Ladeleistungen von Elektrofahrzeugen

Die Ladung von Elektroautos an einfachen Steckdosen oder Ladestationen geschieht unterschiedlich schnell.
Wir versuchen auch Nicht-Elektrikern etwas Durchblick zu verschaffen.

On-Board-Ladegeräte

Anders als beim Tankvorgang von Verbrennern, werden Elektrofahrzeuge je nach Ladestation und Fahrzeug unterschiedlich schnell geladen. Für die Ladung ist grundsätzlich ein Ladegerät nötig, welches den Wechselstrom (AC) aus dem europäischen Dreiphasenwechselstromnetz in Gleichstrom (DC) für die Batteriezellen umwandelt. Dieses Ladegerät kann sowohl im E-Fahrzeug als auch in der Ladestation verbaut sein. Dies ist der wesentliche Unterschied zwischen normalen AC-Ladestationen und DC-Schnellladestationen. Da dreiphasige Ladegeräte - um den Drehstrom mit 400 V nutzen zu können - derzeit noch recht teuer sind und viel Bauraum benötigen, werden fahrzeugseitig von den meisten Herstellern nur einphasige Ladegeräte verbaut, welche also nur einen der drei Stromleiter nutzen. Hinzu kommt, dass in anderen Regionen der Welt wie Asien und Amerika aufgrund der großen Fläche aus Kostengründen meist kein Drehstromnetz zur Versorgung einzelner Steckdosen mit 22 kW vorhanden ist.

Einphasige On-Board-Ladegeräte erlauben nur eine Ladung mit 230 V, was bei max. 32 A eine Ladeleistung von 7,4 kW zulässt. Um Schieflasten im Netz zu vermeiden, welche dreiphasige Verbraucher schädigen und den Nullleiter überlasten könnten, sind bei einphasigen Verbrauchern in Deutschland laut TAB max. 4,6 kW zugelassen (20A). Ein heute typischer Akku mit 20 kWh ist mit 4,6 kW in etwa in 4-5 Stunden vollständig geladen.

Für gewöhnlich kann mit sogenannten Notladekabeln mit ICCB auch an herkömmlichen Haushaltssteckdosen (Schuko) geladen werden. Diese sind jedoch nicht auf dauerhaft hohe Lasten ausgelegt und können leicht überhitzen. Aus diesem Grund sind dort max. 10 A (2,3 kW) oder noch weniger zulässig. Mit der Weiterentwicklung der Elektrotechnik und den nächsten E-Fahrzeuggenerationen könnten bis 2020 in den kommenden Jahren 11 kW (16A, 400V, dreiphasig,) On-Board-Ladegeräte zum Standard werden. Bis dahin nutzen nur wenige E-Fahrzeuge wie der Renault ZOE Drehstrom mit bis zu 43 kW (63A). Öffentlich zugängliche AC-Ladestationen bieten in der Regel 22 kW Anschlüsse, welche dann von 1-phasigen Ladegeräten nicht ausgenutzt werden.

Eine Übersicht der Ladeleistungen und Stecker der einzelnen E-Fahrzeuge finden Sie hier in unserer Datenbank.

DC-Schnellladung

In DC-Schnelladestationen wird das Ladegerät aus dem Fahrzeug in die Station verlagert, während das Fahrzeug bzw. das Batteriemanagementsystem weiterhin die Steuerung des Ladevorgangs übernimmt (Master-Slave-System). Diese Stationen sind für gewöhnlich modular mit 10-11 kW Ladegeräten ausgestattet. Die gängigste Variante sind aktuell fünf Module in einer 50 kW DC-Ladestation. Teilweise kommen aber auch nur zwei Module in 20 kW Stationen zum Einsatz (z.B. ALDI SÜD), was bei sonst nur einphasig ladenden E-Fahrzeugen jedoch schon einen Fortschritt darstellt (andere Fahrzeuge wie der Renault ZOE können bereits mit dem On-Board-Ladegerät mit 22 kW laden). Einige Standort für DC-Ladestationen werden bereits heute für Ladeleistungen von 150 kW vorbereitet. Die zugehörigen Ladestationen und Elektroautos sollen 2017/18 auf den Markt kommen. Die Supercharger von Tesla arbeiten ebenfalls mit externen Ladegeräten (Gleichrichtern) mit je 135 kW für zwei Supercharger, welche dynamisch auf beide Ladepunkte aufgeteilt werden.

State of Charge und Balancing

Neben dem Ladegerät ist die maximal mögliche Ladeleistung vom aktuellen Ladezustand (SOC) der Batterie anhängig. In den Randbereich meist unterhalb von 20% und oberhalb von 80% wird die Leistung gedrosselt, um die Batteriezellen zu schonen. Die Kapazität eines Batteriepacks wird zudem von der schlechtesten Zelle bestimmt. Da sich während der Fahrt aufgrund von Produktionsungenauigkeiten einige Zellen schneller bzw. tiefer entladen als andere, führen die hochentwickelten Batteriemanagementsysteme in Elektrofahrzeugen zum Ende des Ladevorgangs ein sogenanntes Balancing durch. Dabei werden einzelne Zellen gezielt angesteuert und wieder an die Spannung der anderen Zellen angeglichen, sodass eine wesentlich längere Lebensdauer des gesamten Batteriepacks erreichet werden kann, als zum Beispiel in einfach Laptop- oder Pedelec-Akkus. Dieses Balancing ist ab und zu wichtig und kann einiges an Zeit in Anspruch nehmen, weshalb die Akkuanzeige für längere Zeit auf 99% stehen bleiben kann.

Ladeleistungen in km pro Stunde (km/h)

Wird ein realistischer Stromverbrauch von 16 kWh pro 100 km zugrunde gelegt, können Ladeleistungen in die mögliche Reichweitenerhöhung in km pro Stunde (Ladezeit) umgerechnet werden, was im nachfolgenden Diagramm dargestellt wird. Die aktuellen 50 kW DC-Ladestationen können einen Fahrzeug-Akku somit mit etwa 330 km/h wieder aufladen. Entsprechend der Akkugröße wird dann weniger als eine Stunde für eine volle Ladung benötigt. Mit größeren Akkukapazitäten in zukünftigen Fahrzeuggenerationen können diese auch schneller geladen werden, da Akkus, um diese nicht zu schädigen, nicht viel schneller als mit der doppelten Kapazität (2C) geladen werden sollten. Ein 20 kWh Akku sollte demnach nicht viel schneller als mit 40 kW geladen werden. Ein Tesla kann daher mit Akkukapazitäten von bis zu 90 kWh schon heute höhere Ladeleistungen realisieren und nutzen als andere Elektroautos.

Bitte beachten Sie, dass die tatsächliche Ladeleistung an einer Schnellladestation stets vom Zustand (z.B. SoC, Temperatur, etc.) des Akkus abhängt und ggfs. nicht über die komplette Ladezeit die volle Leistung abgerufen werden kann.

Mit der für 2018 für Premiummodelle angekündigten 150 kW DC-Ladung mittels CCS-Stecker kann demzufolge innerhalb von nur 15 Minuten eine Reichweite von über 230 km nachgeladen werden. An heuten 50 kW Stationen gewinnt man in 15 Minuten etwa 80 km Reichweite hinzu.