Ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor zu haben und nicht viel über die Einzelheiten des Tankvorgangs zu wissen, ist keine allzu große Sache – es ist so einfach, dass es eigentlich keine Rolle spielt. Bei Elektroautos ist es jedoch durchaus ratsam, sich mit dem Ladevorgang vertraut zu machen, da dieser Einfluss auf das Nutzererlebnis hat.
Beim Tanken warten Sie zwei bis drei Minuten, zahlen den Betrag entsprechend der erhaltenen Kraftstoffmenge und können loslegen. Wenn Sie jedoch ein Elektroauto haben, ist die „Tankstelle“ häufig Ihr eigenes Haus und Sie müssen sich mit Ihrer Elektroinstallation und der Ausrüstung in Ihrem Auto auskennen. Und wenn Sie an öffentlichen Ladestationen laden, müssen Sie auch einige Dinge wissen, zum Beispiel die maximale Ladeleistung des Ladegeräts und die Ihres Autos. Versuchen wir, das Ladethema zu klären.
AC-Laden
Die überwiegende Mehrheit der Ladevorgänge, die in einem Elektrofahrzeug stattfinden, ist dieser Art. Das Prinzip ist einfach. Sowohl die häusliche als auch die öffentliche Schnittstelle liefern Wechselstrom. Das Bordladegerät des Fahrzeugs wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom um, um die Batterie aufzuladen.
Um die maximale Ladeleistung unseres Autos zu bestimmen, müssen wir zwei Dinge wissen. Erstens die elektrischen Spezifikationen unserer Hausinstallation oder der öffentlichen Schnittstelle und die entsprechenden Spezifikationen des Bordladegeräts des Autos.
Die elektrische Hausinstallation kann einphasig oder dreiphasig sein. Die einphasige Leistung wird wie folgt berechnet: P= V * I. Die einphasige Spannung hängt von Ihrem Wohnort ab und beträgt in Europa 230 V. Multipliziert man es mit dem Strom, erhält man die Ladeleistung, die die Elektroanlage bereitstellen kann.
Wenn wir beispielsweise eine Spannung von 230 V und einen Strom von 32 A haben, beträgt die Ladeleistung 7,36 kW (230 V * 32 A). Bei 3-Phasen-Strom, mit 400V Spannung und 32A Strom, berechnet sich die Ladeleistung wie folgt: P= V * I * √3 = 400V * 32A * 1,732 = 22 kW. Es liegt auf der Hand, dass eine 3-Phasen-Elektroinstallation viel mehr Leistung liefern kann als eine 1-Phasen-Installation.
Lass uns jetzt zum Auto gehen. Stimmt das Bordladegerät mit der Elektroinstallation überein, ist auch die im Auto eingespeiste Leistung gleich. Wenn Sie beispielsweise einen Mercedes-Benz EQS mit dem optionalen 22-kW-Bordladegerät besitzen, können Sie die oben genannte 3-Phasen-Elektroinstallation voll ausnutzen und Ihr Auto über die entsprechende Wallbox mit 22 kW laden. Wenn Sie über die 3-Phasen-Installation verfügen und Ihr Auto an einen Schuko-Stecker (Typ F) mit typischem 10-A-Strom anschließen, erhalten Sie leider nur 2,3 kW.
Um die benötigte Ladezeit für Ihr Auto zu berechnen, benötigen Sie den Netto-Energieinhalt Ihrer Batterie in kWh und die Netto-Ladeleistung. Wenn Sie ein Auto mit einer 50-kWh-Batterie, einem integrierten Ladegerät mit 11 kW und einem typischen Ladewirkungsgrad von 94 % haben, beträgt die erforderliche Ladezeit 50/(11*0,94)= 4 Stunden und 50 Minuten. Dies ist jedoch theoretisch und wie nah es an der Realität ist oder nicht, hängt von der sogenannten Ladekurve ab, die fahrzeugabhängig ist. Typischerweise kommt man bei Heiminstallationen und deren geringerer Leistung der erwarteten Zahl ziemlich nahe.
DC-Laden
Im DC-Ladebereich ist die Sache deutlich einfacher. Da das DC-Ladegerät Gleichstrom liefert und die Batterie des Elektrofahrzeugs ebenfalls DC ist, spielt das Bordladegerät dabei keine Rolle. Die maximale Ladeleistung, die der Akku aufnehmen kann, hängt von zwei Faktoren ab: seinen Spezifikationen und der Leistungsfähigkeit des Schnellladegeräts.
Im Allgemeinen verwenden Batterien von Elektrofahrzeugen eine Spannung von 400 V, aber in letzter Zeit verwenden moderne Elektrofahrzeuge Architekturen mit mehr als 800 V, einige Beispiele sind Porsche Taycan, Audi E-Tron GT, Hyundai Ioniq 5, Kia EV6 und Lucid Air. Mit den entsprechenden 800-V-Ladegeräten sind bei diesen Fahrzeugen Ladeleistungen von bis zu 350 kW möglich.
Das Wärmemanagement spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Laderaten. Die meisten modernen Fahrzeuge verfügen über flüssigkeitsgekühlte Batteriesysteme, eine Voraussetzung für die Bewältigung der beim Schnellladen entstehenden starken Hitze. Im Gegensatz dazu begrenzen Modelle, die auf passiver Luftkühlung basieren, ihre DC-Ladeleistung im Allgemeinen auf 50 kW, um eine Überhitzung des Batteriepakets zu verhindern.
Um die Verschlechterung der Batterie zu minimieren, empfehlen Hersteller von Elektrofahrzeugen im Allgemeinen, die Gleichstromladung bei der 80-Prozent-Marke zu beenden. Diese Empfehlung basiert auch auf der Effizienz, da die Ladegeschwindigkeit ab diesem Punkt stark abnimmt, sodass die zusätzliche Zeit, die zum Erreichen einer vollständigen Ladung erforderlich ist, weitgehend unpraktisch ist.
Eine verpasste Chance (?)
Der Ladevorgang wäre deutlich einfacher, wenn Elektrofahrzeuge ausschließlich mit Gleichstrom betrieben würden. Während diese Idee möglicherweise Diskussionen auslöst, würde die Einführung eines reinen DC-Ansatzes die Notwendigkeit eines Bordladegeräts überflüssig machen. Diese Änderung würde zu leichteren, erschwinglicheren Fahrzeugen führen und den Besitzern die Last ersparen, Ladekabel im Kofferraum zu verstauen.
In Heimladeeinrichtungen würden Benutzer DC-Wallboxen installieren, die bis zu 22 kW liefern können, was der Leistung von AC-Wallboxen entspricht. Während DC-Wallboxen für Privathaushalte heute auf dem Markt sind, kosten sie derzeit etwa fünf- bis siebenmal mehr als ihre AC-Pendants. Wenn sich jedoch jeder Hersteller ausschließlich auf das Laden mit Gleichstrom konzentrieren würde, würden Skaleneffekte zum Tragen kommen, die den Preis für Gleichstromladegeräte für den Heimgebrauch drastisch senken würden.
Man könnte argumentieren, dass diese Entscheidung schon zu Beginn der E-Mobilitätsbewegung hätte geklärt werden müssen, doch sie bleibt ungelöst. Damit ist es vielleicht die größte verpasste Chance, die E-Mobilität insgesamt voranzutreiben.
