So optimierst du deinen Schnellladestopp

Das Auto steuert die Leistung

Was viele nicht wissen: Beim Schnellladen ist grundsätzlich das E-Auto der Boss. Besser gesagt, das Batteriemanagementsystem (BMS). Dieses steuert Spannung, Strom und Temperatur und diktiert damit der Ladesäule, mit welcher Leistung der Akku geladen werden kann. Aufgabe des BMS beim Laden ist es, den Ladevorgang für die Batterie möglichst schonend und effizient zu gestalten. Daraus ergibt sich dann für jeden Batterietyp eine spezifische Ladekurve, die die Ladeperformance des Fahrzeugs definiert.

Ladekurve: Zuerst top, dann eher hopp

Die Ladekurve beschreibt den Verlauf der Ladeleistung während eines Ladevorgangs. Dieser Verlauf und auch die erreichbaren Höchstwerte variieren je nach Batterietyp. Allen Ladekurven gemeinsam ist jedoch der Ablauf: Zu Beginn der Ladung steigt die Kurve schnell bis zum erreichbaren Höchstwert an. Danach folgt eine unterschiedlich lange Plateauphase auf hohem Niveau bis die Ladeleistung dann vom BMS gedrosselt wird und kontinuierlich abfällt.

Was machen eigentlich die Lithium-Ionen?

Lithium-Ionen sind die geladenen Teilchen, die beim Laden und Entladen einer Batterie innerhalb der Zelle zwischen Anode (Minuspol) und Kathode (Pluspol) hin- und herwandern. Gleichzeitig fließen Elektronen über den äußeren Stromkreis, wobei beide Bewegungen untrennbar miteinander gekoppelt sind. Beim Laden werden die Lithium-Ionen durch die Zuführung elektrischer Energie von der Kathode (Pluspol) zur Anode (Minuspol) transportiert und dort im Elektrodenmaterial eingelagert. Beim Entladen bewegen sich die Lithium-Ionen wieder zur Kathode zurück, während der Elektronenfluss über den äußeren Stromkreis den elektrischen Strom für den Antrieb liefert. Je höher die Ladeleistung beziehungsweise die Stromstärke, desto schneller erfolgt die Einlagerung der Lithium-Ionen in der Anode und desto kürzer ist der Ladevorgang. Neben der zugeführten Leistung wird die Ladegeschwindigkeit jedoch auch von weiteren Faktoren beeinflusst, insbesondere von der verwendeten Zellchemie, der Spannungsarchitektur sowie den Temperaturverhältnissen.

Durchschnitt schlägt Peak

Bei der Beurteilung der Ladeperformance gilt: Wichtiger als der absolute Höchstwert der Ladeleistung ist die durchschnittliche Ladeleistung über die gesamte Zeit. Ein Vergleich zwischen dem Tesla Model 3 und dem Cupra Tavascan macht dies deutlich. Bei einem Vergleich einer Schnellladung von 10-80% verfügt der Tesla Modell 3 über einen deutlich höheren Höchstwert. Weil die Ladekurve danach aber relativ steil abfällt liegt die durchschnittliche Ladeleistung gerade mal bei 115 kW und damit unter dem Wert des Cupra Tavascan VZ. Trotz deutlich tieferer Höchstleistung dauert ein Ladestopp mit dem Cupra damit weniger lang.

*Messungen von Insideevs

Akkutemperatur: Der stärkste Hebel

E-Auto Batterien mögen Wohlfühltemperaturen zwischen 20-30 Grad. Ist der Akku zu kalt, bewegen sich die Lithium-Ionen beim Laden träger zum Minuspol. Ist der Akku zu warm, kann es zu unerwünschten Nebenreaktionen und Schäden kommen. Deshalb wird in beiden Fällen die Leistung vom Batteriemanagementsystem gedrosselt, um Schäden zu verhindern. Aussentemperaturen deutlich unter oder über der Wohlfühlzone von 20-30 Grad sind deshalb ein wesentlicher Faktor für die Ladeperformance. Bei kalten Temperaturen macht es deshalb Sinn, vor einem Schnellladestopp die Batterie auf die optimale Temperatur zu bringen. Viele E-Auto Modelle verfügen deshalb über eine Funktion zur Vorkonditionierung des Akkus vor einem Ladestopp an. Ohne diese Funktion kann das Aufwärmen eines Akkus gut und gerne eine Fahrt über 200 Kilometer benötigen.

Akkufüllstand: nutze den 10-80 Sweetspot

Wir haben es bereits bei der Ladekurve gesehen. Je voller der Akku, desto tiefer die Ladeleistung. Auch das hat etwas mit den chemischen Prozessen in den Batteriezellen zu tun. Beim Ladevorgang werden Lithium-Ionen bei der Anode in eine Art Gitterraster eingeordnet. Je weniger freie Plätze es in diesem Raster hat, desto langsamer erfolgt die Einlagerung. Das Ganze funktioniert so ähnlich wie bei einem Kinosaal. Je voller der Saal, desto langsamer gelangst du an einen freien Platz, weil du dich durch die Reihen mit bereits besetzten Plätzen zwängen musst. Es gibt auch noch ein Thema mit der maximalen Batteriezellenspannung, deren Überschreitung mit einer Reduktion des Stroms verhindert wird. Aber das ist an dieser Stelle etwas zu nerdig. Wichtig zu wissen ist, dass Schnellladen jenseits der 80% nicht mehr viel bringt.

Schnellladefähigkeit des Fahrzeugs

Auch wenn die meisten E-Autos mit sogenannten Lithium-Ionen-Akkus unterwegs sind, gibt es bei den verbauten Materialen und Systemen doch wesentliche Unterschiede. Die gewählte Zellchemie, die Kühl- und Heizsysteme sowie die Spannungsarchitektur entscheiden darüber, was an einem Schnelllader auch unter Idealbedingungen maximal möglich ist. E-Autos, die mit besonders hohen Ladeleistungen auftrumpfen, sind mit 800-Volt-Systemen ausgerüstet. Im Vergleich zu den gängigeren 400-Volt-Systemen ist dank der doppelten Spannung bei gleichem Strom auch die doppelte Ladeleistung möglich.

Diese externen Faktoren beeinflussen die Ladeperformance

Natürlich ist auch nicht immer nur das Auto daran schuld, wenn der Schnellladestopp mal nicht mit der gewünschten Performance abläuft. Auch die Ladeinfrastruktur kann ein begrenzender Faktor sein. Hier die wichtigsten Hintergründe und Tipps zur richtigen Ladesäule.

Leistung des Schnellladers

Auch bei Schnellladern gibt es gerätespezifische Leistungsunterschiede. Das Spektrum reicht von 50 kW bis zu 800 kW, wobei aktuell Leistungen zwischen 150 bis 400 kW üblich sind. Die maximal mögliche Leistung einer Ladesäule wird in den Lade-Apps, den Autonavis oder oft auch an der Ladesäule selbst angegeben. Wichtig ist hier allerdings, dass es sich bei diesen Angaben in der Regel um Maximalwerte handelt, die unter idealen Bedingungen gelten. Zu den Leistungsbegrenzern auf Seite der Ladesäule gehören insbesondere die Netzanschlussleistung sowie die Leistungsverteilung bei gleichzeitigen Ladevorgängen, dem sogenannten Powersplit.

Netzanschlussleistung

Für den Betrieb von HPC-Ladestationen mit mehreren Ladeplätzen werden sehr hohe Netzanschlussleistungen benötigt. Aus Gründen der Strominfrastruktur oder aufgrund von ökonomischen Überlegungen seitens Ladenetzbetreiber kann es sein, dass an einem Standort nur eine begrenzte Netzanschlussleistung zur Verfügung steht. (In diesem Blogbeitrag erfährst du mehr zu diesem Thema.) Für die Praxis bedeutet das, dass es bei hoher Belegung eines Standorts zu Leistungseinschränkungen kommen kann.

Powersplit

Was Anfänger vielleicht nicht wissen: Die angegebene Leistung gilt pro Ladesäule. Bei zwei gleichzeitigen Ladevorgängen an der gleichen Säule, wird die Leistung auf die beiden Verbraucher aufgeteilt. Je nach Ladesäule erfolgt die Aufteilung mehr oder weniger dynamisch.

Fazit

Es ist tatsächlich etwas kompliziert, weil verschiedene Faktoren die Performance beim Schnellladen beeinflussen. Aber mit diesen Tipps lässt sich das Ganze doch ziemlich gut steuern:

• Informiere dich über die in realen Tests gemessene Ladekurve deines Fahrzeugs, um die richtigen Erwartungen zu setzen.
• Orientiere dich lieber an der durchschnittlichen Ladeleistung als an kurzen Peakwerten.
• Lade mit warmem Akku und niedrigem Ladestand an einer leistungsfähigen, möglichst allein genutzten Säule.
• Nutze fürs Schnellladen das ideale Fenster zwischen 10-80 Prozent Ladestand.

Wenn du diese Faustregeln beachtest, solltest du in Zukunft nur noch wenige negative Überraschungen am Schnelllader erleben.

FAQ zum Optimieren deines Ladevorgangs