E-Auto richtig laden, auf diese Faktoren kommt es an
Neben dem Verweis auf die oft höheren Anschaffungskosten und Bedenken bezüglich der möglichen Reichweite, ist einer der Hauptgründe das Laden. Eine Befürchtung ist, dass die vorhandene Ladeinfrastruktur noch nicht ausreichend ist, zum anderen winken viele auf Grund der als eher sehr lang empfundenen Ladezeiten ab und entscheiden sich lieber für einen Neuwagen mit Verbrennungsmotor. Schließlich dauert das Tanken von Kraftstoff in der Regel nur wenige Minuten..
Doch wie lange müssen Elektroautos eigentlich an der Ladestation angeschlossen bleiben? Wir verraten Ihnen, welche Faktoren für die Ladedauer des Fahrzeugakkus entscheidend sind.
Das Laden eines Elektroautos ist ein relativ einfach durchzuführender Vorgang. Sie stecken einfach das Ladekabel am Fahrzeug und an der Ladesäule an und starten den Ladevorgang. Der Rest funktioniert automatisch. Doch leider klappt das nicht immer so reibungslos.
Um verstehen zu können, dass eine haushaltsübliche Schutzkontaktsteckdose nur bedingt geeignet ist und warum öffentlich zugängliche Ladesäulen deutlich schneller laden, bedarf es einiger grundsätzlicher Informationen:
Typ der Batterie im Fahrzeug
Genau genommen befinden sich in einem E-Auto keine Batterien, sondern wiederaufladbare Akkus. Heutzutage werden in Elektroautos fast ausschließlich Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion) eingesetzt. Diese Akkus bieten nach dem heutigen Stand der Technik eine große Speicherkapazität und sind in der Lage hohe Entladeströme zu liefern.
Zudem haben die einzelnen Zellen ein sehr geringes Gewicht und sie lassen sich individuell anordnen. Die Integration ins Fahrzeugchassis ist somit recht einfach möglich.
Größe des Fahrzeugakkus
Die Kapazität eines normalen Mignon-Akkus wird üblicherweise in Milliamperestunden (mAh) angegeben. Bei größeren Akkus wie beispielsweise Kfz-Starterbatterien erfolgt die Angabe in Amperestunden (Ah). Wenn die Akkukapazität mit der Akkuspannung multipliziert wird, erhält man die Speicherfähigkeit in Wattstunden. Bei einer 12V Starterbatterie mit 75 Ah ergibt das einen Wert von 900 Wattstunden (Wh) oder 0,9 Kilowattstunden (kWh). Die Energiespeicher in einem Elektroauto haben je nach Fahrzeuggröße eine Kapazität von ca. 25 kWh bis über 110 kWh.
Ladeverfahren
Bei einem Elektroauto-Akku muss unbedingt das korrekte Ladeverfahren eingehalten werden. Fachleute sprechen hier auch von der IU-Kennlinie (siehe nachfolgende Grafik).
Ab dem Zeitpunkt (t1) wird die Ladespannung (U) begrenzt, damit nicht zu viel Ladestrom (I) fließt. Je nach Ladezustand muss die Spannung langsam höher geregelt werden, damit zwischen (t1) und (t2) der maximale Ladestrom fließt.
Am Zeitpunkt (t2) ist die maximale Ladespannung pro Zelle erreicht. Die Ladespannung wird nun auf einem konstanten Wert gehalten. Am Zeitpunkt (t3) hat der Ladestrom seinen minimalen Wert erreicht und der Akku ist zu 100 % aufgeladen.
Wie bereits erwähnt, bietet die Lithium-Akkutechnik viele Vorteile. Die Akkus sind klein, leicht und unglaublich leistungsstark. Um diese Vorteile über einen längeren Zeitraum nutzen zu können, sollten Sie einige wichtige Punkte beachten. Denn Lithium-Akkus sind extrem empfindlich gegen Überladung und auch Tiefentladung. Deshalb werden Lithium-Akkus beim Laden, aber auch später beim Betrieb kontinuierlich von einer im Fahrzeug verbauten Elektronik überwacht. Um den Akku nicht zu tief zu entladen, werden Sie ständig über die aktuelle Restreichweite informiert. Somit bleibt Ihnen noch ausreichend Zeit, passende Nachlademöglichkeiten für das Elektrofahrzeug zu finden.
Strombegrenzung zum Schutz des Ladepunktes
Da der entladene Fahrzeugakku in der Lage ist, einen extrem hohen Ladestrom aufzunehmen, muss dieser mehr oder weniger stark begrenzt werden. Dies ist erforderlich, um den Stromanschluss der Ladeeinrichtung (Steckdose, Wallbox oder Ladesäule) nicht zu überlasten. Die bereits beim Ladeverfahren beschriebene Strombegrenzung richtet sich demzufolge in erster Linie nicht nach der Stromaufnahmefähigkeit des Akkus. Vielmehr ist die Stromabgabefähigkeit des Ladeanschlusses in diesem Moment entscheidend.
Unterschied Standardladung und Schnellladung
Wenn der Ladevorgang über Nacht zu Hause oder an einer öffentlichen Ladestation stattfindet, ist die benötigte Zeit nicht der entscheidende Faktor. In diesem Fall wird der Ladestrom den Fahrakku thermisch nicht belasten. Je nach Leistung des Ladepunktes (3,7 kW bis 22 kW) ist dann eine normale oder eine beschleunigte Ladung möglich. An Autobahnen oder in Parkhäusern gibt es oft Schnelllademöglichkeiten bzw. Schnelllader, die den Fahrakku in kurzer Zeit wieder nachladen. Eine Schnellladung erfolgt mit Gleichstrom, ist aber nur bis max. 80% der Akkuladung möglich.
Der Ladevorgang bei einem E-Auto dauert deutlich länger als beispielsweise das Tanken von nur 50 Liter Benzin oder Diesel. Wie lange die tatsächliche Ladedauer bei einem E-Auto ist, hängt dabei von unterschiedlichen Faktoren ab:
Kapazität des Fahrzeugakkus
Die Kapazität des Fahrzeugakkus kann mit dem Volumen eines Kraftstofftanks verglichen werden. Je höher die Kapazität in Kilowattstunden (kWh) ist, desto größer ist das Fassungsvermögen des Akkus. Und erfahrungsgemäß dauert das Befüllen eines großen Tanks deutlich länger, als das bei einem kleinen Tank der Fall wäre.
Restladung des Akkus
Je höher die Restladung des Akkus ist, desto weniger elektrische Energie muss nachgeladen werden, bis der Akku wieder voll ist. Zeitlich macht sich das in erster Linie nur im Bereich bis ca. 80% Ladezustand bemerkbar. Die fehlende Restladung von 80% auf 100% dauert immer gleich lange, egal wie leer der Akku vorher war.
Leistungsfähigkeit der Ladestation
Augenscheinlich liefert eine 230 V Netzsteckdose im Haus recht viel Energie. Dies könnte man meinen, wenn man sieht, wie schnell ein Wasserkocher für heißes Wasser sorgt. Für das schnelle Aufladen eines E-Autos ist das Leistungsangebot einer Schutzkontakt-Netzsteckdose aber gänzlich ungeeignet. Deshalb haben wir die gängigsten Steckdosen bzw. Stromanschlüsse für Ladestationen einmal aufgelistet und miteinander verglichen.
Schutzkontaktsteckdose mit einer Phase
Bei einer Spannung von 230 V und einem zulässigen Strom von max. 16 A ergibt das eine Leistung von rund 3,7 Kilowatt (kW).
Eine CEE-Steckdose mit einer Phase
Wird eine einphasige CEE-Steckdose verwendet, die max. 32 A liefert, beträgt die Anschlussleistung rund 7,4 kW.
Eine CEE-Steckdose mit drei Phasen
Können die drei Phasen mit 16 A belastet werden, beträgt die Anschlussleistung rund 11 kW und bei 32 A pro Phase stolze 22 kW.
Maximaler Ladestrom des Fahrzeugs
Bei älteren Elektro-Fahrzeugen, die nur über eine Phase geladen werden, wurde oftmals eine Strombegrenzung eingebaut. Man wollte dadurch vermeiden, dass das dreiphasige Stromnetz einseitig zu sehr belastet wird. Anstelle der möglichen 32 A können dann lediglich 20 A genutzt werden.
Wenn das Fahrzeug auch eine Ladung mit Gleichspannung zulässt, wie zum Beispiel beim Tesla Supercharger, sind Ladeleistungen von derzeit max. 150 kW möglich.
Umgebungstemperatur
Lithium-Akkus mögen es weder heiß noch besonders kalt. Die Akkus fühlen sich bei moderaten Temperaturen am wohlsten. Besonders die niedrigen Temperaturen im Winter machen den Akkus richtig zu schaffen. Darum sollten e-Autos in der kalten Jahreszeit einen Garagenstellplatz haben. Aber auch dann ist mit längeren Ladezeiten zu rechnen.
Laden an einer Netzsteckdose
Das Laden an einer Haushaltssteckdose, auch Schutzkontakt-Steckdose bzw. CEE-Steckdose genannt, erscheint auf den ersten Blick naheliegend und unkompliziert. Schließlich hat nicht jeder E-Auto-Besitzer eine eigene Wallbox zuhause.
Allerdings wird sowohl von Stromversorgern als auch Autoherstellern empfohlen, dies nur im Notfall zu tun. Und auch nur dann, wenn im Ladekabel eine Kontrollbox (ICCB In Cable Control Box) integriert ist, damit die Netzsteckdose durch den Energiebedarf des Fahrzeuges nicht überlastet wird. Denn Steckdosen sind mit einer Leistung von 230 Volt und einer Stromstärke von 10-16 Ampere eigentlich auf den Transport viel kleinerer Energiemengen ausgelegt. Sie liefern daher nur eine Ladeleistung von 2,4 kW bis max. 3,7 kW – viel weniger als der eigentliche Bedarf eines E-Autos.
Je nachdem, welche Netzsteckdose zur Verfügung steht, kann der Ladevorgang so mehrere Stunden dauern. Außerdem kann die hohe Belastung zu einer erhöhten Erwärmung führen, was im schlimmsten Fall sogar ein geschmolzenes Kabel oder einen Brand verursachen kann. Daher sollte das sogenannte "Notfallladen" nur über eigens abgesicherte Steckdosen passieren.
Laden an einer Wallbox
Eine Wallbox wird vorzugsweise genutzt, um ein Elektroauto zu Hause oder beispielsweise am Mitarbeiterparkplatz zu laden.
Eine Wallbox ist fest mit der Elektroinstallation verbunden und kann je nach Auslegung der Zuleitungen eine Ladeleistung von bis zu 22 kW zur Verfügung stellen.
Dadurch wird die Ladezeit erheblich reduziert und das Fahrzeug ist schnell wieder einsatzbereit. Nach dem Anschluss des Wallbox-Kabels am Fahrzeug erkennt das Ladegerät im Fahrzeug, wie stark der Stromanschluss belastet werden darf.
Für den privaten Gebrauch sollte die Wallbox über ein fest angeschlossenes Ladekabel verfügen, damit das im Fahrzeug mitgeführte Kabel dort verbleiben kann.
Laden an einer öffentlichen Ladestation
Das Laden an öffentlichen Stationen funktioniert ähnlich wie das Laden an einer Wallbox. Die meisten öffentliche Ladestationen sind mit einem Kabel und einem Stecker ausgestattet, der zu den meisten Elektrofahrzeugen passt – in der Regel eine Steckdose für genormte Typ 2“– Stecker. Einige Stationen erfordern jedoch, dass man sein eigenes Kabel dabei hat.
Aus diesem Grund empfiehlt es sich, dass Sie immer ein Ladekabel im Fahrzeug mitzuführen, welches einerseits zum Anschluss am Fahrzeug passt und auf der anderen Seite einen Typ 2-Stecker besitzt.
Lediglich bei Schnellladestationen mit Gleichstromladung (oft an Autobahnraststätten) ist ein Kabel mit CCS- oder CHAdeMO-Stecker angebracht.
| Vorteile | Nachteile | |
|---|---|---|
| Netzsteckdose | Es kann an jedem Stromanschluss geladen werden. Unabhängigkeit von öffentlichen Ladestationen. Kostenloses Laden bei eigener Solaranlage |
Eigentlich nur für den Notfall empfohlen. Es muss ein Ladekabel mit ICCB verwendet werden. Der Ladevorgang kann sehr lange dauern. |
| Wallbox | Laden in der heimischen Garage möglich. Der Ladevorgang geht schnell. Kostenloses Laden bei eigener Solaranlage |
Die Wallbox braucht eine eigene Zuleitung. Installation nur durch eine Elektrofachkraft möglich. |
| Öffentliche Ladestationen | Verlängert die Reichweite des Fahrzeugs. Der Ladevorgang geht schnell. Teilweise kostenfreies Laden möglich. |
Es muss ein Ladekabel mitgeführt werden. Das Fahrzeug steht während des Ladevorgangs in der Öffentlichkeit. |
Die meisten Fahrer oder Fahrerinnen eines Elektroautos laden ihr Fahrzeug zu Hause an einer privaten Ladesäule oder Wallbox. Allerdings sollten in diesem Fall noch geeignete Ladekabel im Fahrzeug griffbereit vorhanden sein. So lässt sich das Fahrzeug auch unterwegs wieder aufladen und es besteht nicht die Gefahr, in unvorhersehbaren Situationen mit leerem Akku liegen zu bleiben.
Nachdem nun feststeht, welche Kriterien für das Aufladen eines elektrisch angetriebenen Autos eine wichtige Rolle spielen, kann die Ladezeit verhältnismäßig einfach berechnet werden. Bei der Berechnung wird ein angestrebter Ladezustand von 80 % zugrunde gelegt, da eine weitere Aufladung bis zu 100 % wegen dem stetig geringer werdenden Ladestrom deutlich länger dauert.
Ladezeit einfach berechnen
Ziehen Sie vom angestrebten Ladezustand von 80 % die aktuelle Restladung von z.B. 20 % ab. Sie erhalten dann einen Differenzwert, der beschreibt, wieviel nachgeladen werden muss. In unserem Rechenbeispiel beträgt der Unterschied 60 %.
Wenn der Fahrzeugakku eine Kapazität von 36 Kilowattstunden (kWh) aufweist, entsprechen die 60 % ca. 21,6 kWh, die nachgeladen werden müssen. Um die durch den Ladevorgang auftretenden Verluste auszugleichen, sollten 10 % hinzugerechnet werden, wodurch sich der Wert auf 23,8 kWh erhöht.
Leistung der Ladestation berücksichtigen
Nun hängt es davon ab, wieviel Leistung der Ladeanschluss zur Verfügung stellt. Dazu muss der nachzuladende Wert von 23,8 kWh durch die Leistung des Ladeanschlusses geteilt werden:
- Bei einer Ladestation mit 3,7 kW beträgt die Ladezeit 6,43 Stunden.
- Bei einer Ladestation mit 7,4 kW beträgt die Ladezeit 3,21 Stunden.
- Bei einer Ladestation mit 11 kW beträgt die Ladezeit 2,16 Stunden.
- Bei einer Ladestation mit 22 kW beträgt die Ladezeit 1,08 Stunden.
Besonders wenn man länger unterwegs ist, sollte man einen konkreten Überblick darüber haben, wie lange das "Nachtanken mit Strom" dauern wird. Bei entsprechend hohen Ladeleistungen sind die Zeiten dann deutlich kürzer, als man im ersten Moment denkt.
Ist langsames oder schnelles Laden besser für den Akku?
Die Praxis hat gezeigt, dass es schonender ist, den Akku lieber langsam als schnell zu laden. Dies ist kein Problem, wenn das Fahrzeug z.B. über Nacht geladen wird. Auf längeren Fahrten lässt sich eine Schnellladung zwischendurch aber nicht vermeiden. Aber auch bei der Entladung spielt die Stromstärke eine Rolle. Je geringer der Entladestrom, desto schonender ist es für den Akku. Darum sollten unnötig starke Beschleunigungen nach Möglichkeit vermieden werden. Ein vorsichtiger Umgang mit dem Gaspedal wirkt sich zudem positiv auf die Reichweite aus.
Wie erkennt das Fahrzeug wann langsam oder schnell geladen werden kann?
Das eigentliche Ladegerät ist fest im Fahrzeug verbaut. Beim Anschluss an die Ladestation bekommt das Ladegerät von der Elektronik der Ladesäule die Information, wie hoch der Strom sein darf. Wenn man unterwegs ist und lediglich eine Netztsteckdose zum Laden zur Verfügung steht, muss ein Ladekabel mit integrierter Kontrollbox verwendet werden. Über die jeweiligen Stecker-Adapter weiß die Kontrollbox, welche Netzansteckdose verwendet wird und wie hoch diese im Regelfall belastet werden darf. Zudem stellen Kontrollboxen und Ladesäulen sicher, dass erst, wenn der Stecker des Ladekabels am Fahrzeug angeschlossen ist, die Ladespannung freigeschaltet wird.
Muss nach jeder Fahrt gleich wieder nachgeladen werden?
Lithium-Akkus mögen keine Tiefentladung. Aber auch das ständige Laden auf 100 % tut den Akkus nicht gut. Das ideale Ladefenster liegt zwischen 10 % und 90 %. Wenn ein Fahrzeug lediglich für kurze Stecken mit einigen wenigen Kilometern genutzt wird, ist es günstiger den Akku nicht nach jeder Fahrt gleich wieder zu laden. Bei längeren Fahrten ist es sinnvoll, den Ladevorgang zeitlich so zu planen, dass er kurz vor Fahrtantritt zu 100 % geladen ist.
Was ist der Unterschied zwischen einer Wallbox im Haus und einer öffentlichen Ladesäule?
Die Wallbox im Haus oder besser in der Garage arbeitet mit Wechselspannung. Das Ladegerät im Fahrzeug muss daraus Gleichspannung machen, um den Akku laden zu können. Die Ladeleistung bei den meisten Wallboxen liegt bei max. 22 kWh.
Öffentliche Ladestationen an Parklätzen, bei denen die Fahrzeuge länger stehen bleiben können, arbeiten ebenfalls mit Wechselspannung. Also nach dem gleichen Prinzip wie die Wallbox zu Hause. Allerdings haben sie deutlich höhere Ladeleistungen. Schnellladestationen, die z.B. an Autobahnraststätten stehen, laden zum Teil mit Gleichspannung. In diesem Fall ist das Ladegerät in der Ladesäule integriert und der Strom wird direkt zum Fahrzeugakku geleitet.