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Wieviel Ladeleistung brauche ich?

[notting]

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Hallo!

Im vorherigen Artikel habe ich bereits erklärt welche Ladeleistungsstufen es so gibt bzw. warum sie unter gewissen Umständen nicht voll ausgereizt werden können -> https://www.motor-talk.de/.../...leistungsstufen-gibt-es-t6999299.html

Da ihr das nun wisst, habt ihr es in diesem Artikel leichter abzuschätzen wieviel Ladeleistung ihr braucht. Zugegebenermaßen stehe ich noch selbst vor der Kaufentscheidung. Daher werde ich in diesem Artikel lediglich meine Überlegungen wiedergeben. Konnte es bisher praktisch leider nicht testen.

Warnung: Arbeiten selbst an Niederspannung (<=1kV AC (Wechselstrom) oder <=1,5kV DC (Gleichstrom)) die keine Kleinspannung ist (je nach Definition <=50V AC oder <=120V DC oder auch kleinere Werte) bitte nicht selbst machen, sondern Elektrofachkräften überlassen! Lebens-, Brand- und Versicherungsärger-Gefahr!

Auch Leute die bereits E-Autos fahren können gerne ihre Erfahrungen in die Kommentare posten. Allerdings bitte ich dabei zu berücksichtigen, dass die Art des E-Autos (rein elektrische Reichweite und Ladeleistung ist insb. Sehr unterschiedlich), das Nutzungsprofil des eigenen Autos und die Randbedingungen wie z. B. Lademöglichkeiten in der Nähe der Wohnung, beim Arbeitgeber, beim Einkaufen und auch sonst extrem unterschiedlich sein können.

Vorab: Wie in den vorherigen Artikeln erwähnt empfehle ich euch möglichst mind. einen 11kW-Anschluss machen zu lassen. Das gilt vor allem wenn ihr ohnehin einen Stromanschluss machen lassen müsst, weil ihr absolut keine Lademöglichkeit habt, d.h. auch keinerlei Steckdose wo man ein mobiles EVSE anschließen kann. Der Preisunterschied zu weniger Leistung ist meist gering, vor allem im Verhältnis zu Mehr-Leistung. Werde das in dem Folgeartikel mit den elektrischen Komponenten die für so eine Installation benötigt werden genauer erläutern.

Vermutlich kurz nach Weihnachten gibt’s einen Artikel über die nötigen Komponenten.

Ende der Vorworte ;-)

Kommen wir nun zum Hauptteil dieses Blog-Artikels. Bisher habe ich meist "E-Auto" geschrieben und meiste damit auch PHEV (Hybride die man in engen Grenzen auch mit Strom aus dem Stromnetz fahren kann). Weil diese einen Tank haben der schnell befüllt werden kann und die meisten Lader in PHEV nur 3,6kW können, möchte ich mich in diesem Artikel eher auf BEV konzentrieren (können nur mit Strom aus dem Stromnetz fahren). Kann aber nicht ausschließen, dass in naher Zukunft auch die Ladeleistungen und elektrischen Reichweiten von PHEV steigen, sodass dieser Artikel für sie relevanter wird.

Im weiteren gehe ich davon aus, dass ihr euch schon ein Fahrzeug ausgesucht habt, was auch unter ungünstigeren Umständen (schlechtes Wetter, höhere Geschwindigkeit, älterer Akku usw.) sicher genügend Reichweite bietet.

Wieso nicht einfach den Verbrauch aus dem Bordcomputer nehmen und fertig?

Manche werden sich nun fragen: Ich nehme den Verbrauch aus dem Bordcomputer, überlege wie lange mein Autos im schlimmsten Fall daheim herumsteht wo es an meiner Lademöglichkeit laden kann und zack habe ich die benötigte Ladeleistung. So einfach ist es leider nicht. Wir müssen uns zuerst klar machen, welche Messwerte was genau beinhalten.

1. Den ersten und wichtigsten Verbrauchsanteil bei der Nutzung von E-Autos habe ich bereits genannt. Es ist natürlich die Energie, die zum Fahren aus dem Akku entnommen wird. Dieser Wert (der sich durch Ladevorgänge beim Fahren durch Rekuperation entsprechend verringert) wird auch meist schön im Bordcomputer angezeigt. Der Verbrauch hängt ähnlich wie beim Verbrenner u.a. vom Wetter und dem Strecken- bzw. eurem Fahrprofil ab. Eine Probefahrt findet leider meist nicht unter ziemlich ungünstigen Umständen statt. Etwas Reserve für Fälle mit höherem Verbrauch z. B. auf der Autobahn schadet nicht. Bzw. Eine Autobahnfahrt sollte bei der Probefahrt auf jeden Fall eingeplant werden.

Klimatisierung von Innenraum und Akku – den angenehm temperierten Innenraum und Akku möglichst "fertig" mitnehmen, nicht in elektrischer Form

2. Ach ja, wollt ihr, dass die Klimatisierung für angenehme Temperaturen im Innenraum sorgt? Beim Verbrenner hat man nach einer kurzen Zeit wenn das Auto einigermaßen ohne anzuhalten fahren kann viel Abwärme die man nutzen kann, wenn es kalt ist. Spätestens im Sommer ist es Energieverschwendung. Elektromotoren machen bei weitem nicht soviel Abwärme wie E-Motoren mit ähnlicher Dauerleistung. Hm, dann muss wohl elektrische Energie zum Heizen und Kühlen des Innenraums verwendet werden. Übrigens hat auch der Akku sein Wohlfühl-Temperaturfenster, in dem die chemischen Reaktionen optimal ablaufen. D.h. auch dieser will beheizt bzw. gekühlt werden.

Das alles benötigt zumindest wenn die aktuelle Temperatur weit außerhalb des Soll-Fensters ist auch ein paar kW. Danach hält sich der Verbrauch in Grenzen.

Idealerweise lasst ihr das BEV vorklimatisieren bevor ihr losfahrt während es am Stromnetz hängt. Wenn die Energie für die Klimatisierung bis die Soll-Temperatur erreicht wurde nicht aus dem Akku geholt werden muss, verringert die Klimatisierung die Reichweite nicht so stark. Aber die Energie muss trotzdem zunächst von außen ins Auto gelangen, entweder mit oder ohne Umweg über den Akku.

Je nach Größe des Fahrzeugs und Temperaturunterschied sind das soweit ich das gelesen habe vllt. 1-3kWh für den Innenraum. Aber auch der Akku bzw. die chemischen Prozesse die dort ablaufen müssen auf Wohlfühl-Temperatur sein damit man die eigentlich vorhandene Kapazität besser nutzen kann. Am Ende werdet ihr es sehr wahrscheinlich ausprobieren müssen wieviel das z. B. bei Kurzstrecken-Fahrten mit kalten Auto ausmacht, wie bei Verbrennern auch. Deswegen lieber immer etwas Ladeleistungsreserve einplanen.

Leider gibt’s auch Fahrzeuge, die trotz Anschluss am Stromnetz aus dem Akku klimatisieren. Sollte ein Software-Bug sein.

Falls ihr konkreteres wissen wollt, gibt’s zum Thema BEV-Klimatisierung ein Video, wo das u.a. an ID.3 mit und ohne Wärmepumpe gemessen wurde. Habt aber im Hinterkopf, dass beim ID.3 die Software noch nicht fertig ist. Dadurch können seltsame Dinge passieren. Wird im Video auch erwähnt. Link: http://www.youtube.com/watch?v=Zf-ikz0wrls

Umwandlungsverluste - sind daheim meist gering

3. Apropos Umweg über den Akku: Jede Umwandlung von Energie bringt Verluste mit sich. In manchen Fällen ist das eher vernachlässigbar wenig. Mit steigendem C-Faktor sinkt die Effizienz. Unter https://batteryuniversity.com/.../...nergy_efficiency_with_the_battery wird von einer Energieeffizienz zwischen 99% bei 0,05C und 97% bei 0,5C berichtet. Der C-Faktor ist das Verhältnis zwischen Ladeleistung und Kapazität und stellt quasi den Stressfaktor für den Akku dar. Beispiel: 40kW die in einen 20kW-Akku hineinfließen bedeutet 2C.

Gegen Ende des Ladevorgangs wird die Ladeleistung meist reduziert. Das sieht man einerseits meist daran, dass die Hersteller nur einen Wert von 0...20% bis z. B. 80% angeben. Andererseits gibt’s insb. für DC-Ladung Ladekurven. Hierbei geht es meist um viel höhere Leistungen als bei Typ2. In https://www.motor-talk.de/.../...schnell-wie-man-meint-2-t6919534.html sammle ich Links zu entspr. Kurven. Es gibt auch einen Vorgänger-Artikel mit noch mehr Kurven: https://www.motor-talk.de/.../...o-schnell-wie-man-meint-t6300850.html

Heutige Akkus sind meist so groß, dass 11kW für sie kein Problem sind. Wenn in einen Akku am Ende 20kWh hineinbekommen hat, bedeutet übrigens ein Wirkungsgrad von 97% einen "Verlust" ggü. 100% Wirkungsgrad (die nie erreicht werden) von ca. 0,6kWh. 0,5C bei 11kW Ladeleistung würde bedeuten, dass es sich um einen 22kWh-Akku handelt. Größerer Akku -> geringerer C-Faktor -> geringere "Verluste". PHEV-Akku die meinst viel kleiner sind (ca. 10kWh), werden oft mit max. 3,6kW geladen, auch an einem 11kW-Anschluss. Also auch deutlich weniger als 0,5C.

Das Wort "Verlust" ist hier in Anführungszeichen, weil es so wie ich es verstanden habe in der Praxis auch im Frühling und Herbst häufiger Situationen geben kann, wo diese Abwärme selbst bei 0,5C die Akku-Heizung falls die gerade gewünscht ist beim Ladevorgang unterstützen dürfte. Die Akku-Klimatisierung müsste also weniger heizen oder zumindest nicht mehr kühlen. Weiter oben habe ich ein Video zur BEV-Klimatisierung verlinkt. Dort wird auch das Temperaturfenster des dortigen Akkus angesprochen.

Vorsicht bei Prospektangaben zu Ladezeit und -leistung, auch bei <=11kW

4. Wenn ich nun z. B. in die Preisliste eines Renault Zoe mit 52kWh-Akku schaue und Nenn-Ladeleistung mit der angegebenen Zeit von 0 auf 100% Ladezustand multipliziere:

2,3kW * 34,5h = 79,35kWh

11kW * 6,6h = 66kWh

Huch, bei höherer Ladeleistung komme ich auf weniger Energie die dem Stromnetz entnommen wurde und das obwohl ich vorhin geschrieben habe, dass niedrigere C-Faktoren für effizienteres Laden sorgen?!

Was man bei den gerade genannten Werten dazusagen muss: Wenn der Akku ganz leer ist wird auch bei so niedrigen C-Faktoren natürlich nicht zwangsläufig sofort mit der vollen Nennleistung geladen, vor allem bei höheren Nennleistungen. Selbiges auch kurz vor Ende (Drosselung der Ladeleistung). Dann müsste aber eine höhere Ladeleistung einen höheren Stromverbrauch bedeuten, weil je höher die Spitzen-Ladeleistung ist, desto größer ist der Unterschied zur gedrosselten Leistung am Anfang und Ende. Die oben berechneten Werte zeigen aber ein genau umgekehrtes Bild und zwar sehr deutlich.

Durch das E-Auto verursachte unnötige "blinde" Ladeleistungsbremser in der Leitung vermeiden

5. Es gibt aber noch einen Faktor, der bei diesem Wert der theoretischen Energie-Entnahme aus dem Stromnetz basierend auf dieser Formel hineinspielt. Habe ihr schon mal den Begriff "Blindleistung" gehört? Blindleistung ist vereinfacht gesagt ein Anteil von Leistung in der Stromleitung, die nur sinnlos zwischen euren Geräten und dem Kraftwerk hin- und herpendelt. Wenn ihr nur einen Heizdraht, also einen rein ohmschen Widerstand anschließt, habt dir das Problem nicht. Aber sobald ihr Induktivitäten (z. B. einen E-Motor, der zwangsläufig Spulen hat) oder Kapazitäten (z. B. Kondensatoren, die euch helfen sauberen Gleichstrom zu bekommen damit insb. Digitalelektronik sauber funktioniert) anschließt erzeugt ihr Blindleistung. In beiden Fällen wird im Verlauf der sinusförmigen Spannung immer wieder ein elektrisches Feld (Kondensator) bzw. ein elektromagnetisches Feld (Spule) aufgebaut und wieder abgebaut. Je nach dem wird dementsprechend wieder eine Spannung bzw. Strom zurückgegeben. Da hier Strom und Spannung je nach dem ob es nun eine Kapazität oder Induktivitäten genau andersherum vor- bzw. nacheilen, kann man sich ausrechnen wie die Schaltung sein muss, um die Blindleistung zu reduzieren.

Ein bisschen Blindleistung ist ok, genauer gesagt ein Leistungsfaktor von ca. 0,9...0,95. Also 5-10% Blindleistung. Das streben viele Geräte auch an. Da Induktivitäten und Kapazitäten sich gegenseitig ausgleichen können was Blindleistung angeht, werden sie ggf. zusätzlich eingebaut, auch wenn sie für die eigentliche Gerätefunktion nicht erforderlich sind. Ggf. auch als große Anlagen in Firmen, die sonst wegen zuviel Blindleistung diese in Rechnung gestellt bekommen würden.

Bitte nicht falsch verstehen: Blindleistung wird zum kleineren Teil in Wärme umgesetzt. Aber sie "blockiert" einen Teil der max. möglichen Wirkleistung die über die jeweilige Leitung möglich ist. Suf die Stromrechnung eines Privatkunden wirkt sie sich kaum aus, aber auf das was man effektiv in die Ladebuchse des E-Auto hineinbekommt.

Insb. der 1phasige Lader des Zoe scheint hier ein besonders großes Negativ-Beispiel zu sein wie ich gelesen habe. Die Kompensation muss hinter der Ladebuchse im E-Auto passieren. Ein Wechsel des EVSE bringt daher nicht wirklich was.

Dieser Unterschied bei den in Punkt 4 genannten theoretischen Verbräuchen spricht trotz anderer Faktoren auch dafür, dass es zwischen 1- und 3phasig einen großen Unterschied bei der Höhe der Blindleistung gibt, wobei 3phasig deutlich besser dasteht. Das ist einer der Gründe warum ich empfehle E-Autos 3phasig zu laden, z. B. an einem 11kW-Anschluss.

Wieviel Zeit bleibt in ungünstigen Fällen zum Laden?

6. Überlegt euch, wann ihr abends spätestens ankommt. Macht ihr manchmal z. B. noch ein Umweg um jemanden zu besuchen und dann wollt ihr besonders schnell heimfahren und die Straße ist frei weil es so spät ist etc.?

Mir selbst ist es auch schon passiert, dass ich mir für den Weg zu einer bestimmten Arbeitsstelle einen Benziner gekauft habe und ich kurz danach den Job wechseln musste. Der war aber doppelt soweit von mir entfernt. Da wäre vermutlich ein Diesel besser gewesen. Aber ich habe nur Kettenzeitverträge bekommen, sodass ich mir nie sicher sein konnte, ob sich ein Umzug in diese überteuerte Stadt oder ein Umstieg auf Diesel lohnt, der wiederum mit Wertverlust des Benziners beim Weiterverkauf verbunden ist.

Aber der Ladevorgang kann durchaus z. B. durch irgendwelche Störungen im Stromnetz auch mal unterbrochen werden. In diesem Fall kann theoretisch passieren, dass wenn der Strom wieder da ist eine Komponente einfach nicht mehr mitspielt. Ihr kennt das vielleicht mit alten Computern, die nur noch richtig booten wenn sie warm sind (ausgetrocknete Elkos (Elektrolytkondensatoren) die die Spannung nicht mit richtig glätten und deswegen die Digitalelektronik spinnt). Oder es liegt an der Software im Auto die aufgrund eines Bugs nicht einfach weiterladen lässt. Oder die Software hat Sicherheitslücken über die der Ladevorgang E-Auto-seitig unterbrochen wurde. Selbst BMW wurde schon dabei erwischt, dass sie die Autos unverschlüsselt mit dem Internet haben sprechen lassen um die Fernsteuer-Funktionen in der App zu realisieren. Das erleichtert Hacker-Angriffe massiv. Und selbst wenn man verschlüsselt gibt’s meist Sicherheitslücken, die man ausnutzen kann.

Oder oder oder ...

Auch möchten sich die Stromnetzbetreiber vorbehalten gezielt den Ladevorgang von E-Autos zu unterbrechen, aktuell bis zu 2h -> https://www.heise.de/.../...ndenlang-unterbrechen-koennen-4975853.html

Auch deswegen gelten heute viele Förderungen nur, wenn das EVSE darauf vorbereitet ist vom Stromnetzbetreiber steuerbar zu sein.

Allerdings hoffe ich, dass zumindest mobile EVSE an 11kW-Anschlüssen ohne Steuerung durch den Stromnetzbetreiber legal bleiben.

Kurz: Ich würde mögliche Ausfallzeiten beim Laden mit berücksichtigen. Auch wenn der Plan B theoretisch sein kann, dann morgens auf dem Weg zur Arbeit oder heim schnell noch eine Schnellladesäule zu benutzen, wenn der Akku zu leer ist. Schnellladesäulen machen wie bei den Lade-Leistungsstufen erklärt nur Sinn wenn der Akku recht leer ist, weil sonst das Auto die Ladeleistung zu sehr bremst. Ist aber viel teurer als daheim.

Zudem: Da solche Probleme oft eine größere Anzahl von Stromanschlüssen bzw. Fahrzeugen in der selben Gegend betreffen dürften, wäre ich mir nicht so sicher, dass man auch an einer Schnellladesäule laden kann - falls es nicht ganz blöd läuft und die in dem Moment auch keinen Strom haben...

Zudem ist man auf die jeweilige max. mögliche Ladeleistung begrenzt. Nur 50kW-Lader auf dem Weg, dein BEV könnte aber viel mehr? Pech gehabt.

Wobei das auch nicht hilft, wenn z. B. genau eine der letzten Leitungen auf dem Weg zu eurem Haus kaputt geht. Z. B. wenn irgendeine Firma irgendwo baggert und dabei ein "Volltreffer" gelandet wird. Da kann der Stromnetzbetreiber meist nicht mal eben was umschalten. Da hilft im Zweifel nur einen ausreichend großen Akku zu haben, der einen auch noch über den nächsten Tag bringt oder einen Verbrenner den man spontan benutzen. Wobei sich in so einem Problemfall natürlich auch alle auf die Car-Sharing-Fahrzeuge stürzen können. Wäre genauso schlecht wie überlaufene Schnelllade-Säulen.

Fazit

Ihr seht, es gibt viele Faktoren, die die nötige Ladeleistung beeinflussen. Aber leider kann man kaum konkrete Formeln nennen. Bleiben konkrete Messungen für das jeweilige Modell unter verschiedenen Randbedingungen wie Umgebungstemperatur. Bei Probefahrten hat man leider oft nicht eher reichweitenreduzierende Umstände wie eine frei Autobahn, sehr kaltes oder sehr heißes Wetter oder die Zeit das Auto 8-9h auf einem Parkplatz kalt werden zu lassen um einen Arbeitstag zu simulieren. Deswegen immer ein bisschen Reserve nicht nur bei der Reichweite, sondern auch bei der Ladeleistung einkalkulieren.

Es gibt im Internet viele verschiedene Ladekurven-Messungen, die oft auch z. B. von E-Auto-Youtubern gemacht werden.

Es ist aber auch irgendwo eine Einstellungssache wieviel Risikobereitschaft man hat bzw. wie schnell der Job weg ist, wenn man mal zu spät kommt. Oder was komplett unverschuldete Jobwechsel angeht wodurch man evtl. pro Tag mehr Strom verbraucht als vorher. Sowas kann heute z. B. "dank" Kettenzeitverträgen leider schnell passieren.

Hoffe ich konnte euch eine grobe Orientierung geben, wo man überall hinschauen muss. Wie eingangs erwähnt sollte man ohnehin mind. einen 11kW-Anschluss machen lassen und den auch voll ausreizen. Das erschlägt schon mal viele Anwendungsfälle. Aber leider nicht alle.

Im nächsten Artikel geht’s um die elektrischen Komponenten die man zu Hause für eine Lademöglichkeit braucht. Vielleicht habt ihr schon sogar in irgendeiner Form einen Stromanschluss in der Garage. Aber Vorsicht, nur mal kurz einen Staubsauger oder einen elektrischen Grill anzuschließen ist was ganz anderes als die Nenn-Ladeleistung über viele Stunden fast auszulasten.

notting

[BurkhardR]

Danke für diesen sehr informativen Artikel. Was ich evtl. überlesen habe, durch die KfW werden nur Ladelösungen mit genau 11 KW gefördert, damit werden diese genauso Standard sein wie die 16A an der Schukosteckdose. Und wenn mal die 11KW nicht ausreichen, vllt. einmal im Jahr, dann sollte man eben zum DC-Lader gehen und sich da 50 oder mehr reinziehen.

[notting]

Zitat:

@BurkhardR schrieb am 20. Dezember 2020 um 10:22:14 Uhr:

Danke für diesen sehr informativen Artikel. Was ich evtl. überlesen habe, durch die KfW werden nur Ladelösungen mit genau 11 KW gefördert, damit werden diese genauso Standard sein wie die 16A an der Schukosteckdose. Und wenn mal die 11KW nicht ausreichen, vllt. einmal im Jahr, dann sollte man eben zum DC-Lader gehen und sich da 50 oder mehr reinziehen.

Würde es anders ausdrücken: Du darfst dir eine der von der KfW erlaubten 22kW-Wallboxen fördern lassen. Solange aber die Fristen aus der Förderung gelten, muss diese auf 11kW gedrosselt sein. Muss dir der Elektriker bescheinigen. Nach der Frist kannst du die Drosselung meist selbst entfernen, da keine Arbeiten an der Elektrik erforderlich, sondern eine reine Konfigurationsgeschichte der Wallbox - wenn du nicht den Fehler gemacht hast dem Elektriker zu sagen, dass die Wallbox nur mit 3x 16A abgesichert sein soll. Mit nur 3x 16A hättest du eine Garantie, dass die Sicherung rausfliegt wenn du versuchst über 11kW zu gehen.

22kW zu bekommen ist aber ohnehin viel schwieriger und teurer.

Bei mir persönlich kann ich mir vorstellen (abseits von Corona), dass wg. meiner weiten Pendelstrecke das öfters erforderlich wäre. Und wenn das aufgrund eine Stromausfalls in der Stadt passiert, werde ich nicht der einzige sein, der dann an die öffentl. Schnellladesäulen will...

Denke auch an Situationen, wo man an einer Wallbox daheim mehr als ein E-Auto laden will, z. B. weil Gäste da sind und die Ladesäulen-Situation um dich herum allg. sehr beschissen ist.

notting