Wie lange beträgt die Ladezeit eines Elektroautos?

eine Ladesäule beim Auto

Wie lange beträgt die Ladezeit eines Elektroautos? Erfahren Sie alles, wovon die Ladezeit abhängt und wie man sie berechnet.

1. Oktober 2020

Die Batteriekapazität und der Ladestrom eines Elektroautos

Wer den Kauf eines Elektroautos in Betracht zieht, den beschäftigen besonders die Fragen nach der Reichweite und der Ladezeit. Die Ladezeit eines Elektroautos hängt von mehreren Faktoren wie Batteriekapazität, maximaler Ladestrom, Ladetechnik, Umgebungstemperatur, Ladezustand der Batterie, Art der Ladestation ab und kann nicht ganz pauschal ermittelt werden. Sind einige Eckdaten bekannt, lässt sich aber ein grober Richtwert ermitteln.

Die wichtigsten Begrifflichkeiten im Zusammenhang mit der Ladezeit werden im Folgenden erläutert und die Ladezeit mit einer Ladeleistung von 22 kW, welche auch die hesotec-Ladesäulen unserer eSat-Serie unterstützen, exemplarisch ermittelt.

Genau wie ein Eimer eine bestimmte Menge an Wasser aufnehmen kann, kann eine Batterie eine bestimmte Menge an Strom speichern. Das Wasser wird dem Eimer über ein Zuleitungsrohr, welches einen festen Querschnitt hat, zugeführt. Es ist festgelegt, wie schnell das Wasser durch das Rohr fließen darf, damit sichergestellt ist, dass das Wasser am Ende nicht über den Rand des Eimers hinausspritzt oder das Rohr platzt.

Die Zuleitung zur Batterie ist kein Rohr, sondern eine Kupferleitung mit einem ausreichenden Querschnitt, der dafür sorgt, dass das Kabel während des Ladevorgangs nicht zu heiß wird. Eine Steuerelektronik sorgt dafür, dass nicht zu viel Strom auf einmal fließt. Wenn am Ende der Eimer bzw. die Batterie voll ist, wird das Wasser bzw. die Stromzufuhr abgeschaltet.

Entscheidend für die Ladedauer ist also insbesondere die Kapazität der Batterie und die Stärke des Ladestromes.

Unterschied zwischen Ladestationen für ein Elektroauto

Normalladestation / Wallbox für das Elektroauto

Normalladestationen sind mit einer unterschiedlichen Ladeleistung zwischen 2-22 kW erhältlich. Am weitesten verbreitet sind Typ-2-Wechselstrom-Normalladestationen mit 11 kW oder 22 kW wie z.B. die hesotec electrify eSat-Serie.

Beispielsweise wird eine 22 kW-Ladestation mit dreiphasigem Wechselstrom betrieben, wie er auch an einem Herdanschluss verwendet wird, was auch als sogenannter Drehstrom-Anschluss bekannt ist. Da ein solcher Anschluss meist in jedem Gebäude vorhanden ist, steht der Installation einer 22 kW-Ladestation im Allgemeinen nichts im Wege und es ist sichergestellt, dass das Elektroauto über Nacht wieder aufgeladen werden kann.

Normalladestationen sind auch unter der Bezeichnung Wallbox bekannt.

Schnellladestation

Ab ca. 50 kW Ladeleistung sind Schnellladestationen erhältlich, die meist öffentlich sind. Die Ladetechnik des Elektrofahrzeugs muss die höhere Ladeleistung unterstützen, um in den Genuss der verkürzten Ladezeit zu kommen. Die höheren Ladeströme benötigen eine andere Technik der Stromspeisung und sind für den Privatgebrauch eher ungeeignet.

Ultra-Schnellladesäulen

Die Entwicklung und Verbreitung meist öffentlicher Ultra-Schnellladesäulen mit bis zu 350 kW (Stand 2019) wird in Europa stetig vorangetrieben und ist für die private Nutzung oder auf Unternehmensparkplätzen wenig relevant. Ein Vorreiter ist das Unternehmen Tesla mit seinen Supercharger-Ladestationen, an denen bis zum Jahre 2018 das Aufladen sogar kostenlos möglich war.

Wie wird die Ladezeit eines Elektroautos berechnet?

Wie bereits erwähnt hängt die Ladedauer im Wesentlichen von der Batteriekapazität (SOC) des Elektroautos und der Ladeleistung der Ladestation ab.

Die Ladedauer lässt sich wie folgt ermitteln.

Normales Laden

„Normales Laden“ ist nicht abhängig von Gleichstrom- oder Wechselstromladung, sondern nur von der Ladeleistung im Verhältnis zur Batteriekapazität des Elektroautos. Ist die Ladeleistung kleiner oder halb so groß wie die Batteriekapazität geht man von langsamen Laden aus. Beispiel: Batteriekapazität 44kWh und Ladeleistung bis max. 22kW (physikalisch hier jedoch nicht ganz korrekt ausgedrückt).

Bei langsamem Laden kann man die benötigte Zeit für eine Vollladung von 0% bis 100% SOC mit folgender Formel annähernd bestimmen:

Batteriekapazität in [kWh] / (Ladeleistung in [kW] * Wirkungsgrad 0,9) = Ladedauer in [h]

Zur Vereinfachung wird ein Wirkungsgrad des Ladegerätes von 90% (= 0,9) angenommen. Je nach Fahrzeugmodell und Ladeleistung kann der Wirkungsgrad zwischen 80% und 95% liegen.

Schnelles Laden

Beim Laden mit höheren Ladeleistungen im Verhältnis zur Batteriekapazität wird die Ladezeit jedoch von weiteren Faktoren beeinflusst als bisher beschrieben.

Heutige Lithium-Ionen-Akkus können nicht mit ihrer maximalen Ladeleistung über den kompletten Ladevorgang hindurch geladen werden. Mit zunehmendem Ladestand wird der Ladestrom immer weiter reduziert. Dieser Effekt kann beim langsamen Laden vernachlässigt werden, da der Ladestrom generell nicht hoch ist.

Beim schnellen Laden ist die maximale Leistung nur bis ca. 75% SOC der Batterie möglich. Ab diesem Punkt verlängert sich der Zeitbedarf bis zur Vollladung überproportional (s. Abb. 1). In der Praxis hat sich daher eine Nutzung für Langstreckenfahrten mit Batteriekapazitäten zwischen ca. 10% und 80% SOC bewährt um lange Ladezeiten zu vermeiden. Gleichstrom Schnellladestationen schalten zumeist sogar schon vor einer Vollladung ab.

Ladezeit Diagramm
Um die benötigte Ladezeit für eine schnelle Ladung von 0% bis 80% SOC annähernd zu bestimmen reicht folgende Berechnungsformel aus:

Batteriekapazität in [kWh] / Ladeleistung in [kW] = Ladedauer bis 80% in [h]

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