Ladegeschwindigkeit beim E-Auto: kW, kWh, AC und DC

kW misst die Ladeleistung im Moment. kWh misst die über Zeit hinzugefügte Energie. Teilen Sie die Batterieenergie durch die durchschnittliche batterieseitige Leistung. Wenn Sie mit der netzseitigen Eingangsleistung beginnen, wenden Sie eine angegebene Effizienz an, denn die größte kW-Zahl des Ladegeräts ist nur eine Obergrenze.

Was ist der Unterschied zwischen kW und kWh?

Ein Kilowatt ist eine Einheit der Leistung. Sie beschreibt die Geschwindigkeit, mit der Energie in einem bestimmten Moment übertragen wird. Eine Kilowattstunde ist eine Einheit der Energie.

Bliebe die Leistung eine Stunde lang bei 10 kW, würde das Ladegerät 10 kWh liefern. Bliebe sie zwei Stunden lang bei 10 kW, wären es 20 kWh. In echten Ladevorgängen kann sich die Leistung ändern; das Ladegerät oder das Auto summiert diese wechselnde Rate über die Zeit.

Stellen Sie sich kW als Durchfluss und kWh als Menge vor. Eine Batteriekapazität wird oft in kWh angegeben. Eine Wallbox oder ein Schnellladegerät wird in kW bewertet.

Schreiben Sie nicht „eine 60-kW-Batterie“, wenn Sie 60 kWh meinen. Beschreiben Sie ein Ladegerät nicht als „11 kWh“, wenn Sie seine Leistung von 11 kW meinen.

Wie wird die AC-Ladeleistung berechnet?

Für eine einfache einphasige Schätzung multiplizieren Sie Spannung mit Stromstärke. IEC 60038 nennt Standardspannungswerte, die als Referenzwerte verwendet werden. Bei einer Nennspannung von 230 V ergeben sich die vertrauten Rechnungen:

Dies sind Nenneingangsleistungen. Das Ladesystem kann auch eine niedrigere Stromstärke wählen.

Beim AC-Laden liefert die Wallbox kontrollierten Wechselstrom an das Auto. Der On-Board-Lader wandelt ihn für die Batterie in Gleichstrom um. Seine Strom- und Phasenfähigkeit kann niedriger als die Nennleistung der Wallbox sein.

Warum kann ein 11-kW-Auto nur 3,7 kW nutzen?

Die Bezeichnungen können unterschiedliche Phasenanordnungen beschreiben. Eine AC-Nennleistung von 11 kW bezieht sich normalerweise auf 16 A bei drei Phasen und europäischer Nennspannung. Ein einphasiger 16-A-Ladepunkt kann nur etwa 3,7 kW liefern.

Auch die umgekehrte Abweichung ist wichtig. Ein einphasiger On-Board-Lader nutzt an einem dreiphasigen Ladepunkt nur die Phasenanordnung, die er unterstützt. Ein Ladekabel kann eine weitere Grenze setzen, wenn seine Strom- oder Phasenfreigabe niedriger ist.

Die Ladesteuerung hält den Vorgang innerhalb der verfügbaren Grenzen. IEC 61851-1 behandelt die Anforderungen an Verbindung und Steuerung. Sie können ungenutzte Phasen nicht mit einem Adapter kombinieren, um die Auslegung des Autos zu überschreiten.

Worin unterscheidet sich DC-Laden?

Eine DC-Ladestation wandelt Strom außerhalb des Fahrzeugs um und liefert dem Batteriesystem kontrollierte Gleichstromleistung. Dadurch wird für diesen Ladevorgang der AC-Weg über den On-Board-Lader des Fahrzeugs umgangen. IEC 62196-3 behandelt standardisierte Konfigurationen für DC- sowie kombinierte AC/DC-Kupplungen.

Das Auto nimmt dennoch keine beliebige Leistung an. Es übermittelt der Station Grenzen und steuert den Vorgang über sein Batteriesystem. Die Station muss sowohl innerhalb ihrer eigenen Leistungsfähigkeit als auch der Fahrzeuganforderung bleiben.

DC-Ausstattung ist oft für höhere Leistung als AC-Haustechnik ausgelegt. Dennoch sagt „DC“ allein nichts über die Geschwindigkeit aus. Vergleichen Sie die Nennleistung der Station mit der dokumentierten DC-Fähigkeit des Fahrzeugs und der zu erwartenden Ladekurve.

Wie schätzen Sie die Ladezeit?

Berechnen Sie zuerst die Energie, die Sie hinzufügen möchten, nicht die gesamte Batteriekapazität, es sei denn, Sie planen tatsächlich eine Vollladung. Bei einer nutzbaren 60-kWh-Batterie, die von 20 % auf 80 % geladen wird, beträgt die nominale Änderung der Batterieenergie:

60 kWh × (0,80 − 0,20) = 36 kWh

Die Nennleistung einer 11-kW-Wallbox beschreibt die netzseitige Eingangsleistung. Wenn e die für die Schätzung verifizierte Effizienz von der Wallbox bis zur Batterie ist, verwenden Sie:

Zeit = 36 kWh ÷ (11 kW × e)

Bei einer theoretischen Effizienz von 1 liegt die Untergrenze bei 3,27 Stunden, also etwa 3 Stunden und 16 Minuten. Die tatsächliche Effizienz liegt unter 1 und die Eingangsleistung kann sich ändern. Verwenden Sie eine dokumentierte oder klar angegebene Effizienzannahme, statt die Untergrenze als erwartete Zeit darzustellen.

Verwenden Sie die nutzbare Batteriekapazität, wenn der Hersteller sie angibt. Die Bruttokapazität enthält Energie, die das Fahrzeug möglicherweise außerhalb des angezeigten Bereichs reserviert. Brutto- und Nettowerte zu vermischen, erzeugt eine falsche Genauigkeit.

Warum verändert sich die Ladeleistung während eines Ladevorgangs?

Das Batteriesystem passt die Leistung an, um innerhalb seiner Grenzen zu arbeiten. Ladestand, Zelltemperatur, Batteriespannung und das Thermalsystem des Fahrzeugs können alle die Anforderung beeinflussen. Auch das Lastmanagement am Standort kann die Versorgung begrenzen.

Beim DC-Laden beginnt die Leistung häufig unter dem Stationsmaximum, steigt an oder stabilisiert sich und sinkt dann, wenn sich die Batterie dem Ziel nähert. Die genaue Kurve hängt vom Fahrzeug, der Softwareversion und den Bedingungen ab. Veröffentlichen Sie nicht eine einzelne Kurve als Regel für alle Autos.

AC-Laden kann gleichmäßiger erscheinen, weil der On-Board-Lader eine feste Leistungsobergrenze hat. Er kann die Leistung dennoch für die Temperaturregelung, zeitgesteuertes Laden, Lastmanagement am Standort oder eine im Auto gewählte Strombegrenzung reduzieren.

Warum kommen weniger kWh in der Batterie an, als der Zähler zeigt?

Die am Ladepunkt gelieferte und die in der Batterie gespeicherte Energie sind nicht identisch. Umwandlung, Verkabelung, Elektronik und Thermomanagement verbrauchen Energie. Die Differenz verändert sich mit Ausstattung, Bedingungen und Ladeleistung.

Wenden Sie nicht einen festen Effizienzprozentsatz auf jeden Ladevorgang an. Geben Sie für eine Planungsschätzung die verwendete Annahme an. Für eine Rechnung verwenden Sie den Zähler- oder Rechnungswert, denn das ist die unter dem Tarif gemessene zugeführte Energie.

Bei kurzen Ladevorgängen können feste Nebenverbräuche im Durchschnitt ebenfalls größer wirken. Die Vorkonditionierung einer kalten oder heißen Batterie benötigt Energie, kann der Batterie aber helfen, einen geeigneten Ladezustand zu erreichen. Das Armaturenbrett kann den Batteriezuwachs anders anzeigen als die Ladeabrechnung.

Was begrenzt die endgültige Geschwindigkeit?

Prüfen Sie beim AC-Laden diese Obergrenzen:

• Strom- und Phasenfähigkeit des Ladepunkts;
• Strom- und Phasenfreigabe des Ladekabels;
• Strom-, Leistungs- und Phasenfähigkeit des On-Board-Laders im Auto;
• Einstellung des Lastmanagements am Standort;
• vom Nutzer gewählte Ladebegrenzung.

Prüfen Sie beim DC-Laden den Stecker und das vom Auto unterstützte System. Die tatsächliche Ladeleistung wird durch Steckerverträglichkeit sowie aktive Leistungs-, Strom- und Spannungsgrenzen am Standort, an der Station und im Fahrzeug bestimmt. Jede einzelne dieser Grenzen kann das Ergebnis verringern.

Spart ein größeres Ladegerät zu Hause Zeit?

Nur wenn das Auto und die Installation es nutzen können. Eine 22-kW-Wallbox kann einen 11-kW-On-Board-Lader nicht dazu bringen, 22 kW anzunehmen. Sie kann außerdem eine größere Anschlusskapazität und ein anderes Genehmigungsverfahren erfordern.

Beginnen Sie beim Energiebedarf. Wenn das Auto zehn Stunden geparkt ist und 20 kWh benötigt, kann eine moderate Durchschnittsleistung diese Energie nachladen. Schnellere Ausstattung kann bei mehreren Fahrzeugen oder kurzen Parkzeiten trotzdem helfen, aber der Anwendungsfall sollte sie rechtfertigen.

Dynamisches Lastmanagement erhöht nicht die Anschlussgrenze des Gebäudes. Es verteilt verfügbaren Strom auf das Laden und berücksichtigt dabei andere gemessene Lasten. Das kann eine begrenzte Versorgung besser nutzbar machen, ohne die ganze Nacht Höchstleistung zu versprechen.

Wie sollten Sie Angaben zur Ladeleistung vergleichen?

Fragen Sie zuerst, ob eine Zahl kW oder kWh meint. Fragen Sie dann, ob sie die Station, das Kabel, den Fahrzeughöchstwert, die Batteriespitze oder den Durchschnitt eines Ladevorgangs beschreibt. Diese Angaben sind nicht austauschbar.

Notieren Sie für eine sinnvolle Zeitabschätzung Start- und Zielprozentsatz sowie die nutzbare Batteriekapazität. Verwenden Sie die durchschnittliche batterieseitige Leistung oder rechnen Sie netzseitige Eingangsleistung mit einer angegebenen Effizienz um.

Energie geteilt durch durchschnittliche Leistung ergibt Zeit. Der schwierige Teil ist, einen Durchschnitt zu wählen, der den tatsächlichen Ladevorgang widerspiegelt.