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Ladezeiten eines Elektroautos

Wie lange braucht ein Elektroauto zum Laden ?

Was ist einphasig laden ?

Was ist dreiphasig laden ?

Lädt das Elektrofahrzeug schneller wenn ich ein dickeres Elektrokabel nehme ?

Was beeinflusst die Ladegeschwindigkeit ?


Um diese Fragen beantworten zu können muss man sich erst einmal einen kurzen Überblick über die Physik und die Elektrotechnik machen.

In den Elektroautos sind mit dem jetzigen Stand der Technik meist Lithium Ionen Akkus eingebaut. Diese Akkus gehören zu den chemischen Energiespeichern. Das heißt, dass die Auf – und Entladung des Akkus nach einer bestimmten Auf – und Entladekurve entsteht. Wenn die Akkus schnell und mit hoher Leistung geladen werden, dann sinkt die Lebensdauer durch die schnellere Zerstörung der Akkumaterialien. Bei einer zu hohen Ladeleistung könnte ein Brand durch die entstehende Überhitzung der Akkus entstehen. Deswegen wird die Ladegeschwindigkeit immer unter der maximal Möglichen sein. Das wirkt sich dementsprechend auch auf die Ladezeit aus.

Der Akku wird am Anfang erst mit dem Strom geladen, der zellschonend die schnellste und maximale Ladegeschwindigkeit ermöglicht. Dann ab ca. 80 % der Ladekapazität lädt der Akku immer langsamer. Somit braucht der Akku, um den Rest (20 %) vollzuladen länger als am Anfang für die 80 %.

Jetzt verstehen Sie, warum man die Frage „Wie lange braucht ein Elektroauto zum laden“ nicht einfach pauschal beantworten kann.

Man muss nun die maximale Ladeleistung zur Verfügung stellen, die den Akku schonend laden kann. Da der Akku mit Gleichstrom geladen wird, gibt es zwei Möglichkeiten der Ladung.

1. Die Umwandlung Wechselspannung von Netz erfolgt in der Ladestation. Der Akku wird von der Energieversorgung direkt mit Gleichstrom geladen. Dies ist das Mode 4 Laden über eine Gleichstrom Ladestation (CHAdeMO oder CCS Stecker) , die aus Wechselspannung Gleichspannung macht und über passende Stecker die Gleichspannung direkt in das Elektrofahrzeug gibt.

2. Die Umwandlung Wechselspannung vom Netz erfolgt im Auto. Der Akku wird von der Energieversorgung über eine AC Ladestation (Mode 2 oder 3) geladen. Die im Elektrofahrzeug ankommende Wechselspannung (Typ 1 oder Typ 2 Stecker) wird im Auto in eine Gleichspannung umgewandelt und damit der Akku geladen.

Durch das Laden des Elektroautos in Möglichkeit 1. wird direkt mit Gleichstrom geladen und dies ermöglicht eine schnellere Ladezeit als mit Wechselspannung.

Was bestimmt physikalisch bzw. elektrisch wie schnell das Elektroauto geladen werden kann ? Das ist wie bei allen elektrischen Produkten der Verbraucher (Umwandler Strom in z. B. Bewegung, Wärme usw.). Der Verbraucher bestimmt wie viel Strom fließen soll. Wenn z. B. ein Wasserkocher eine Leistungsangabe von 2000 Watt hat und man diesen in die Steckdose steckt, dann zieht sich dieser Verbraucher die 2000 W aus der Energieversorgung (Steckdose). Wie viel Strom das ist lernt man im Schulfach Physik über die Formel  I (Stromstärke) = P (Leistung) / U (Spannung der Energieversorgung). Für das Beispiel Wasserkocher wäre das :

I = 2000 Watt / 230 Volt = 8,7 Ampere

Wenn man also den Wasserkocher mit dieser Leistung anschließt werden 8,7 A Strom fließen, damit der Wasserkocher diese Energie in Wärmeenergie umwandelt und wir heißes Wasser haben.

So nun zurück zur Elektromobilität. Bei uns ist in dem Fall der Verbraucher das Elektroauto. Das Elektroauto ist individuell : Hersteller - / Modell - / und sogar Ausstattungsbedingt. Dementsprechend verbraucht jedes Elektroauto individuell. Es nützt Ihnen also nichts, wenn Sie an der Energieversorgung ein dickeres Kabel mit einem größeren Querschnitt des Kupfers installieren. Wenn das Auto für eine maximale Ladung mit 16 A einphasig ausgelegt ist, dann bringt es Ihnen nichts entweder eine 3 – phasige Leitung zu nehmen oder eine Ladestation mit 32 A möglicher Energieversorgung. Das Elektroauto wird nur den maximalen 16 A Strom von der Energieversorgung nehmen. Der einzige Unterschied ist, wenn man umgekehrt nur eine geringere Leistung vom Netz zur Verfügung hat als das E Auto laden könnte, dann wird dies durch die Ladestation (durch eine Widerstandkodierung) die Ladeleistung maximal begrenzt. Wenn Sie also wissen möchten, wie lange ein Elektroauto zum Laden des Akkus benötigt, dann müssen Sie erst wissen, für welche maximale Ladeleistung das Elektroauto ausgelegt ist oder wie viel die Ladestation maximal zur Verfügung stellen kann. Dies finden Sie entweder im Deckel des Elektrofahrzeuges, wo der Stecker eingesteckt wird, oder aber in den technischen Daten des Herstellers  (z. B. im Handbuch).

Damit man kein wirrloses Durcheinander erzeugt bzw. es Standards für Sicherheiten gibt, sind wie bei vielen technischen Dingen die Komponenten und Abläufe genormt.

Dort sind diese Leistungen als Standard für die Wechselspannung definiert. Nachfolgend die gebräuchlichsten Leistungen :

-       3,7 kW einphasig (230 V – 16 A)

-       7,4 kW einphasig (230 V – 32 A)

-       11 kW dreiphasig (400 V – 16 A)

-       22 kW dreiphasig (400 V – 32 A)

-       43 kW dreiphasig (400 V – 63 A)

Für die Gleichspannung werden derzeit am meisten folgende Leistungen bereitgestellt :

-       24 kW

-       50 kW

-       150 kW

Da die Gleichspannungsladestationen durch die Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung ein größeres technisches Know How und mehr Komponenten als die Wechselstromladestationen benötigen, kosten diese meist über 20 000 €. Deswegen finden diese DC Ladestationen hauptsächlich im öffentlichen Bereich Anwendung.

Deswegen erkläre ich Ihnen mehr zu Wechselspannungsladestationen, wo Sie Ihr Elektrofahrzeug zu Hause oder im Unternehmen (beim Arbeitgeber) laden können. Was ist 1 – phasig laden bzw. was ist 3 – phasig laden ? Da kommen wir wieder kurz verständlich auf die Grundlagen der Elektrotechnik zu sprechen. 1 – phasig heißt, dass man in der Energieversorgung nur eine Phase zur Verfügung hat. In dem Fall wäre es die braune Einzelader von der Leitung (z. B. normale Haushalts – Steckdose) auf der 230 V Spannung herrscht. Die blaue Ader ist immer der Neutralleiter. Die grün – gelbe Ader ist immer der PE (Protective Earth) – wie der Name sagt darf die Ader weltweit nur für Schutzzwecke eingesetzt werden. Anmerkung : Wenn Sie die Ader als Phase mit Spannung oder als Neutralleiter verwenden oder sehen, dass Sie verwendet wird, dann muss dass sofort korrigiert werden. Über diese Ader erkennt die Elektroinstallation mit den vorgeschalteten Schutzeinrichtungen wie Leitungsschutzschalter, Schmelzsicherung, FI - / RCD Schutzschalter und viele andere Schutzeinrichtungen, wenn ein Fehler in der Elektroinstallation ist und die Sicherungen lösen aus. Somit wird ein Personenschaden (im schlimmsten Fall – Tod) oder Sachschaden eliminiert oder reduziert. Als Energieversorgung steht somit eine Ader zur Verfügung, wo Strom von der Phase zum Neutralleiter fließen kann. Für diese Installation gibt es internationale und nationale Vorschriften. Für Steckdosen wird im Normalfall eine 16 A Sicherung in Form von Leitungsschutzschalter genommen. Von der Theorie könnte man also daran ein Verbraucher von     230 V x 16 A = 3680 Watt (ca. 3,7 kW) anschließen. Praktisch werden Sie das nie erreichen, da sonst die 16 A Vorsicherung auslösen würde. Somit kann man nicht mit der Ladeleistung der vom Hersteller angegeben Maximalleistung von 3,7 kW rechnen. Auch darf man nicht mit knapp unter 16 A rechnen, da die Leitung oder die Übergänge z. B. bei der Sicherung heiß werden würde und es im schlimmsten Fall zu einem Brand kommen könnte. Realistisch können Sie mit ca. 13 A x 230 V = 2990 Watt rechnen. So müssen Sie auch bei allen anderen Leistungsangaben rechnen. Dann kommen Sie auf eine realistisch fließende Stromstärke. Mit dieser Leistung können Sie in Verbindung Ihrer Akkukapazität nun die Ladezeit ausrechnen. Hier führe ich Ihnen ein Beispiel an und in unserem Ladezeitrechner können Sie mit Ihren Angaben ein kurzes Ergebnis bekommen.

Wir gehen mal von den 2990 Watt aus und Sie besitzen einen Tesla Model S mit der Akkukapazität von 75 kWh (Ladekapazität). Nun können Sie die Ladezeit ausrechnen :

75 000 Watt Stunde / 2990 Watt = 25 Stunden

Sie sehen, dass es bei dieser Akkukapazität sehr lange dauern würde. Nun kann man statt dem einphasigen Netz das dreiphasige Netz zur Leistungssteigerung nehmen. Bei dem 3 – phasigen Netz ist das so, dass man 3 Phasen hat – L1 braun, L2 schwarz, L3 grau. N und PE bleiben gleich. Wenn man nun 3 Phasen zur Verfügung hat, ist das so, dass wieder jede einzelne Phase eine Spannung von 230 V nach Neutralleiter oder PE hat. Vom Netz bekommt man unter den Phasen jetzt 400 V – also L1 nach L2, L2 nach L3 und L1 nach L3. Bei diesem Netz spricht man vom Drehstromnetz, weil man dadurch z. B. Motoren zum Drehen bewegen kann (nähere elektrotechnische Ausschweifungen ersparen wir uns hier). Mit diesem Netz gibt es auch eine leicht andere Formel – P (Leistung) = √ 3 x U (Spannung) x I (Stromstärke). Als Beispiel : √3 x 400 V x 32 A = 22170 W.

Für die schnellere Ladung müsste man somit eine Ladestation nehmen, die die Ladeleistung erhöht. Vorausgesetzt, wie wir vorher gelernt haben, das E Auto kann diese Ladeleistung in den Akku bringen. Wenn man also z. B. nun eine 22 kW Ladestation nimmt (Realistisch maximal 20 kW siehe Erklärung vorher - Tesla kann so viel Leistung in den Akku geben), dann reduziert sich die Ladezeit folgendermaßen:

75 000 Watt pro Stunde / 20 000 Watt = 3,75 Stunden

Sie können mit dieser Formel nun die Ladezeit für Ihr Elektroauto ausrechnen. Haben Sie noch kein Elektroauto? Kein Problem HIER finden Sie unseren Elektroautovergleich, wo Sie die zurzeit am Markt befindlichen Elektroautos sehen und die technischen Daten gerne für die Ladezeitberechnung nehmen dürfen.

Fehlen Informationen oder möchten Sie sonst noch gerne mehr über die Grundlagen oder Weiteres zum Thema Elektromobilität wissen, dann kontaktieren Sie uns und wir helfen Ihnen gerne. HIER klicken zur Kontaktaufnahme !

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