Combined Charging System

Das Combined Charging System (abgekürzt CCS; deutsch kombiniertes Ladesystem) ist ein internationaler Standard des CharIn-Konsortiums für den Anschluss von Elektroautos an Schnellladestationen. Die Kombination erfolgt dabei nur im Fahrzeug, wo hinter einer Klappe mit der für Tankstutzen üblichen Größe zusätzlich zur landesüblichen langsamen Wechselstromladung (AC) auch schnelle Gleichstromladung (DC) ermöglicht wird; derzeit sind Säulen bis zu 400 kW gängig.

Fahrzeugbuchse für Typ 2 (einphasige AC-Ladung ohne L2 und L3) und CCS-Gleichstromladung als Combo-2-Ladedose an einem VW e-Golf, 2014

CCS2-Stecker mit Zusatzgriff und Verriegelungsöffnungen

CCS1-Stecker mit manuellem Typ1-Verriegelungshaken oben und DC-Kontakten unten. Die AC-Pins L1 und N sind ohne Kontakte als Plastikstücke vorhanden

Die ersten gleichstromladefähigen E-Autos aus Japan hatten zwei getrennte Steckdosen hinter zwei getrennten Öffnungen (Mitsubishi i-MiEV) oder hinter einer sehr großen Klappe (Nissan Leaf), wobei jede Dose zudem eine eigene Schutzklappe benötigt. Diese Trennung wurde nicht übernommen. Die Kombination ermöglicht eine kompakte Bauweise, bei der Kommunikationsleitungen, Schutzleiter und Verriegelung nur einmal vorhanden sind und bei beiden Ladungsvarianten genutzt werden können; zudem werden die Verriegelungssysteme der zwei Wechselstromstecker übernommen. Die europäische Version CCS2 basiert auf der dreiphasigen siebenpoligen Typ-2-Fahrzeugkupplung, die mit zwei zusätzlichen Gleichstrom-Steckerpolen erweitert worden ist und als „Combo 2“ bezeichnet wird. Bei der nordamerikanischen Variante Combo-1 ist die etwas ältere fünfpolige einphasige aus Japan stammende SAE J1772-Verbindung (Typ 1) der Ausgangspunkt. Die Steckervarianten und Ladeverfahren sind in Teil 3 der IEC 62196 (EN 62196) genormt.

Typ 2 und Combo 2 wurden in der EU als Standardsteckverbindungen bei Ladeleistungen über 3,6 kW für Wechselstrom und über 22 kW für Gleichstrom festgelegt. In Deutschland erfolgt diese Vorgabe durch die Ladesäulenverordnung. In Konkurrenz zu den CCS-Varianten stehen global gesehen das von japanischen Herstellern favorisierte Ladesystem CHAdeMO und das chinesische System nach GB Standard 20234, die in ChaoJi münden sollen. In den USA wird der bis 2022 Tesla-eigene Stecker, der ebenfalls ein Kombisystem darstellt und Wechselstrom nur einphasig durchleiten kann, als NACS von SAE standardisiert und in Zukunft von anderen Herstellern verbaut. NACS nutzt, nachdem Tesla ursprünglich wie Chademo ein Protokoll auf CAN-Bus-Basis verwendet hat, seit einigen Jahren zudem Kommunikation gemäß ISO 15118 wie CCS über PLC. Für LKW wird das mit CCS verwandte Megawatt Charging System (MCS) eingeführt; hier sind tatsächlich mehrere Megawatt möglich.

Geschichte

Typ-2-Fahrzeugkupplung IEC 62196, nur einphasig belegt, L2 und L3 ohne Kontakte

Combo-2-Gleichstrom-Stecker. AC-Kontakte L1, L2, L3 und N sind nicht vorhanden

Elektroauto lädt mit CCS an Schnellladepunkt von Fastned

Mit dem Entwicklungsschub, den Elektrofahrzeuge zu Beginn des 21. Jahrhunderts erhielten, begann man ein Netz öffentlicher Ladepunkte zu errichten. Erst als entlang von Überlandstrecken und Autobahnen Ladepunkte installiert waren, wurde überregionaler Verkehr öffentlich möglich. Enthusiasten hatten mit dem „Drehstromnetz.de“ ab 2006 bereits ein auf Gegenseitigkeit beruhendes Netz von privaten Drehstrom-Ladestationen angeboten.

Anfänglich wurden Elektroautos mittels eines zumeist fest im Fahrzeug integrierten Ladegerätes mit Wechselstrom (AC), später vor allem in Europa auch mit Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom, Starkstrom) geladen. Es wurde eine historisch gewachsene Vielzahl an Steckerformen zum Aufladen genutzt. Zum Anschluss an das Stromnetz wurden neben verschiedenen Haushaltssteckern mit etwa 2,5 kW Leistung, über CEE-Stecker (blaue Campingstecker) mit 16 A, 230 V (3,7 kW), auch Industrie-Drehstromstecker nach IEC 60309 mit 32 A oder selten 63 A, 400 V (43 kW) genutzt. Diese sind zwar genormt, jedoch durch unterschiedliche Steckergrößen an die vorgesehene Leistung angepasst, sodass häufig Adapter benötigt wurden, um das Elektroauto an die entsprechende Steckdose anzuschließen.

Autoseitig hatte dabei für den Fahrzeugstecker der ursprünglich 2001 in den USA genormte, 2009 völlig überarbeitete und auch in Asien weit verbreitete SAE-J1772-2009-Fahrzeugstecker (Typ-1-Stecker) auch in Europa einen hohen Marktanteil. Da er nur einphasig ausgelegt ist erlaubt er allerdings keine Nutzung des in Europa auch im Privatbereich verbreiteten Drehstroms. Daraus resultieren aufgrund Kabelstärken und Schieflast-Vorschriften begrenzte Ladeleistungen und damit lange Ladezeiten. Auch öffentliches Laden per Gleichstrom (DC) war ein bis dato nicht umgesetztes Konzept, das ein Netz von teuren Gleichrichter-Ladesäulen erfordert und in den bis dato verfügbaren Steckverbindungen auch nicht vorgesehen war (mit der Ausnahme DC-Mid die bei Typ2 je zwei Pins wahlweise für AC oder DC nutzt, umgesetzt nur von Tesla in Europa). Die Autoindustrie drang daher darauf, bei der noch anstehenden Standardisierung für die Gleichstromladung eine einheitliche Norm zu erreichen. Aus Japan kommend entstand bereits 2010 der CHAdeMO-Standard mit einer eigenen Steckverbindung, die in den ab 12/2010 erhältlichen Modellen Mitsubishi i-MiEV und Nissan Leaf genutzt wurde.

Während in Amerika und Europa IEC Typ 1 (alias SAE J1772/2009) und IEC Typ 2 (alias VDE-AR-E 2623-2-2) noch getrennt entwickelt worden waren, trieben die entsprechenden Kommissionen die technische Entwicklung für die Gleichstromladung gemeinsam voran. 2010 wurde bekannt, dass man die schon gemeinsamen Signalisierungspins der vorhandenen IEC-Typen übernimmt und zur Erreichung höherer Ladeleistungen mit Gleichstrom sowohl die Typ-2-Fahrzeugkupplung als auch die Typ-1-Fahrzeugkupplung um zwei zusätzliche Hochstromkontakte autoseitig ergänzt. Im Januar 2011 wurde der erste Stand, im Juni der zweite des Systems zur internationalen Normung nach IEC 62196-3 eingereicht. Der Öffentlichkeit wurden die funktionierenden Prototypen im Rahmen des 15. Internationalen VDI-Kongresses „Elektronik im Kraftfahrzeug“ am 12./13. Oktober 2011 in Baden-Baden vorgestellt.

Vor allem die deutsche Autoindustrie hatte sich im März 2011 gegenüber der EU-Kommission für die Übernahme der CCS2-Fahrzeugkupplung als Standard ausgesprochen. Zusätzlich hatten schon zu diesem Zeitpunkt kontinentübergreifend mehrere Autohersteller (BMW, Daimler, Ford, General Motors und Volkswagen-Konzern) erklärt, zukünftig ausschließlich das nun „Combined Charging System“ genannte Ladestecksystem ab Mitte 2012 in ihren Elektrofahrzeugen einzusetzen. Zu diesem Zeitpunkt war noch kein Fahrzeug mit diesem Steckeranschluss verfügbar. Das Combined Charging System sollte jedoch nach den Bestrebungen vor allem deutscher Autokonzerne in Europa die Grundlage für einen einheitlichen autoseitigen Ladesteckanschluss an den Elektrofahrzeugen schaffen. Ziel war es, Stromquellen verschiedener Leistungsstufen sowohl im Wechselspannungs- als auch im Gleichstrombereich nutzen zu können. Die Steckervielfalt an Ladepunkten und Elektrotankstellen sollte reduziert werden.

Die anfangs installierten 50-kW-CCS-Stationen waren auf eine Spannung von 200 bis 500 Volt sowie Ströme bis 100A begrenzt, boten allerdings schon damals keine Reserven, um bei mittelfristig steigenden Akkukapazitäten kurze Ladezeiten zu garantieren. Obwohl in der CCS 1.0 Spezifikation Ladeleistungen von bis zu 200 kW definiert waren, wurden zunächst keine solchen Stationen gebaut.

Tesla war ab 2012 mit Tesla Model S und dem Netz der Tesla Supercharger vorgeprescht, nutzte in den USA eigene kompakte Stecker (später NACS genannt), und in Europa die Typ2-Variante DC-Mid, die im Fahrzeug je zwei Pins auf DC umschaltet.

Im Folgejahr 2012 bekräftigten deutsche und US-amerikanische Automobilkonzerne erneut, ab 2017^[veraltet] nur noch Combo-2-Anschlüsse in ihre Modelle einzubauen. Die ersten Combo-2-Fahrzeuge mit CCS als aufpreispflichtiger Zusatzausstattung kamen Ende 2013 auf den Markt, bei VW und BMW.

Die erste öffentliche CCS-Ladestation mit 50 kW Gleichstrom wurde im Juni 2013 in Wolfsburg errichtet und unterstützte damit die Tests des VW e-up!, der optional mit einem CCS-Combo-2-Anschluss ausgestattet werden kann. Zwei Wochen später übergab BMW die erste CCS-Ladestation in München, womit die Tests des BMW i3 unterstützt wurden.

Am 9. Januar 2015 stellte das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Energie einen in der Folge kontrovers diskutierten Entwurf für eine Ladesäulenverordnung (LSV) vor. Abweichend von der EU-Richtlinie wird darin der Combo-2-Standard verpflichtend für alle neu zu errichtenden Gleichstrom-Ladepunkte festgelegt (EU: erst ab 22 kW). Andere Anschlüsse anderer Standards können nur zusätzlich installiert werden. Die Ladesäulenverordnung trat zum 17. März 2016 in Kraft.

Audi, BMW, Daimler, Mennekes, Opel, Phoenix Contact, Porsche, TÜV Süd und Volkswagen gründeten im Mai 2015 in Berlin die Charging Interface Initiative e. V. (CharIN e. V.), eine Initiative, die sich zum Ziel gesetzt hat, das CCS zu fördern und zu verbreiten. Später stießen unter anderem auch die Automarken Tesla Motors und Volvo hinzu.

Ende 2016 kam mit dem Hyundai Ioniq Elektro ein serienmäßig mit CCS ausgestattetes Fahrzeug auf den Markt, das von einem nicht-europäischen Hersteller kam und die 28-kWh-Batterie mit bis zu 70 kW laden kann wodurch nach ca. 20 Minuten weiter gefahren werden kann. Zuvor hatten nur BMW (i3) und VW (e-Up!, dann e-Golf) das CCS-Gleichstromladen im Programm, als aufpreispflichtige Zusatzausstattung, und mit max. 40 kW in gut 18 kWh kleine Akkus. Tesla bot derweil 120 kW und über 90 kWh.

2016 wurde der leistungsstärkere, abwärtskompatible Standard Combined Charging System 2.0 mit bis zu 500 kW Ladeleistung vorgestellt, durch gekühlte Kabel die 500A übertragen können, zudem wurde die Maximalspannungsbereich verdoppelt auf 1000 V. Elektroautos mit entsprechend konstruierten Antriebsbatterien können innerhalb von etwa 15 Minuten zu 80 Prozent aufladen.

CCS und Typ-1-Stecker (Amerika)

In Nordamerika wird zum Wechselstromladen die Typ-1-Fahrzeugkupplung (SAE J1772) verwendet. Diese ist, im Gegensatz zur Typ-2-Fahrzeugkupplung, aufgrund der dort vorherrschenden Stromnetzinfrastruktur nur für einphasiges Laden ausgelegt. Für den CCS-Einsatz wurden Typ-1-Fahrzeugkupplung und Fahrzeugstecker ebenfalls mit einer Erweiterung um zwei Gleichstrompole versehen. Diese Bauform wird Combo 1 genannt. Sowohl Typ-1-Fahrzeugkupplung als auch die europäische Typ-2-Fahrzeugkupplung und ihre „Combo“-Gleichstrom-Erweiterungen nutzen die gleichen Kommunikationsprotokolle.

CCS und Typ-2-Stecker (Europa)

Zur Normung vorgeschlagene Typ-2-Stecker-Betriebsarten; letztlich wurden nur die oberste und die unterste Ausführung Bestandteil der Norm

CCS ist für europäische Elektrofahrzeuge zur Verwendung mit Typ-2-Fahrzeugkupplung und der Combo-2-Fahrzeugkupplung (Typ-2-Fahrzeugkupplung mit zwei zusätzlichen Gleichstrompolen) standardisiert und bietet zwei Ladeverfahren (combined): die Wechselstromladung (AC) und die Gleichstromladung (DC). Die Wechselstromladung benutzt dabei bis zu sieben Kontakte.

In der Norm IEC 62196 wurden vier verschiedene Wechsel- und Gleichstrom-Lademodi für den Typ-2-Stecker definiert. Sowohl die Fähigkeit zum ein- und dreiphasigen Wechselstromladen als auch das Gleichstromladen über einen Typ-2-Anschluss wurde mit Modifikationen bisher nur beim europäischen Tesla Model S umgesetzt. Andere Anwendungen für das Gleichstromladen mit dem Typ-2-Stecker sind nicht bekannt. Er wird in den meisten Anwendungsfällen nur für das ein-, zwei- oder dreiphasige Wechselstromladen eingesetzt. Welcher der in der Norm definierten Lademodi dabei zum Einsatz kommt, ist im Einzelfall von der Bauweise der Ladestelle und von der Auslegung der Ladetechnik im Fahrzeug abhängig.

Der Combo-2-Stecker-Standard (fälschlicherweise gelegentlich auch als „CCS2“ bezeichnet) setzt auf der Typ-2-Stecker-Stiftbelegung auf, erfordert allerdings spezielle Fahrzeugkupplungen und autoseitige Fahrzeugstecker. In diese Fahrzeugstecker können auch „normale“ Typ-2-Fahrzeugkupplungen eingesteckt werden, sodass für beide Fahrzeugkupplungen und die verschiedenen Lademodi nur ein Fahrzeugstecker am Fahrzeug benötigt wird. Von den eigentlich 5 + 2 Kontakten des Typ 2 werden beim CCS-Gleichstromladen mit dem Combo 2 nur der Erdungs- und die beiden Signalkontakte genutzt. Der Laststrom fließt über die beiden zusätzlichen Gleichstromkontakte. Es kommt der IEC-62196-Lademodus 4 zur Anwendung. Gemäß IEC 61851-1 sind das Ladekabel und die Fahrzeugkupplung dabei fest mit der Ladesäule verbunden und werden am Fahrzeug gesteckt.

Steckerbelegung bei der Combo-2-Gleichstromladung:

• PE … (Protective Earth) Schutzleiter, ugs. Erde bzw. Erdpotential
• CP … (Control Pilot) zum Dialog zwischen Ladestation und Fahrzeug mittels Analogsignal
• PP … (Proximity Pilot) zur Begrenzung des Ladestromes mittels Widerstandscodierung, damit das verwendete Ladekabel nicht überlastet wird
• DC+ … (Direct Current +) Gleichstromladung, Pluspol
• DC− … (Direct Current −) Gleichstromladung, Minuspol

Typ	AC-Teil Typ 2	DC-Teil
Nennspannung	480 V	850 V
Maximaler Ladestrom	63 A	125 A
IP-Schutzart im gesteckten Zustand	min. IP44
IP-Schutzart im ungesteckten Zustand	min. IP 20/IPXXB
IP-Schutzart des Inlets im abgedeckten Zustand (Road Position)	min. IP55
Normung	IEC 62196–2 & IEC 62196–3	IEC 62196–3 (Draft)

Kommunikationsprotokoll

Die digitale Kommunikation zwischen Gleichstrom-Ladestation und Fahrzeug wird in IEC 61851-24 beschrieben.

Ausprägungen von Gleichstromladung mittels eines konduktiven Leiters nach IEC 61851-24

Verbreitung	Hardware-Konfiguration	Kommunikationsprotokoll
Japan	„System A“ – Gleichstromladung per CHAdeMO	„Configuration AA“ – CAN-basiertes Layer-1-Kommunikationsprotokoll nach CHAdeMO
China	„System B“ – Gleichstromladung per GB/T-Stecker 20234.3-2011	„Configuration BB“ – CAN-basiertes Layer-1-Kommunikationsprotokoll nach GB/T-Standard
USA	„System C“ – Gleichstromladung per Combo-Stecker Typ 1 oder Typ 2	„Configuration EE“ – PLC-basiertes Layer-1-Kommunikationsprotokoll über Combo Typ-1-Stecker
EU		„Configuration FF“ – PLC-basiertes Layer-1-Kommunikationsprotokoll über Combo Typ-2-Stecker

Für das Combined Charging System der EU ist entsprechend die „Configuration FF“ im Annex C von IEC 61851-24 zu verwenden.

Die eigentlichen Schritte im Kommunikationsverfahren sind bei allen Gleichstromverfahren anwendbar. Nach der Aktivierung der Verbindung senden Ladestation und Fahrzeug ihre Parameterliste an die jeweils andere Seite, die jede für sich eine Kompatibilitätsprüfung vornimmt. Nach der Aktivierung der Wegfahrsperre und der Steckerverriegelung kann der Ladestrom geschaltet werden. Der Ladecontroller / das Batteriemanagementsystem im Fahrzeug als Master bestimmt dann in kurzen Abständen immer wieder neu die von der DC-Säule (Slave-Seite) geforderte Ladeleistung (Ladespannung und Ladestrom). Die Beendigung des Ladevorganges erfolgt bei vollständiger Ladung oder durch Nutzereingabe zum vorzeitigen Abbruch. Typischerweise unterbricht eine Seite die Ladung bereits, bevor 100 % State of Charge erreicht werden, da die Weiterladung bis 100 % überproportional lange dauern würde.

CCS/Combo-2-Schnellladestationen

Fahrzeugkupplung einer Combo-2-Schnellladestation (nur Signalpins, PE und DC-Kontakte) und Fahrzeugstecker am Auto (Fahrzeugstecker: alle drei AC-Phasen belegt)

Beim CCS ist das Ladegerät für Gleichstrom extern in der Ladesäule eingebaut. Dieses erfährt von der Fahrzeug-Steuereinheit (über CP und PP), welche Spannung und DC-Stromstärke angelegt werden soll. Die älteren CCS-Säulen können bis zu 500 Volt Gleichspannung anbieten, wobei viele Fahrzeuge meist Nennspannungen um 400 V nutzen. Solche Schnellladestationen waren je nach Kabel und Stecker ohne Kühlung auf zunächst auf 100 A oder 200 A begrenzt, was maximale theoretische Ladeleistungen von 50 kW und 100 kW ergab. Aufgrund der Akkuspannungen um 400 V konnten die Fahrzeuge real meist nur 40 kW oder 80 kW aufnehmen. Das war zu wenig, zumal Tesla-Supercharger für das Model S über eigene Steckersysteme bereits höhere Ströme und Leistungen über 120 kW ermöglichten.

Aktuelle CCS-Schnellladestationen werden gemäß Version CCS 2.0 als HPC (High Power Charger) auf bis zu 1000 V ausgelegt, wobei Stand 2024 nur wenige hochpreisige Fahrzeuge im PKW-Sektor Akkus mit nominell 800 V oder mehr haben. Dies sind u. a. Porsche Taycan und der baugleiche Audi, aus Korea Hyundai Ioniq 5 und Ioniq 6 sowie das Schwestermodell Kia EV6, und aus den USA Lucid Air sowie Tesla Cybertruck. Sollen diese Fahrzeuge an älteren CCS-Stationen oder Tesla-Superchargern, die auf 500 V begrenzt sind, geladen werden, so muss im Fahrzeug ein Zusatzgerät die Spannung auf das benötigte höhere Niveau konvertieren (Aufwärtswandler).

Für hohe Ladeleistungen wichtig sind hohe Stromstärken. Wasserkühlung von Kabel und Stecker (und ggf. den Komponenten im Fahrzeug) erlaubt Ströme bis zu 500 A, somit 200 kW bei 400 V. Tesla-Supercharger geben für das Model 3 kurzzeitig bis zu 675 A ab, über 250 kW. Die Kombination von 800 V-Architektur im Auto und 500 A-Kabel erlaubt mit rechnerisch 400 kW deutlich mehr Ladeleistung als die besten verbreiteten PKW-Akkus aufnehmen können (Porsche in der Spitze bis zu 320 kW).

Es gibt auch portable CCS-Ladestationen mit bis zu 88 kW Leistung für beschleunigtes Laden, die direkt am Drehstromnetz betrieben werden können.

Die Spezifikationen und zugrunde liegenden Standards für CCS 1.0 und CCS 2.0 sind in der Tabelle für DC-Laden beschrieben. Zu beachten ist, dass CCS 2.0 erst bei 200 V anfängt, somit kleinere Fahrzeuge wie die Motorräder von Zero Motorcycles mit niedrigerer Akkuspannung kein CCS nutzen können.

CCS-Systemspezifikationen für das DC-Laden

	CCS 1.0	CCS 2.0
Erscheinungsjahr	2013	2016
Spannung	max. 500 V	200 – 1000 V
Strom	max. 400 A	max. 500 A
Leistung	max. 200 kW	max. 500 kW
Anschluss	Combo 1 oder 2 (IEC 62196-3)
Kommunikation	DIN SPEC 70121:2014	DIN SPEC 70121:2014 (max. 80 kW) ISO/IEC 15118-2:2014 ED1 ISO/IEC 15118-3:2015 ED1
Lastverteilung	reaktiv	reaktiv und geplant
Freischaltung	externe Zahlung	externe Zahlung und/oder Plug & Charge
Ladestation	IEC 61851-23

Wechselstrom-, Drehstrom- und Gleichstromladen mit CCS

Akkumulatorzellen werden im Fahrzeug grundsätzlich mit Gleichstrom geladen. Der Begriff des Gleichstrom- und Wechselstromladens beschreibt die Stromform, welche in das Fahrzeug eingespeist wird.

Wechselstromladen

Beim einphasigen Wechselstromladen kann ein CCS-Elektroauto mit einem Ladekabel, das über eine Typ-2-Fahrzeugkupplung und eine In-Kabel-Kontrollbox (ICCB) verfügt, direkt über eine Haushalts-Schukosteckdose mit dem Stromnetz verbunden werden. Mit ihm lassen sich Ladeleistungen von typischerweise 2,3 kW dauerhaft übertragen, teilweise hängt der Wert auch von den lokalen Gegebenheiten ab. Diese Kabel werden von einigen Herstellern serienmäßig mitgeliefert. Je nach Anbieter wird dies als „Standardladung“ oder „Notladung“ bezeichnet. Bei der Nutzung von „blauen“ 16-A-CEE-Steckdosen und ICCB-Kabeln können dauerhaft 3,6 kW oder bei einer einphasig ans Stromnetz angeschlossenen Wandladestation mit Typ-2-Stecker bis 7,2 kW übertragen werden. Im Fahrzeug befindet sich das eigentliche Ladegerät, das den Wechselstrom gleichrichtet und den Ladevorgang regelt. Je nach Fahrzeug und Ausstattungspaket können einige Modelle nur mit maximal 3,6 kW laden.

Drehstromladen

Beim dreiphasigen Drehstromladen wird das Fahrzeug per mitgebrachtem Typ-2-Kabel (bis 22 kW) oder per ladestationsseitig fest installiertem Ladekabel (mit Typ-2-Fahrzeugkupplung) an einer Ladesäule, einer Wandladestation (auch Wallbox genannt) oder einer „mobilen Ladebox“ angeschlossen. Die Ladestation bzw. Wallbox ist dabei dreiphasig mit dem Stromnetz verbunden, bei einer „mobilen Ladebox“ meist per rotem CEE-Stecker. An Bord des Fahrzeugs befindet sich, wie beim Wechselstromladen, ein Ladegerät, das den Dreiphasenwechselstrom aus dem Niederspannungsnetz gleichrichtet und die Regelungsfunktionen (Ladeverfahren) übernimmt. Die mögliche Ladeleistung liegt typischerweise bei 11–22 kW, was einem 16-A- bzw. 32-A-Anschluss (IEC 60309) entspricht. Der maximale Ladestrom wird begrenzt durch die Aufnahmefähigkeit des Akkus, die Leistungsfähigkeit und Kühlung des Ladegeräts im Fahrzeug. Ebenso signalisiert die Ladestation dem Fahrzeug den maximal abnehmbaren Ladestrom, um zuerst sich selbst und die Elektroinstallation (Kabel, ggf. Steckdose und Absicherung) außerhalb des Fahrzeugs nicht zu überlasten.

Gleichstromladen

Beim Gleichstromladen wird Gleichstrom aus der Ladesäule direkt in den Fahrzeugakku eingespeist. Fahrzeugseitig ist das Batteriemanagementsystem in der Lage, mit der Ladesäule zu kommunizieren. So wird beispielsweise signalisiert, die Stromstärke zu begrenzen oder bei vollem Akku abzuschalten. Die zugehörige Leistungselektronik befindet sich jedoch im Gegensatz zum Wechselstromladen außerhalb des Fahrzeugs in der Ladesäule. Es können verlustarm sehr hohe Ladeströme und Ladeleistungen übertragen werden, was bei entsprechenden Voraussetzungen kurze Ladezeiten ermöglicht. Die Hersteller von Autos mit Gleichstrom-CCS-Schnellladung boten diese Fähigkeit zunächst meist als kostenpflichtige Zusatzausstattung zu Aufpreisen im drei- bis vierstelligen Bereich an, mittlerweile wird sie bei Fahrzeugen serienmäßig verbaut.

Bevor die CCS-2-Verbindung in Europa zum Standard für das Gleichstromladen wurde, war bei Elektroautos aus Japan und Korea der CHAdeMO-Anschluss am Fahrzeug integriert. Tesla stattet seine Fahrzeuge für Nordamerika – bis 2019 auch für Europa – mit dem Supercharger-Anschluss aus, der 2023 zum North American Charging Standard (NACS) erklärt wurde.

CCS und andere Gleichstromladeverfahren, Kritik

Der CCS-Standard stand bei seiner Einführung in Europa in Konkurrenz zum damals bereits verbreiteten, ebenfalls genormten Gleichstromladeverfahren CHAdeMO, das in Japan entwickelt wurde. Der zehnpolige Stecker wurde und wird vor allem von japanischen Herstellern genutzt und mit deren Fahrzeugen nach Europa importiert. Allerdings wird beim CHAdeMO-Gleichstrom-Autoinlet – im Gegensatz zu CCS – ein zusätzlicher separater Anschluss für das Wechselstromladen (meist Typ 1) benötigt. Beim Mitsubishi i-MiEV waren auf beiden Fahrzeugseiten Ladeanschlüsse, beim Nissan Leaf fanden sich beide unter einer großen Frontklappe. Zudem hat der Renault Zoe der ersten Baujahre über Typ 2 dreiphasig bis zu 43 kW (63 A) direkt aus dem Stromnetz laden können, weil der Motor als Konverter genutzt wurde. Dieses vermeintlich einfache und preisgünstige Verfahren war teils mit Netzstörungen verbunden, keine andere Firma hat es übernommen, und Renault hat die Ladeleistung bei späteren Modellen auf 22 kW reduziert. Das Tesla Model S wiederum nutzte in Europa den Typ-2-Anschluss auch für DC laden an Tesla Supercharger; somit waren vier Schnelllade-Systeme am Markt, von denen drei auf Typ 2 basierten. 2014 waren etwa 70 % aller schnellladefähigen Elektroautos mit einem CHAdeMO-Anschluss ausgestattet, mit Combo-2-Anschluss etwa 7 %. Deshalb wurde kritisiert, dass deutsche Autohersteller durch das Vorantreiben des CCS-Standards den Verkauf von ausländischen Elektroautos behindern wollten.

Bis ca. 2019 wurden viele DC-Ladesäulen, etwa an Kaufland-Supermärkten, als „Triple“ ausgeführt, mit drei Kabeln, 50 kW für CCS oder Chademo, sowie 43 kW über Typ 2. CCS hat sich in Europa weitgehend durchgesetzt, auch weil nichtdeutsche Hersteller neue Modelle in Europa mit CCS2 auslieferten. So wurde der koreanische Hyundai Ioniq Electric in Europa ab 2016 mit CCS angeboten; die 28-kWh-Batterie kann mit bis zu 70 kW in kurzer Zeit geladen werden. CHAdeMO war damals noch auf 50 kW begrenzt, zudem litten die Nissan Leaf an „Rapidgate“, einer aufgrund fehlender Akkukühlung reduzierten Ladeleistung. Auch der in den USA ab 2016 gebaute Chevrolet Bolt wurde in Kontinentaleuropa als Opel Ampera-e mit CCS2 und 55 kW Ladeleistung angeboten. Beim Renault Zoe wurde ab 2019 ein optionaler CCS-Anschluss angeboten. Mit dem Honda e kam 2019 das erste japanische Fahrzeug mit CCS auf den europäischen Markt. Auch das Tesla Model 3 hat in Europa einen CCS-Anschluss.

Ferner stand CCS in Europa in Konkurrenz zum proprietären Gleichstromschnellladesystem von Tesla, das über die laut EU-Richtlinie genormte Typ-2-Fahrzeugkupplung für die DC-Ladung hinaus auf zusätzliche DC-Kontakte verzichtet, jedoch über die Typ-2-Fahrzeugkupplung mit modifizierter Steckerbelegung und verlängerten Kontakten dennoch mit bis zu 135 kW DC lädt. Für die mit Supercharger-Anschluss (ab 2022 als North American Charging Standard (NACS) bezeichnet freigegeben) ausgerüsteten Fahrzeuge in Nordamerika bietet Tesla einen Adapter zur Ladung an CHAdeMO-Stationen an und seit Mai 2019 auch einen Adapter zur Ladung an CCS-DC-Stationen. Seit 2019 werden neue Tesla-Modellreihen in Europa mit CCS ausgeliefert. In den USA haben im Gegensatz zu Europa Drittanbieter in CCS-Netzwerke wenig investiert und insbesondere bei der Verfügbarkeit keinen guten Ruf erworben. Zudem wird der klobige CCS-Stecker kritisiert, der NACS-Stecker ist kaum dicker als das Kabel. Das Tesla-Netzwerk ist gut ausgebaut und zuverlässig, daher haben fast alle Hersteller angekündigt im US-Markt auf NACS umsteigen zu wollen, damit ohne Adapter direkt an Superchargern geladen werden kann. Dabei wird bei der Kommunikation das CCS-Protokoll genutzt, da Tesla dieses vor Jahren schon übernommen hat.

Weblinks

Commons: Combined charging system – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

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