im Betrieb. Werden mehrere Ladepunkte und zusätzlich energieintensive Geräte wie Herde, Waschmaschinen oder Staubsauger angefahren, kann der GzF (Kenngröße K) nahe an 1 heranreichen, es liegt eine Lastspitze vor. Vermeidung durch smarte Steuerung der Verbraucher (im Haus und ladende Kfz) bzw. Batterie-Pufferspeicher. Wichtig für Hotels bei der Planung ihrer Lade-Infrastruktur!

Hausspannung
400 Volt für den Herd, ansonsten 230 V, Anschlussleistung (Sicherung) zwischen 35 und 63 bis zu 125 A, abhängig von der Anzahl der Wohnungen und der Art der Wärme- bzw. Warmwasserversorgung.

KWK (BHKW)
Kraft-Wärme-Kopplung. Oft wird vergessen: nicht nur Strom ist Energie, sondern auch Wärme. Im KWK wird die Abwärme aus der Stromerzeugung weiterverwertet, indem die Wärme Nutzern geliefert oder gespeichert wird. Nach der verwendeten Primärenergie (fossile oder regenerative) werden solche Anlagen (KWKG/EEG) gefördert.

Lastgang
Er beschreibt, wann wie viel Leistung abgerufen wird (Darstellung als Kurve).
Prinzipiell gibt es drei Lastgänge, den über die Jahreszeiten, den über die Tageszeiten (bei Werktagen, Samstagen, Sonn- und Feiertagen) und den für bekannte außergewöhnliche Ereignisse (TV-Übertragungen ect.).

Primärenergie
Der Stoff, aus dem die Energie ist. Atomkraft, Kohle, Öl und Erdgas sind die herkömmlichen Primärenergieformen, an erneuerbaren Energien (EE) stehen Wasserkraft, Solarenergie, Windkraft und Geothermie zur Verfügung. Dazwischen stehen die Energien aus Grubengas und Biomasse. Je nachdem, aus welchen PEQ der Strom erzeugt wird, ist dieser mit verschieden hohen Emissionen belastet. Die geringste Belastung in der gesamtenergetischen Betrachtung hat Strom aus Offshore-Windkraftanlagen, die höchste hat Braun- und Steinkohle. Kernkraft wäre sehr umweltfreundlich, ist aber aus anderen Gründen (Sicherheit, Abfallprodukte) nicht mehr zeitgemäß.

Strom-Mix in D
Aufgrund des Ausstiegs aus der Kernenergie verzögert sich der Ausstieg aus der Kohle, da Erneuerbare Energien (EE) in den meisten Fällen (außer H2 Speicherung, Power-to-Gas) zu volatil (= schlecht planbar) für die Sicherung des Grundlaststroms und schwierig in das Netz integrierbar sind.
Der Kohlestromanteil liegt derzeit bei knapp 40, die Kernkraft bei knapp 20%. EE steuern knapp 40% bei. Weil die Kernkraft sukzessive auf Null reduziert wird, kommt der Ausbau steuerbarer EE vor allem diesem Ausgleich zugute. Gleiches gilt für den Kohlestrom. Erst in etlichen Jahren wird der Anteil der EE zu einem nennenswerten Beitrag für die Elektromobilität herangezogen werden können.

Verteilnetz
Mittelspannungsnetze 10 bis 30 Kilovolt, Endverteilnetze 1 KV, diese enden in den bekannten grauen Kästen und speisen die Hausanschlüsse (400/230 V).

Virtuelle Speicher 
Zusammenschlüsse vieler kleiner Speicher zu einer Einheit.
Eine Mio. E-Fahrzeuge, die vehicle-to-grid fähig wären, bedeuteten ca. 50 Mio kWH (50 GWh) Speicherkapazität, die bei Bedarf in das Netz gespeist werden können.

V2G (vehicle-to-grid)
Energietransfer von den Fahrzeugen in das Netz. Zurzeit fehlen noch die physikalischen Voraussetzungen (nur der Ladestandard CHAdeMO ist bidirektional, Nissan, Mitsubishi und BYD bei den Fahrzeugen) und die steuertechnischen Bedingungen (Auslesen der Fahrzeug-Elektronik durch z.B. Netzbetreiber). Bedingung für den Einbezug der E-Mobilität in smarte Netze.

Wechselstrom (Alternative Current – AC)
Sinusschwingung 50 Hz (50 Polaritätswechsel pro Sekunde). Motoren und Generatoren brauchen/liefern AC, Windanlagen (zumindest die größeren) auch. Netze sind AC-Netze, in Deutschland/Europa ist das Netz dreiphasig ausgelegt. Wechselstrom kann über hunderte von Kilometern über Freileitungen oder Erdkabel wirtschaftlich übertragen werden.

 

Ladetechnik

Arten des Ladens (Lademodi)
Modus 1: Steckdose → Ladekabel → Auto. Es findet keine Kommunikation statt. Die Steckdose steht unter Dauerspannung. Diese Ladeart ist eigentlich nicht erlaubt und stellt eine Lösung für den Notfall dar. Ein Fehlerstrom-Schutzschalter muss installationsseitig vorhanden sein, was aber nicht immer einfach festzustellen ist. Es besteht Überhitzungsgefahr!

Modus 2: Wie 1, nur ist im Ladekabel eine IC-CPD-Unit (In Cable Control und Protection Device) enthalten. Damit wickelt sich eine minimal-Kommunikation zwischen Installation und Auto ab (Proximity = Anmeldung, Control Pilot = Bereit). Außerdem erfolgt eine Abfrage über die höchste realisierbare Leistung der Komponenten. Die Daten sind über PWM (Pulsweitenmodulation) kodiert. Die Ladeleistung ist einstellbar, max. 3,2 kW, die Sicherheit des Ladevorgangs ist gewährleistet.

Modus 3: AC- Laden über ein spezifisches Ladegerät. Die vorherrschende und empfohlene Art. Auto und Installation kommunizieren zu den Ladespezifika.

Modus 4: DC- Laden. Die Energie wird ohne „Umwege“ an die Fahrzeugbatterie selbst geschickt. Die Ladeanlage managt den Energietransfer allein und muss so elektronisch aufwändiger konstruiert sein.

HPC Charging
Hyper-Power Charging. DC-Laden mit Leistungen von 150 bis 900 Kilowatt. Die Schnell-Ladung der Zukunft, die nur Minuten dauert. Die aus mehreren deutschen Automobil-Herstellern bestehende Ladeinitiative IONITY baut derzeit europaweit HPC-Korridore entlang von Schnellstraßen mit 350 kW Ladeleistung auf. Andere Verbünde und Konsortien arbeiten ebenfalls daran. Das erste HPCfähigeE-Fahrzeug wird der Porsche Mission-e, in der Serie heißt er Taycan, sein.

IC-CPD
Der „Ziegelstein“ im Ladekabel. Er ermöglicht eine Minimal-Kommunikation zwischen Installation und Auto (Lademodus 2). Ein solches Kabel wird i.d.R. mit jedem Neu-BEV ausgeliefert.

Infrastruktur (LIS) Öffentliche Ladeinfrastruktur (öLIS)
Unterschieden werden Ladevorgänge nach dem Ort der Ladung bzw. der Zugänglichkeit. Zuhause/beim Arbeitgeber (privat, ca. 80% der Ladevorgänge),an Pendlerparkplätzen, übliche Ladeleistung 3,7 kW.
Zwischendurch-Ladungen an Gaststätten, Museen, Einkaufszentren, diversen Points of Interest, Hotels, semi-öffentlich oder öffentlich (10% der Ladevorgänge), übliche Ladeleistung 7,4; 11; 22 kW
Schnellladen an Magistralen, Autobahnen, Raststätten, Autohöfen (20 bis 150 kW).

Die Bundesregierung geht von einer benötigten Gesamtanzahl von 36.000 öffentlichen Normal-Ladepunkten und 7.000 Schnell-Ladepunkten für 2020 aus. Grob wird mit einer Rate von zehn E-Autos auf einen Ladepunkt gerechnet. Realisiert sind davon bislang etwa 20 bis 30%. Die öffentliche LIS wird auch durch psychologische Vorbehalte (Reichweitenangst) erfordert.
Die größten Hemmnisse in der öLIS bilden die nicht-diskriminierungsfreien Zugänge (Laden nur mit verschiedenen Ladekarten von Stadtwerken und e-Mobility-Service-Providern – vertragliche Bindung zwischen Kunde und Dienstleister), die verschiedenen Abrechnungsmodi- und Preise, die Anzeige von defekten oder blockierten Ladepunkten in Navigationsgeräten und auf IT-Plattformen, und die physische Blockierung von Ladepunkten durch Verbrenner (Parkplatzkonkurrenz) oder E-Fahrzeugen, die ihre Ladung schon längst beendet haben. Die öLIS stellt hohe Anforderungen an die elektrischen Verteilnetze und an die Netzstabilität.
Eine Entlastung für die Verteilnetze besteht durch die vermehrte Nutzung stationärer Speicher, eine Unterstützung der Netzstabilität durch die zukünftige Rückspeise-Fähigkeit von Fahrzeugen (vehicle-to-grid) und die Nutzung von Fahrzeugbatterien als virtuelle Energiespeicher.
Wasserstofftankstellen sind noch recht selten, könnten aber an herkömmlichen Tankstellen weite Verbreitung finden, wenn der Wasserstoff dort selbst aus Wasser und Strom mittels Elektrolyse hergestellt wird. Das ist deshalb bedeutsam, weil ein größerer Anteil von H2 Fahrzeugen eine große Entlastung für die Verteilnetze bringen würde.

Intelligente Ladekabel
Derzeit von der Firma ubitricity im Programm. Eine Wallbox oder Säule erübrigt sich, eine geeignete Stromquelle genügt. Das Ladekabel ermöglicht eichrechtskonforme Abrechnung nach bezogenen Kilowattstunden.

Komponenten der Lade-Unit
Wechselrichter, Controller, Schütze, RCD (Fehlerstromerkennung allstromsensitiv A+ oder B), Zähler, ggf. Authentifizierung, GSM-Modem, Schnittstelle

Komponenten zur Ladung onboard  (im Auto)                                                              Inverter, Ladegerät, Batterie-Management System, Hochstromkabel, Hochvoltbatterie

Ladekabel
entweder fest an der Ladeunit angeschlagen oder mobil. Verschiedene Längen. Ladekabel dürfen nicht aufgerollt benutzt werden. An der Dicke des Kabels kann man die übertragbare Leistung sehen (Leiterquerschnitte). Ab 22 kW Ladeleistung müssen die Kabel fest an der Ladeunit angeschlossen sein. HPC-Kabel müssen extern gekühlt werden.

Lade-Leistung
Ab 2,3 Kilowatt (10 A x 230 V) Wechselstrom. Einphasig bis 7,4 kW (32 A).
Dreiphasig bis zu 43 kW. Die verfügbare Ladeleistung richtet sich immer nach dem schwächsten Glied der Kette.

Ladesäule
Für den halb- und ganzöffentlichen Bereich. Die Ladeleistungen beginnen bei 3,7 kW und gehen im AC-Bereich bis 22 (43) kW, DC derzeit 20 bis 150 kW.
Meist zwei Ladepunkte. Über 22 kW Leistung muss das Kabel fest verbunden sein. Darunter ist meist nur eine Buchse vorhanden, der Kunde muss sein eigenes Kabel mitbringen (Anforderung der Variabilität).

Ladesäulen-Verordnung (LSV)
Sie enthält technische und organisatorische Vorgaben für das öffentliche Laden, die streng beachtet werden müssen, wenn eine öffentliche Förderung in Anspruch genommen werden soll. So müssen die Säulen bei AC-Ladung mit dem Typ 2 Stecker, bei DC-Ladung mit dem Combo-Stecker ausgerüstet sein. Andere Systeme (Typ 1, CHAdeMO) dürfen nur zusätzlich installiert sein. Hauptziel der LSV ist sicherzustellen, dass alle E-Fahrer spontan laden können (auch ohne vertragliche Bindung an einen Systempartner). Sowohl der Zugang und die Autorisation als auch die Bezahlung muss jedermann ohne sonstige Umstände (diskriminierungsfrei) möglich sein.

Für Unsicherheiten sorgte die Definition der öffentlichen Zugänglichkeit, wonach auch Ladepunkte auf Privatgelände als  öffentlich zugänglich gewertet werden, weil sie nicht prinzipiell nur einem eindeutig identifizierbaren Nutzerkreis zugänglich sind.
Absperrungen usw. heben die Öffentlichkeit nicht auf. So sind denn z.B. Tesla Destination-Charger, die für Tesla-Fahrzeuge reserviert sind (rotes Schild), nicht öffentlich, solche mit einem weißen Schild aber schon (also auch förderfähig).

Ladestellen-Verzeichnisse
Die wichtigsten Ladestellen-Verzeichnisse sind:

    • goingelectric.de 90.000 Ladepunkte in Europa
    • plugfinder.de
    • bundesnetzagentur.de  nicht vollständig, da sich nicht alle Betreiber eintragen lassen
    • e-tankstellen-finder.com
    • ladenetz.de Verbund der Stadtwerke D, 150 Mitglieder
    • lemnet.de 50.000 Ladepunkte in Europa
    • chargemap.com
    • smarttanken.de
    • elektroladestellen.de

Für Hotels:

  • chargehotels.com
  • hotel4ev.com

Die Verzeichnisse werden ständig aktualisiert (die Anzahl an Ladepunkten wächst täglich). Die meisten der Verzeichnisse kontrollieren die Realität der Angebote und machen Angaben zum technischen Status wie Anschlussleistung, Stecker, Betriebsbereit oder nicht, frei oder belegt. Manche bieten auch eine Ladehistorie, daran kann man oft ersehen, ob es mit dem eigenen Auto dort auch klappt.

Ladestrategie
Drückt zum einen aus, wo die Intelligenz bezüglich des Ladevorgangs sitzen soll: in der Lade-Unit (derzeit), im Auto (das Auto weist sich gegenüber der Ladeunit aus) oder im (personalisierten) Ladekabel wie bei Ubitricity.

Zum anderen bezeichnet es die Vorgaben zum Ladevorgang: Wann starten, mit welcher Leistung (temporär oder durchgängig), wie lange, bis zu welchem „Füllstand“ der Batterie, nach Stromtarif, mit oder ohne Eingriffsmöglichkeit durch z.B. Netzbetreiber. Beim Laden mehrerer Fahrzeuge (Master-Slave Systeme) regelt die Strategie die Parallelität der Ladevorgänge (nach Reihenfolge, intermittierend, blockweise oder priorisierend). In jedem Fall ist die Voraussetzung eine „intelligente“ Ladeunit, wichtig für die Auslegung der Ladeinfrastruktur bei größeren Hotels!

Lade-Verbünde
Zusammenschlüsse von Betreibern sowie e-Mobility-System-Providern. Durch den Abschluss von Roaming-Verträgen sind Ladekarten (z.B. von The New Motion) nicht nur an eigenen, sondern auch an „verbündeten“ Ladepunkten gültig. Abgerechnet wird mit dem Provider, dessen Ladekarte man einsetzt. Bestes Beispiel: Ladenetz.de von 150 deutschen Stadtwerken.

Mobile Ladebox
Mobiles Gerät mit bis zu 22 kW Leistung. Meist sind im Lieferumfang diverse Adapter sowohl installations- wie fahrzeugseitig enthalten. Die Ladeleistung ist am Gerät einstellbar.

Normalladen
Laden mit Wechselstrom bis 22 kW, ein- oder dreiphasig (230 bzw. 400 Volt).Die Energie geht über den Fahrzeug-Inverter. Stecker installationsseitig: Schuko, Camping, CEE rot, Typ 1, Typ 2.

Schnellladen
Laden mit Gleichstrom ab 20 kW. Die Kabel sind immer fest angeschlagen. Die Energie geht direkt in die Akkus. Zwei konkurrierende Steckersysteme.

Sicherheit
Mindestanforderung ist ein Fehlerstrom-Schutzschalter. Ladegeräte (Säulen und Wallboxen) sind standardmäßig spannungsfrei und bieten eine mit dem Fahrzeug-Inverter „abgestimmte“ Ladeleistung.

Smartes Laden
Der Gegensatz zum blinden Laden. Ladestart, Ladedauer und Leistung werden flexibel gesteuert. Eingriffe durch Netzbetreiber sind möglich. Vermeidet Lastspitzen.

Stationäre Speicher
Sie speichern Strom aus Eigenproduktion oder dem Netz und puffern damit Lastspitzen und/oder erhöhen den Eigenbedarf. Sie funktionieren als Insellösung oder speisen ggf. auch Strom in das Netz und wirken dabei netzstabilisierend. Die derzeit geltenden geringen Rückspeisevergütungen von ca. 2 Eurocent/kWh ermöglichen deren wirtschaftlichen Betrieb. Aber auch hier gibt es Kosten (Durchspeicherkosten ca. 15 Eurocent/kWh (der Hauptkostenanteil ist die Anschaffung des Speichers). Rechtlich gibt es noch Unsicherheiten, weil die Einspeicherung als Letztverbrauch, die Ausspeicherung als Stromlieferung gewertet wird.

Stecker
Der universellste Stecker ist der SchuKo-Stecker (Schutzkontakt), einphasig. Er kann auf Dauer bis zu 12 A, in der Spitze bis zu 16 A übertragen.

Der blaue CEE – Stecker (Caravan-Stecker) macht 16 A (einphasig) auf Dauer.

Rote CEE-Stecker (dreiphasig) von 16 A über 32 A bis 124 A

Typ 1 Ladestecker: Normalladung nach japanischem Standard 

Typ 2 Ladestecker: Normalladung nach europäischem Standard

CCS: Schnellladung nach europäischem Standard

CCS/Typ 2 Combo: Stecker für Normal- und Schnellladung nach europ. Standard

CHAdeMO: Schnellladung nach japanischem Standard (bidirektionales Laden möglich)

Tesla Supercharger: proprietäres Schnellladesystem mit 125 kW Leistung

Tesla Destination Charger (TDC)
Tesla Inc. stellt ausgewählten Hotels kostenlos Ladeinfrastruktur (Hardware) zur Verfügung (ein bis zu vier Boxen). Installation und Energiebezug sind dem Hotel zugeordnet. Mit dem Bezug von TDC-Boxen erscheint das Hotel in den Tesla-Ladeverzeichnissen. Ca. 70% aller Hotels, die eine spezielle Ladeeinrichtung für Kunden anbieten, greifen auf das Angebot zurück. Die TDC verfügt über keine Voraussetzung zum intelligenten Ladebetrieb (externe Steuerung, Erkennung von ext. Signalen, Preisflexibilität), so dass bei mehreren Boxen der Problematik der Lastspitzen und der Leistungsgrenzen der Hausinstallation besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden muss.

Wallbox
Für den privaten Bereich bis 22 kW Ladeleistung. Das Kabel ist an der Box befestigt,
RCD Fehlerschutzschalter, Ladecontroller, Schütze, ggf. Schnittstelle. Preise von 500 bis 2.000 Euro (Lastmanagementfähige WBs beginnen bei ca. 1.000 Euro)

Zweiräder

Typen

  • Pedelecs, rechtlich Fahrrädern gleichgestellt, Unterstützung 250 W, bis 25 km/h
  • Fahrräder mit Antriebsunterstützung; = Kraftfahrzeug Le1 A, 1 kW, 25 km/h
  • Kleinkraftrad = Kraftfahrzeug Le1, bis 4 kW, 45 km/h
  • Leichtkraftrad = Kraftfahrzeug Le3-A, bis 11kW
  • Kraftrad Le3-B unbeschränkte Leistung

Ab Kategorie Le1 ist eine Fahrerlaubnis, eine Mindest-Altersgrenze und ein Helm Pflicht.

Integration
Bezeichnet die unsichtbare Einbeziehung der Antriebskomponenten in das Fahrzeugdesign.

Konnektivität
Der Grad an Vernetzung, Steuerung über Smartphone, GPS-Fähigkeit, Aufzeichnung der Fahrdaten, mögliche Kommunikation mit Infrastruktur und anderen Fahrzeugen.

Schaltung
Kettenschaltung, v.a. bei geländetauglichen Modellen und bei Hecknabenmotoren, vermehrt nur ein vorderes Kettenblatt, bis zu 11 Gänge. Nabenschaltung, v.a. bei City-Bikes, 7,8 oder 11 Gänge, mechanisch, halb-oder vollautomatisch, mit oder ohne Freilauf (Rücktrittbremse). Auch in Verbindung mit einem Riemenantrieb. Tretlagerschaltung (Pinion-Getriebe), 18 Gänge, Riemenantrieb möglich. In den Motor integrierte Schaltung, z.B. Panasonic Zweigang, Continental, in Verbindung mit allen Schaltungen zum Endantrieb.

Roller
Es gibt sie in allen Klassen, als Pedelecs, als Mofas und Leichtmofas (20 km/h), als Leichtkraft- und Krafträder. Sie sind entweder technisch gestylt oder im Retro-Stil gehalten. 12 bis 16 Zoll Räder sind die Regel. Sie weisen gegenüber den Fahrrädern einen erhöhten Wetterschutz auf. Sie können Bremskräfte sehr gut übertragen und verfügen über eine erhöhte Transportkapazität.
Zu den Rollern zählen auch die Stehroller, meist klappbar und mit sehr kleinen Rädern. Eine Gesetzes-Initiative soll für deren verbesserte Zulassungssituation noch in 2018 sorgen und so deren Verbreitung steigern.

Recht

Betreiber
ist, wer die operative Herrschaft über die Ladeunit ausübt, ihre Arbeitsweise festlegt und das wirtschaftliche Risiko trägt. Entweder der Hotelier, eine Betreibergesellschaft oder der Mobility Service Provider oder der Stromlieferant. Es sind die verschiedensten Konstellationen denkbar, in denen die jeweilige Leistungstiefe bei der Bewirtschaftung der LI untereinander vertraglich geregelt werden.

Bundenetzagentur (BNetzA)
Die Regelungsbehörde des Staates u.a. für den Bereich der öffentlichen Ladung. Überwacht den Betrieb und ist Auskunfts- und Schiedsstelle. Es gibt diverse Meldepflichten des Betreibers ihr gegenüber. Sie betreibt auch das offizielle Ladestellen-Verzeichnis (das allerdings lückenhaft ist).

EEG
Erneuerbare Energien Gesetz. Es regelt die Förderung und den Ausbau der erneuerbaren Energie-Erzeugung. Es priorisiert die Einspeisung regenerativer Energie ins Netz.

EEG-Umlage
Wird fällig auf verbrauchten Strom, damit Finanzierung des Ausbaus der regenerativ erzeugten und ins Netz gespeisten Energie. Die EEG-Umlage ist eigentlich eine Subvention. Die Differenz von tatsächlichem Strompreis und der gezahlten Förderung für die Einspeisung wird über die Umlage von allen Verbrauchern finanziert. Die Umlage ist eine politisch motivierte Marktmanipulation im Rahmen der Energiewende für eine sauberere Energiegewinnung. Derzeit knapp 7 ct/kWh.

Eichung
Stromzähler bei privat genutzten Anlagen. Bei öffentlichen Anlagen reicht die MID-Zertifizierung nicht aus, die gesamte Prozesskette ist eichrechtskonform zu gestalten. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) in Braunschweig zertifiziert erste Anwendungen. Momentan sind nur Ubitricyty und Innogy-Ladeanlagen gesetzeskonform. EGB Compleo hat gerade die Zulassung für sein Nachrüstsystem SAM erhalten. Umgangen wird diese Klippe derzeit meist über Lade- oder Zeitpauschalen. Im Schnellladebereich müssen die Ladeanlagen bis April 2019 eichrechtkonform ausgestaltet sein.

EnWG Energiewirtschaftsgesetz
Es regelt den leitungsgebundenen Strommarkt, Zugang zum Netz, Wettbewerb, Transparenz. Der „Einflussbereich“ des EnWG endet beim Stecker von der Installation zur Ladesäule. Weshalb diese nach diesem Gesetz als Letztverbraucher definiert ist.

Gewerbesteuer
Fällt an, wenn ein privater Betreiber eine Ladestelle mit Gewinnabsicht betreibt, also nicht aus „Liebelei“, aber auch nicht als Unternehmer, der die Ladestelle im Rahmen seiner hauptberuflichen Tätigkeit als Nebenprodukt/Dienstleistung betreibt. Für solche Privatunternehmer bleibt die Möglichkeit, das Gewerbe als Kleinunternehmer auszuüben.

Hauptzollamt
Ist zuständig für die Abführung der Stromsteuer sowie für die Genehmigung für die Eigenproduktion von Strom.

Letztverbraucher
Nach EnWG (und Messstellenbetriebsgesetz) die Ladestelle, nach StromStG die Ladesäule bei Netzbezug, bei der Weitergabe von eigenerzeugtem Strom der Fahrzeughalter, nach EEG der Fahrzeughalter bzw. das Fahrzeug, in dem der Strom zum Letztverbrauch gespeichert bzw. in kinetische Energie umgewandelt wird.

Stromsteuer
Abführung durch den Letztversorger inkl. der Mehrwertsteuer auf diese. Regenerativer Strom ist von der Steuer befreit.

Steuern und Abgaben

  • Stromsteuer 
  • EEG-Umlage
  • KWK-Umlage
  • Abschaltbare Lasten Umlage zum Ausgleich des reduzierten Bezugssatzes für Großverbraucher, die fremdgesteuerte Lastreduzierungen/Abschaltungen zur Aufrechterhaltung der Netzstabiliät zulassen (0,01ct/kWh).
  • Offshore-Umlage zur Finanzierung von Ausgleichszahlungen an die Betreiber von Offshore-Windkraftanlagen
  • Konzessionsabgabe für die Benutzung öffentlicher Infrastruktur
  • § 19 NEV Abgabe zum Ausgleich für reduzierte Sätze von besonders stromintensiven Großverbrauchern (ca. 0,4 ct/kWh)
  • Umsatzsteuer auf alle Strompreis-Bestandteile.

Text: Werner Köstle

Beitragsbild: Lizenzfrei

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Werner Köstle
Werner Köstle lebt in München. Nach dem Studium der Philosophie absolvierte er eine Management-Ausbildung und arbeitete als wissenschaftlicher Assistent an der TU München. Im Jahr 2000 übernahm er die technische Leitung eines Unternehmens zur Entwicklung elektrischer Leichtfahrzeuge für den professionellen Einsatz. Danach tätig als freier Redakteur und Berater. Als Mitbegründer der Agentur ist er seit 2014 bei Touremo als verantwortlicher Redakteur und eMobility-Berater.

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