Elektromobilität

Wonach richtet sich die Ladezeit einer E-Auto-Batterie?

von Dirk Kunde

Wie lange dauert es, bis die Batterie im E-Auto geladen ist? Welche Faktoren sind zu beachten? aio beantwortet die wichtigsten Fragen zu E-Auto-Ladezeiten.

Was entscheidet darüber, wie schnell eine Batterie lädt?
Einflussfaktoren: Unterschiedliche Parameter bestimmen darüber, wie schnell eine Batterie wieder aufgeladen ist. Foto: aio

Das erfahren Sie gleich:

  • Was eine E-Auto-Batterie mit einem Kinosaal gemeinsam hat
  • Wie sich die Ladezeit berechnen lässt
  • Welche Faktoren die Ladezeit maßgeblich beeinflussen
  • Warum eine Batterie wetterfühlig ist – und wie Forscher ihr das abgewöhnen wollen

Die Ladedauer für eine Batterie im E-Auto wird von diversen Faktoren bestimmt – sie lädt aber grundsätzlich nach dem Prinzip: Je leerer die Batterie, desto schneller lädt sie wieder auf.

Der neue Audi e-tron

Das kann der erste elektrische SUV von Audi.

Mehr erfahren

audi.de/DAT-Hinweis

Im Laufe des Ladevorgangs verringert sich allerdings die Aufnahmeleistung. Diesen Effekt verdeutlicht eine Analogie mit einem großen Kino:

  • Strömen Menschen in einen leeren Kinosaal mit 800 Plätzen, sind bei freier Platzwahl die ersten vierhundert Sitze schnell besetzt.
  • Bis die nächsten 200 Plätze gefüllt sind, dauert es schon deutlich länger.
  • Die letzten 200 Sitzplätze zu besetzen, dauert am längsten – Leute müssen zusammenrücken oder aufstehen, um anderen Platz zu machen.

Weil Lithium-Ionen-Akkus den Ladestrom bei den letzten zehn bis fünf Prozent stark reduzieren, ist die Ladezeit für die finalen paar Prozent häufig nochmal genauso lang wie für die ersten 90 bis 95 Prozent davor.

Diese sogenannte Ladeschlussspannung soll verhindern, dass eine eventuell zu hohe Ladespannung den Akku oder die angeschlossene Elektronik im E-Auto beim Ladevorgang beschädigt.

Wie sich die Ladezeit berechnen lässt

Aufgrund des Kinosaal-Phänomens lässt sich die Ladezeit auch nur bis etwa 80 Prozent der Batteriekapazität verlässlich berechnen. Die entsprechende Formel lautet:

Ladezeit (in h) = Batteriekapazität (in kWh) / Ladeleistung (in kW)

  • Ein Renault Zoe etwa, mit einer Batteriekapazität von 22 kWh, wird an einer Haushaltssteckdose geladen (2,3 kW): 22 kWh / 2,3 kW = 9,56 h. Daraus ergibt sich eine Ladezeit von 9 Stunden und 33 Minuten.
  • Ein Tesla Model X 100D mit einer Batteriekapazität von 100 kWh wird an einem Supercharger mit einer Ladeleistung vom 120 kW geladen: 100 kWh / 120 kW = 0,83 h. Daraus ergibt sich eine Ladezeit von ungefähr 50 Minuten.

Diese Rechnung geht aber, wie oben erwähnt, nur bei bis zu 80 Prozent der Batteriekapazität auf.

Welche drei Faktoren die Ladezeit maßgeblich beeinflussen

1. Die Ladeleistung des Elektroautos

Auch die Ladeleistung des E-Autos selbst bestimmt die Ladezeit. Denn egal, wie stark der Strom ist, der ins Auto fließt, nicht jedes Modell kann diese Menge auch wirklich aufnehmen.

  • So lädt ein VW e-up mit maximal 3,7 kW Leistung
  • Ein neuer Renault Zoe lädt mit bis zu 22 kW
  • Der Nissan Leaf lädt mit maximal 50 kW
  • Ein Hyundai Ioniq mit bis zu 70 kW
  • Das Tesla Model X schafft sogar bis zu 120 kW

2. Äußere Umstände

Äußere Faktoren spielen ebenfalls eine Rolle bei den Ladezeiten von E-Autobatterien. Die Batterie mag es lieber angenehm warm. Mit mittleren Temperaturen (15 bis 25 Grad Celsius) kommt der Akku deshalb am besten zurecht.

Im Winter kann der Ladevorgang hingegen länger dauern, weil der Innenwiderstand der Batterie zunimmt. Die Viskosität (Zähflüssigkeit) der Elektrolyte in den Lithium-Zellen nimmt zu, was das Ladetempo drosselt.

Diese Batterie heizt sich bei kalten Temperaturen selbst auf ...

Temperaturen in einstelligen Bereichen und niedriger beeinflussen nicht nur die Ladezeit negativ, die sich spürbar erhöht. Auch die Reichweite mit einer Batterieladung sinkt in den kalten Monaten, denn die Batterie treibt nicht nur den Motor an, sondern auch die Heizung. Je nach Modell und Alter des Akkus kann die Reichweite dabei bis zu 30 oder gar 50 Prozent einbüßen.

An der Pennsylvania State Universität entwickeln Forscher deshalb einen Akku, der sich unabhängig vom Klima selbst aufheizt. Das soll einen kältebedingten Leistungseinbruch verhindern.

... lädt innerhalb von 15 Minuten ...

Doch der Akku kann noch mehr: Die in Nickelfolie eingewickelten Batteriezellen sollen dank der Selbsterwärmung in der Lage sein, sich an einer Schnellladesäule unabhängig von der Außentemperatur innerhalb von einer Viertelstunde aufzuladen.

Unter optimalen Bedingungen beträgt die Ladezeit an einer Schnellladestation zwischen 30 bis 60 Minuten (siehe unten). Wobei die reale Ladezeit vom Modell abhängt und lediglich als Richtwert betrachtet werden sollte.

Damit sich die Batterie selbst erwärmt, misst ein Sensor die Temperatur der Umgebung vor Beginn des Ladevorgangs. Liegt diese außerhalb des Idealbereichs, aktiviert der Sensor einen Schalter, der wiederum Elektronen durch die Folie fließen lässt. Die Bewegung der Elektronen erzeugt Wärme und lässt die Temperatur der Batterie ansteigen.

Ist diese hoch genug, startet die Batterie automatisch den Ladevorgang. Weil die Technologie Teil der Batterie ist, müssten bereits vorhanden Schnellladestationen auch nicht extra nachgerüstet werden, heißt es dazu in der offiziellen Pressemitteilung.

... und hält länger als bisherige Akkus

Im Testverfahren habe die selbsterhitzende Batterie bereits 4500 Ladezyklen bei 15 Minuten Ladezeit und einer Temperatur um die null Grad überstanden. Der Kapazitätsverlust liege lediglich bei 20 Prozent. Bei normalen Lithium-Ionen-Akkus wäre der gleiche Verlust bereits nach 50 Ladezyklen erreicht.

Das ergibt, so das Forscherteam, eine ungefähre Reichweite von 450.000 Kilometern, bevor die Batterie ausgetauscht werden müsste – oder anders: eine Lebenszeit von über zwölf Jahren.

3. Der Stromanschluss

Die entscheidendste Rolle – wie bereits die Berechnung der Ladezeit gezeigt hat – spielt hingegen die Art des Stromanschlusses. Je höher die Ladeleistung (Watt bzw. Kilowatt), umso schneller lädt die Batterie. Die Ladeleistung bestimmt sich dabei nach der Formel: Watt = Volt x Ampere.

Laden an der Haushaltssteckdose

An der Steckdose zuhause fließt Wechselstrom (AC / DC) mit einer Leistung von 2,3 kW. Für eine Batterie ist der Strom ungeeignet, da hier die Polung 50 Mal pro Sekunde wechselt (Frequenz von 50 Hertz).

E-Autos und Plug-in-Hybride verfügen zwar über einen Gleichrichter, der aus Wechselstrom beim Aufladen Gleichstrom macht. Die Leistungsfähigkeit des Richters ist aber ein Nadelöhr, das die Ladezeit beeinflussen kann.

Ein zusätzliches Manko im Haushaltsstromkreis ist der sehr niedrige einphasige Strom: Denn Elektriker sind angehalten, die einzelnen Stromkreise wie beispielsweise „Küche & Bad“ oder „Wohnzimmer & Flur“ im heimischen Sicherungskasten gleichmäßig auf die drei Phasen zu verteilen.

Laden an der Schnellladesäule

Zum Vergleich: An Schnellladesäulen ist die Ladeleistung dabei im höchsten. Diese liegt meist zwischen 50 und 135 kW.

Außerdem laden die Stationen mit Gleichstrom (DC) – also festen Polen, wie auch bei der Batterie selbst. Diesen Strom muss die E-Autobatterie nicht erst umwandeln – und lässt sich somit schneller einspeisen.

Updates

Bleiben Sie zum Thema Elektromobilität immer informiert.

Warum eine Wallbox die bessere Lösung ist

Mit einer speziellen Wallbox in der Garage lässt sich aber auch zuhause schneller und effizienter laden. Statt aus einer einphasigen Leitung fließt der Strom dann aus einer dreiphasigen.

Außerdem bieten diese Boxen zusätzliche Sicherheit, denn sie kommunizieren mit dem Auto und schalten bei Netzüberlastung automatisch ab. Zusätzlich lässt sich hier mit einer Photovoltaik-Anlage auf dem Dach arbeiten, die den Strom fürs E-Auto noch grüner macht.

Auch interessant

Diese Website verwendet Cookies, um die Nutzerfreundlichkeit zu verbessern. Durch die weitere Nutzung der Website stimmen Sie dem zu. Um mehr über die von uns verwendeten Cookies zu erfahren und wie man sie deaktiviert, können Sie unsere Cookie-Richtlinie aufrufen.

Schließen