In dem hier behandelten Kontext geht es bei dem Begriff Ladestation um Elektro-Ladesäulen und Schnellladesysteme für die Aufladung und Schnellladung von Batterien von Elektrofahrzeugen.
Die klassische Ladestation ist eine Einrichtung mit der Batterien von Elektroautos geladen werden. Bei den Ladestationen unterscheidet man zwischen den im Privatbereich eingesetzten Wandladestationen und In- Kabel Kontrollboxen ( ICCB), sowie den öffentlichen Ladesäulen, die an Tankstellen, Parkplätzen oder in Parkgaragen installiert sind.
Je nach Ladesystem arbeiten Ladestationen, Electric Vehicle Supply Equipment (EVSE), bei bestimmten Ladevorgängen mit Wechselstrom und bei der Schnellladung mit Gleichstrom. So benutzt man im Combined Charging System ( CCS) bei der einfachen Ladestation die einphasige Wechselspannung vom Niederspannungsnetz, die im On-Board Charger ( OBC) in Gleichspannung konvertiert wird. Bei den höheren Leistungsklassen von 11 kW und 22 kW erfolgt die Ladung mit dreiphasigem Drehstrom und bei Schnellladung mit Gleichstrom. Chademo arbeitet dagegen ausschließlich mit Gleichstrom. Je nach Konzept und Lademodus kann sich das Ladegerät im Elektromobil oder in der Ladestation befinden.
Aufbau einer Ladestation
Die wesentlichen Komponenten einer klassischen Ladestation sind ein leistungsfähiges Netzteil, das die Ladeleistung erbringt. Den Übergang zwischen der Ladestation und dem Elektrofahrzeug bilden die stations- und autoseitigen Ladestecker, die über das Ladekabel miteinander verbunden werden. Die Ladeleistung von 20 kW bis 40 kW steht am Ladestecker zur Verfügung. Bei Schnellladesystemen können es bis zu 350 kW sein. Weitere Komponenten von Ladestationen sind das Kommunikationsmodul, das Abrechnungssystem für die geladene Energie und das Batteriemanagementsystem, das die Akkus vor zu schneller Ladung und Überladung schützt.
Über das Ladekabel mit den Ladesteckern wird die Verbindung zwischen Ladestation und Elektroauto hergestellt. Sobald das Ladekabel in die Steckdosen der Ladestation und des Elektroautos eingesteckt sind, erfolgt in mehreren Phasen der Verbindungsaufbau mit dem anschließenden Ladevorgang. Dabei teilt die Fahrzeugelektronik der Ladesäule die gewünschte Ladespannung und den Ladestrom mit. Wenn die Ladesäule die angeforderte Leistung liefern kann, startet der Ladevorgang. Steht die Leistung nicht zur Verfügung, reduziert die Ladestation die Ladeleistung und teilt dies dem Batteriemanagementsystem mit. Besteht keine ausreichende Kontaktierung zwischen Steckern und Steckdose, ist die Steckdose der Ladestation über eine elektrische Verriegelung spannungsfrei geschaltet. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, dass der Bedienende keinen Stromschlag bekommen und das Ladekabel nicht unter Last eingesteckt oder getrennt werden kann. Neben der elektrischen Verriegelung gibt es noch eine mechanische Stecker-Verriegelung, die ein vorsätzliches Unterbrechen des Ladevorgangs verhindert.
Nationale und internationale Standards
Für Ladestationen gibt es diverse internationale und nationale Standards. In den Standards werden die Ladestecker, Fahrzeugvorrichtungen und Fahrzeugstecker für Elektrofahrzeuge beschrieben. Es geht dabei auch um Schnellladung mit bis zu 250 A Wechselstrom und 400 A Gleichstrom ( DC-High). Des Weiteren gibt es die Normen IEC 61851-1:2001 für konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge und USCAR und die VDA AK-Richtline für Kfz- Steckverbinder, sowie SAE 1772. Neben der konventionellen Ladetechnik gibt es mit Smart Charging ein intelligentes Laden, bei dem der zu ladende Lithium-Ionen-Akku mit der Ladestation kommuniziert. Dieses Konzept ist in ISO 15118 beschrieben.
Was die verschiedenen Ladesysteme betrifft, so schreibt die Europäische Union beim Schnellladen für das CCS-Ladesystem den Combo-Stecker vor. Da das japanische CHAdeMO-Ladesystem weltweit eine große Verbreitung hat, gibt es Ladestationen, die zusätzlich zum normalen Ladestecker und dem Combo-Ladestecker auch mit dem CHAdeMO-Ladestecker ausgestattet sind. Man spricht dann von Triplelader-Stationen.
Ladung mit Authentifizierung und Abrechnung
Bei der Ladung an öffentlichen Ladestationen sorgt eine Ladeinfrastruktur für die Ladung, Authentifizierung des Elektrofahrzeugs resp. dessen Halter und für die Abrechnung der Stromkosten. Bei diesem Konzept wird nach der Authentifizierung die Ladestation freigegeben, so dass die Batterie geladen werden kann. Die Authentifizierungsdaten werden an den entsprechenden Vertragspartner übertragen, der dem Kunden die Stromkosten in Rechnung stellt. Die Freigabe kann über Code-Schlösser, Berechtigungskarten, RFID oder über das Smartphones erfolgen. Als Authentifizierungsprotokoll wird das Open Charge Point Protocol ( OCPP) favorisiert.