Hochleistungsladung für Elektrofahrzeuge

Zehn-Minuten-Ladezeiten sind in aller Munde, doch es ist schwer abzuschätzen, wie viel von diesem Versprechen jemals in der Praxis Realität wird. Für Fahrer von Elektrofahrzeugen stellt sich die Frage: Reicht ein kurzer Stopp wirklich für die Reichweite, oder sitze ich am Ende doch noch eine halbe Stunde an der Ladestation? Für Betreiber und Planer von Ladeinfrastrukturen ist es eine ähnliche Frage: Lohnt es sich, mehr Geld für leistungsstarke Hardware auszugeben, nur um zehn Minuten laden zu können? Für ein typisches Elektroauto ist die Antwort heute klar: Eine vollständige Ladung von 0 auf 100 % in zehn Minuten ist unrealistisch. Was hingegen realistisch ist, ist das richtige Auto und die richtige Technologie. DC-SchnellladegerätDurch die Verwendung von Kabel und Stecker lässt sich die Reichweite in diesem Zeitraum sinnvoll erweitern. Für Fahrer und Projektverantwortliche ist es entscheidend zu verstehen, wo diese Grenze liegt und welche Anforderungen sie an Akku und Hardware stellt.  1.Kann man ein Elektroauto in 10 Minuten aufladen? Ladezeiten sind immer an einen Ladezustandsbereich (SOC) gebunden. Die meisten Angaben zum Schnellladen beziehen sich auf Bereiche wie 10–80 %, nicht auf 0–100 %.Im mittleren Bereich des Ladezustands (SOC) können Lithium-Ionen-Zellen deutlich höhere Ströme aufnehmen. Im oberen Bereich muss das Batteriemanagementsystem (BMS) die Stromzufuhr unterbrechen, um Überhitzung, Lithiumplattierung und andere Fehler zu verhindern. Deshalb erscheint der Ladevorgang in den letzten 20 % oft sehr langsam.Wenn also jemand von „10-minütigem Laden“ spricht, bedeutet das in der Regel eines von drei Dingen:·Hinzufügen einer festgelegten Energiemenge (zum Beispiel 20–30 kWh)·Hinzufügen einer festgelegten Reichweite (z. B. 200 km)·Durchlaufen eines mittleren SOC-Fensters bei einem bestimmten Fahrzeug und Ladegerät Nur sehr wenige Kombinationen in der Praxis versprechen überhaupt eine vollständige Füllung in dieser Zeit.  2.Wie schnell Elektrofahrzeuge wirklich laden: von Haushaltsnetzstrom bis zu ultraschnellem Gleichstrom. Im realen Einsatz wird die Ladegeschwindigkeit eher durch den Kontext als durch eine einzelne große kW-Zahl bestimmt. Klimaanlage für Zuhause·Das Laden zu Hause mit Level 1 und Level 2 bietet zwar eine geringe Leistung, ist aber immer möglich.·Ein Auto kann über Nacht 6–10 Stunden lang angeschlossen bleiben.·Damit kann man den Großteil des täglichen Fahrbetriebs abdecken, ohne jemals DC-Schnellladegeräte in Anspruch nehmen zu müssen. Konventionelles Gleichstrom-Schnellladen (ca. 50–150 kW)·Bei kompatiblen Fahrzeugen dauert der Ladevorgang von 10 auf 80 % oft 30 bis 60 Minuten.·Bei älteren Modellen, kleinen Akkus oder Fahrzeugen, die nur für eine geringere Gleichstromleistung ausgelegt sind, kann es länger dauern.·Für viele Autofahrer passt dies immer noch ganz selbstverständlich in einen Essensstopp oder eine Einkaufsfahrt. Hochleistungs- und ultraschnelle Gleichstromgeräte (250–350 kW und mehr)·Moderne Hochspannungsplattformen können im mittleren SOC-Bereich sehr hohe Leistungen aufnehmen.·Unter günstigen Bedingungen – vorkonditionierter Akku, mildes Wetter, niedriger anfänglicher Ladezustand – können 10–20 Minuten den Ladezustand des Fahrzeugs von einem niedrigen Wert auf ein für die nächste Etappe akzeptables Niveau bringen. Für Standortbetreiber wirken sich dieselben Faktoren, die das Fahrerlebnis beeinflussen, auch auf die Auslastung aus:·Ankunft SOC·Batteriegröße und Gleichstromfähigkeit des lokalen Fahrzeugmixes·wie lange die Fahrer tatsächlich bleibenEin Standort, an dem die meisten Autos 45 Minuten stehen, verhält sich hinsichtlich der Anzahl der täglich bedienten Fahrzeuge ganz anders als ein Standort, an dem die meisten Autos nur 10–15 Minuten stehen, selbst wenn die beworbene Ladeleistung ähnlich ist.  3.Was ein 10-minütiger Stopp tatsächlich hinzufügt Fahrer denken in Entfernungen, nicht in Prozenten. Betreiber von Campingplätzen denken in Fahrzeugen pro Stellplatz und Tag. Beides lässt sich aus denselben grundlegenden Zahlen ableiten.Die nachstehende Tabelle verwendet einfache Archetypen, um zu zeigen, wie zehn Minuten an einem geeigneten Hochleistungs-Gleichstromladegerät in der Praxis aussehen könnten.FahrzeugarchetypBatterie (kWh)Maximale Gleichstromleistung (kW)Energie in 10 min (kWh)*Reichweite hinzugefügt (km)*Typischer AnwendungsfallHochvolt-Highway-SUV90250–27035–40150–200Lange AutobahnabschnitteMittelgroße Familienlimousine70150–20022–28110–160Gemischte Stadt- und AutobahnauffahrtKompaktes Stadtauto5080–12013–1870–120Überwiegend städtisch, gelegentlich AutobahnKleintransporter75120–15020–2590–140Lieferrouten, Depotauffüllungen *Vorausgesetzt wird ein günstiger Ladezustand (z. B. 10–60 %) bei Verwendung eines kompatiblen Hochleistungs-Gleichstromladegeräts und moderater Temperatur. Für Pendler kann dieser 10-minütige Stopp die Reichweite mehrerer Tage Stadtverkehr abdecken. Für Fernfahrer bedeutet er vielleicht eine weitere Autobahnetappe ohne Reichweitenangst. Betrachtet man die Ladebucht-Umschlagshäufigkeit, so zeigt die gleiche Tabelle, dass eine Hochleistungsladebucht mehrere Fahrzeuge pro Stunde bedienen kann, wenn die meisten Fahrer nur 10–15 Minuten benötigen, anstatt eine Ladebucht für fast eine Stunde pro Fahrzeug zu belegen.  4.Was die Batterie verkraftet – Grenzen und LebensdauerDie Batterie ist die erste harte Grenze für eine zehnminütige Ladung.Chemie und Ladungsrate·Jede Zellkonstruktion hat eine praktische Laderate (C-Rate), die sie tolerieren kann.·Wird eine Zelle zu stark beansprucht, kann sich Lithium auf der Anode abscheiden, was die Kapazität beeinträchtigt und zu Sicherheitsproblemen führen kann. Hitze·Hohe Stromstärke verursacht interne Verluste und Wärme.·Kann die Wärme nicht schnell genug abgeführt werden, steigt die Zelltemperatur und das BMS reduziert die Leistung, um innerhalb sicherer Grenzen zu bleiben. Abhängigkeit vom SOC·Zellen lassen sich bei niedrigem und mittlerem Ladezustand (SOC) besser schnell aufladen.·Bei fast vollem Akku verringern sich die Sicherheitsmargen und der Ladevorgang muss verlangsamt werden. Die Forschung im Bereich des extremen Schnellladens konzentriert sich auf alle drei Bereiche: neue Elektrodenmaterialien, verbesserte Zellgeometrie und effektivere Kühlwege. Dennoch ist sehr schnelles Laden stets an einen begrenzten Ladezustandsbereich gebunden und erfordert ein speziell entwickeltes Akkupack und Kühlsystem. Lebensdauer und täglicher GebrauchFür Privatfahrer stellt sich weniger die Frage „Kann der Akku eine 10-minütige Schnellladung verkraften?“, sondern vielmehr „Was passiert, wenn ich das ständig mache?“ Wichtigste Punkte:·Gelegentliches Schnellladen mit Gleichstrom auf längeren Fahrten hat einen mäßigen Einfluss auf die Lebensdauer.·Die sehr häufige Verwendung von Gleichstrom mit hoher Leistung, insbesondere bei sehr hohem Ladezustand (SOC), kann die Alterung beschleunigen.·Es hilft sehr, sich in einem moderaten SOC-Bereich aufzuhalten und dem BMS und dem Thermalsystem ihre Arbeit zu überlassen. Ein praktisches Schnittmuster sieht folgendermaßen aus:·Klimaanlagen für Zuhause oder den Arbeitsplatz als Rückgrat der täglichen Energieversorgung·Gleichstrom-Schnellladung, wenn Entfernungs- oder Zeitbeschränkungen dies erfordern·Gleichstrom muss man nicht komplett vermeiden, aber man muss ihn auch nicht für jede Kilowattstunde jagen. Für Flottenbetreiber und Fahrdienstvermittler, die auf Gleichstrom-Schnellladung angewiesen sind, wird die Akkulebensdauer zum integralen Bestandteil des Geschäftsmodells. Ladestrategien, Ladezeiträume und die Platzierung der Ladestationen müssen unter Berücksichtigung der Fahrzeugverfügbarkeit und der Kosten für einen Akkuwechsel gewählt werden.  5.Hardware für 10-Minuten-LadevorgängeDie Bereitstellung nutzbarer Energie innerhalb von zehn Minuten betrifft nicht nur das Auto. Von der Netzanbindung bis zum Fahrzeugladeanschluss muss alles in der Lage sein, hohe Leistungen wiederholgenau zu verarbeiten. Die Kette sieht typischerweise so aus:·Netz und TransformatorAusreichende vertraglich vereinbarte Kapazität und Transformatorleistung für mehrere Hochleistungsladegeräte sowie die gesamte Gebäudelast. ·GleichstromladegerätLeistungsmodule, die auf die vorgesehene Leistung pro Steckplatz ausgelegt sind, mit einem thermischen Design, das dauerhaft hohe Leistungen bewältigt. Intelligente Leistungsverteilung auf die Anschlüsse, wenn mehrere Fahrzeuge an einen Schrank angeschlossen werden. ·GleichstromkabelBei Strömen von mehreren hundert Ampere wird ein herkömmliches luftgekühltes Kabel schwer und heiß. Flüssigkeitsgekühlte Gleichstromkabel ermöglichen hohe Ströme bei gleichzeitig überschaubarem Gewicht und niedriger Oberflächentemperatur. ·DC-AnschlussDer Steckverbinder muss den Strom durch seine Kontakte leiten und dabei Temperatur und Kontaktwiderstand kontrollieren. Er muss außerdem Tausende von Steckzyklen, raue Behandlung und Witterungseinflüsse überstehen, oft bei hohen Schutzarten. ·Fahrzeuganschluss und BatterieDer Eingang muss dem Anschlussstandard und der Strombelastbarkeit entsprechen; Batterie und Batteriemanagementsystem müssen diese Leistung auch tatsächlich anfordern und akzeptieren. Für Hochleistungsladestationen sind hochstromfähige CCS2-, CCS1- oder GB/T-Steckverbinder und die dazugehörigen DC-Ladekabel zentraler Bestandteil der Konstruktion und kein bloßes Zubehör. Anbieter wie Workersbee arbeiten mit Herstellern von Ladestationen und Betreibern von Ladestationen zusammen, um Steckverbinder für Elektrofahrzeuge und flüssigkeitsgekühlte DC-Kabelsysteme bereitzustellen, die speziell für den dauerhaften Betrieb mit hoher Leistung und nicht nur für gelegentliche Kurzzeitladungen ausgelegt sind.  6.Planung eines Hochleistungs-GleichstromstandortsWenn Betreiber von Ladestationen oder Projektinhaber über das Laden im „10-Minuten-Stil“ nachdenken, ist es selten der beste Ausgangspunkt, einfach den höchsten Leistungswert aus einer Broschüre zu übernehmen.Ein bodenständigerer Ansatz ist es, von der tatsächlichen Nutzung der Website auszugehen. Standort und Verhalten·Auf Autobahnkorridoren sind die Aufenthalte kurz und die Erwartungen an die Geschwindigkeit hoch.·Auf städtischen Einzelhandelsparkplätzen und in Freizeiteinrichtungen gibt es naturgemäß längere Verweilzeiten, daher bieten Gleich- und Wechselstrom mittlerer Leistung möglicherweise ein besseres Gesamtpreis-Leistungs-Verhältnis.·Depots und Logistikzentren können das Laden über Nacht mit gezielten Schnellladefunktionen kombinieren. Zielverweilzeit und Fahrzeuge pro Tag·Legen Sie fest, wie lange ein Fahrzeug durchschnittlich bleiben sollte und wie viele Fahrzeuge jede Parkbucht aufnehmen soll.·Diese Zahlen verdeutlichen den benötigten Stromverbrauch pro Schacht weitaus stärker als die Angaben in der Werbung. Stromversorgung·Entscheiden Sie, wie viele Stellplätze, wenn überhaupt, tatsächlich eine Leistung von 250–350 kW benötigen.·Andere Ladebuchten eignen sich möglicherweise besser für eine Leistung von 60–120 kW, was für viele Fahrzeuge, die von einer höheren Leistung nicht profitieren können, immer noch „schnell“ ist. Kabel- und Steckerauswahl·Natürliche Kühlung bei Gleichstromkabeln ist einfacher und günstiger, begrenzt aber den Stromfluss und kann bei steigender Leistung schwer werden.·Flüssigkeitsgekühlte Kabel und Hochstromanschlüsse sind zwar teurer, ermöglichen aber an den richtigen Standorten kürzere Sitzungen und eine höhere Durchlaufzeit der Laufwerke.·Bei rauen Klimabedingungen oder starker gewerblicher Beanspruchung bedürfen Abdichtung, Zugentlastung und Robustheit besonderer Aufmerksamkeit. Betrieb und Sicherheit·Hochleistungsgeräte erfordern regelmäßige Inspektionen und klare Verfahren für den Umgang mit Verunreinigungen, Beschädigungen oder Überhitzungsereignissen.·Mitarbeiterschulungen und klare Benutzeranweisungen reduzieren Fehlbedienungen und verlängern die Lebensdauer der Geräte. Viele Teams finden es einfacher, diese Komplexität mit einer kurzen internen Checkliste zu bewältigen: Hauptanwendungsfall, angestrebte Verweildauer, Zielanzahl Fahrzeuge pro Ladebucht und Tag sowie die für diese Kombination sinnvolle Ladeleistung, Kabeltechnologie und Steckerbelegung.  7.Wer profitiert am meisten von einer 10-minütigen Ladung?Nicht jeder braucht annähernd zehnminütige Sitzungen.Fernfahrer·Eine Handvoll echter Hochleistungs-Ladebuchten entlang eines Korridors kann ihre Reisen verändern.·Sie müssen diese möglicherweise nur ein paar Mal im Jahr verwenden, aber der Einfluss auf das Selbstvertrauen ist groß. Fahrdienstvermittlung, Taxi- und Lieferflotten·Zeit am Ladegerät ist Zeit, in der man kein Geld verdient.·Für diese Nutzer kann sich selbst eine Verkürzung eines Stopps von 30 Minuten auf 15 Minuten bei einer ganzen Flotte summieren.·Allerdings sind eine planbare Verfügbarkeit und eine intelligente Zeitplanung oft wichtiger als der absolute Spitzenleistungswert. Pendler in der Stadt, die zu Hause oder am Arbeitsplatz laden·Der Großteil des täglichen Energiebedarfs kann durch Klimaanlagen gedeckt werden.·Gelegentlicher Gleichstrom mittlerer Leistung in der Nähe von Einkaufs- oder Freizeitzielen ist in der Regel ausreichend.·Für diese Gruppe sind mehrere Steckdosen an den richtigen Stellen besser als ein einzelnes ultraschnelles Gerät. Aus Sicht der Netzwerkplanung bedeutet dies, dass extrem schnelles Laden in bestimmte Korridore und Knotenpunkte gehört und nicht an jede Ecke jeder Stadt.  8.Wie sich das Zehn-Minuten-Laden im Laufe des nächsten Jahrzehnts verändern könnteMehrere Trends dürften dazu führen, dass sich Schnellladen schneller anfühlt, auch wenn die Schlagzeile von zehn Minuten eher ein Ausnahmefall als eine alltägliche Gewohnheit bleibt.·Plattformen mit höherer Spannung dringen in die Mainstream-Preissegmente vor.·Batteriedesigns, die höhere Laderaten innerhalb sicherer Grenzen ermöglichen und durch ein verbessertes Wärmemanagement unterstützt werden.·Intelligentes Energiemanagement auf Standortebene und in einigen Fällen lokale Speicherlösungen zur Glättung von Netzengpässen bei gleichzeitig hoher Spitzenleistung für Fahrzeuge. Bei Projekten mit hohem Leistungsbedarf ist es sinnvoll, an Upgrade-Pfade zu denken: Leitungen, Schaltanlagen, Ladegeräte, Kabel und Steckverbinder, die im Zuge der Weiterentwicklung der Fahrzeuge gewartet und aufgerüstet werden können, ohne dass der gesamte Standort neu aufgebaut werden muss.  9.Was ist jetzt zu tun: Fahrer, Flottenbetreiber und StandortinhaberFür Fahrer:·Erwarten Sie keine vollständige Aufladung in zehn Minuten und benötigen Sie dies für die meisten Fahrten auch nicht.·Mit dem richtigen Auto und Ladegerät können schon zehn bis fünfzehn Minuten die Reichweite deutlich erhöhen.·Betrachten Sie Schnellladen als ein Werkzeug unter mehreren, nicht als die einzige Möglichkeit, das Auto mit Strom zu versorgen. Für Flotten:·Die Ladepläne sollten sich daran orientieren, wo die Fahrzeuge tatsächlich stehen und wie die Routen strukturiert sind.·Setzen Sie Hochleistungs-Gleichstrom ein, wenn dadurch die Fahrzeugverfügbarkeit deutlich verbessert wird und die Kosten gerechtfertigt sind, und optimieren Sie die SOC-Fenster, um die Lebensdauer des Akkus zu schützen. Für Website-Betreiber und CPOs:·Beginnen Sie mit Anwendungsfällen, Verkehrsmustern und gewünschten Verweilzeiten und dimensionieren Sie dann Leistung, Kabel und Anschlüsse entsprechend.·Für Standorte, die tatsächlich einen Betrieb mit hoher Leistung benötigen, sollten Sie in Hochstrom-Gleichstromsteckverbinder und geeignete Kabeltechnik investieren; sie gehören zur Kerninfrastruktur und sind keine optionalen Extras.  Häufig gestellte Fragen: 10-Minuten-Ladevorgang für ElektrofahrzeugeKann heutzutage jedes Elektrofahrzeug in 10 Minuten vollständig aufgeladen werden?Für heutige Elektrofahrzeuge ist eine vollständige Ladung von 0 auf 100 % in zehn Minuten unrealistisch. Schnellladezeiten sind stets an einen bestimmten Ladezustandsbereich, beispielsweise 10–80 %, gebunden und setzen ein kompatibles Hochleistungs-Gleichstromladegerät voraus. Selbst die schnellsten Fahrzeuge verlangsamen ihre Ladegeschwindigkeit deutlich, wenn sie sich einem hohen Ladezustand nähern, um die Batterie zu schützen. Wie viel Reichweite kann ein typisches Elektrofahrzeug durch einen 10-minütigen Stopp zusätzlich gewinnen?An einem geeigneten Hochleistungs-Gleichstromladegerät können viele moderne Elektrofahrzeuge in zehn Minuten etwa 70–200 km Reichweite gewinnen. Die genaue Reichweite hängt von der Batteriegröße, der maximalen Gleichstromaufnahme des Fahrzeugs, der Temperatur und dem Ladezustand bei Ankunft ab. Unter günstigen Bedingungen reicht ein zehnminütiger Ladevorgang oft aus, um die Strecke für mehrere Tage oder eine weitere Autobahnfahrt zurückzulegen. Beschädigt Schnellladen immer die Batterie eines Elektrofahrzeugs?Schnellladen belastet die Akkus im Vergleich zum schonenden Laden mit Wechselstrom zusätzlich, insbesondere bei häufiger Nutzung und sehr hohem Ladezustand. Moderne Akkus, Wärmesysteme und Batteriemanagement-Software sind darauf ausgelegt, die Zellen innerhalb sicherer Grenzen zu halten und die Leistung bei Bedarf zu reduzieren. Gelegentliches Schnellladen mit Gleichstrom auf Reisen ist in der Regel unproblematisch; tägliches Schnellladen als Hauptlademethode kann die Alterung beschleunigen und sollte daher mit sinnvollen Ladezeiträumen vermieden werden. Wo ist ultraschnelles Laden von Elektrofahrzeugen am sinnvollsten?Ultraschnelles Gleichstromladen ist besonders auf stark befahrenen Autobahnkorridoren, in Depots und Verkehrsknotenpunkten von Vorteil, wo Fahrzeuge schnell wenden müssen. Fernfahrer, Fahrdienstvermittler und Lieferwagen profitieren am meisten von kürzeren Ladezeiten und einer höheren Umschlagshäufigkeit der Ladestationen. In städtischen Gebieten mit langen Standzeiten ist eine größere Anzahl von Gleichstrom- oder Wechselstromladegeräten mittlerer Leistung oft besser geeignet als eine einzelne ultraschnelle Ladestation. Erreichen alle Hochleistungsladegeräte in der Praxis die gleiche Ladegeschwindigkeit?Nicht unbedingt. Die auf dem Ladegerät angegebene Leistung ist nur ein Teil der Wahrheit; die Gleichstrombegrenzung des Fahrzeugs, seine Ladekurve, die Belastbarkeit von Kabel und Stecker, die Temperatur und die Anzahl der Fahrzeuge, die sich dasselbe Ladegerät teilen, beeinflussen die tatsächliche Ladegeschwindigkeit. In der Praxis bietet ein optimal aufeinander abgestimmtes Fahrzeug und Ladegerät, das innerhalb seiner Spezifikationen arbeitet, oft ein besseres Ladeerlebnis als ein Ladegerät mit einer höheren Leistung, das außerhalb seiner optimalen Bedingungen betrieben wird.  Worksbee arbeitet mit Ladegeräteherstellern und Standortbetreibern zusammen, um zu entwickeln EV-Anschlüsse und Gleichstrom-Ladekabel für CCS2CCS1, GB/T und andere Hochleistungsstandards. Wenn Akku, Ladegerät, Kabel und Stecker als ein System und nicht als separate Komponenten spezifiziert sind, wird eine zehnminütige Ladepause dort, wo sie wirklich einen Mehrwert bietet, zu einem vorhersehbaren Bestandteil des Ladevorgangs.