Schnellladen bei Elektroautos: Warum die vom Hersteller angegebene maximale Ladeleistung nicht die ganze Geschichte erzählt

Vor nicht allzu langer Zeit wurde bei der Bewertung eines Elektroautos fast ausschließlich die Reichweite betrachtet: Je mehr Kilometer angegeben wurden, desto besser schien das Fahrzeug für Langstreckenfahrten geeignet. Doch in Wirklichkeit ist bei großen Strecken genauso wichtig wie die Energiemenge, die in den Akku passt, wie schnell er während eines Stopps wieder aufgeladen werden kann. Hier kommt das Schnellladen mit Gleichstrom ins Spiel, das in der Zeit, in der wir einen Kaffee trinken oder ein paar Minuten pausieren, Hunderte Kilometer Reichweite nachladen kann.

Das Problem ist, dass die vom Hersteller angegebene maximale Ladeleistung mit Gleichstrom, das sogenannte „Schnellladen“, für sich allein nicht erklärt, wie ein Auto tatsächlich lädt. Ein Modell, das eine Spitzenladeleistung von 250 kW erreicht, benötigt nicht immer weniger Zeit zum Laden des Akkus als ein anderes, das auf 200 kW begrenzt ist. Entscheidend ist, wie lange diese Leistung gehalten wird, wie groß der Akku ist, welche Temperatur er hat, mit welchem Ladestand er angeschlossen wird und wie viel Energie das Fahrzeug pro Kilometer verbraucht.

Um herauszufinden, welches Elektroauto auf Reisen am besten ist, muss man deshalb weit über die große Zahl im technischen Datenblatt hinausschauen.

Was genau ist Schnellladen?

Der Akku eines Elektroautos speichert Energie in Form von Gleichstrom. Wenn wir zu Hause oder an einer Wechselstromsäule laden, muss der Strom durch das Bordladegerät des Fahrzeugs fließen, das ihn in Gleichstrom umwandelt, bevor er an den Akku weitergeleitet wird. Bei einer Schnellladestation erfolgt diese Umwandlung außerhalb des Autos. Die Säule liefert den Gleichstrom direkt an den Akku und umgeht so die Leistungsbegrenzung des Bordladegeräts.

Deshalb kann ein und dasselbe Fahrzeug beispielsweise 11 kW im Wechselstrom und 150, 250 oder sogar mehr als 300 kW im Gleichstrom aufnehmen. Man sollte zwei Einheiten unterscheiden, die häufig verwechselt werden:

• Die Kilowatt – kW geben die Leistung an, also die momentane Geschwindigkeit, mit der geladen wird.
• Die Kilowattstunden – kWh geben die Energie an, also die Menge, die der Akku speichern kann oder die während des Ladevorgangs aufgenommen wurde.

Das ist wichtig, denn ein Akku mit 100 kWh nutzbarer Kapazität wird an einer 100-kW-Säule nicht zwingend in einer Stunde geladen. Diese einfache Division würde nur funktionieren, wenn das Auto vom Anfang bis zum Ende konstant 100 kW erhielte, was in der Praxis aufgrund der Ladekurve und der Verluste im Prozess nicht geschieht. Die tatsächliche Ladezeit hängt vom Anfangsladestand des Akkus, seiner Kapazität, der Leistung, die das Fahrzeug aufnehmen kann, und der Leistung ab, die die Station liefern kann.

Worin liegt der Unterschied zwischen einer 400- und einer 800-Volt-Plattform?

Die meisten frühen modernen Elektroautos verwendeten Systeme mit etwa 400 Volt. Diese Architektur ist nach wie vor verbreitet und ermöglicht hohe Ladeleistungen, weshalb sie nicht als veraltete Technik betrachtet werden sollte. Immer mehr Hersteller setzen jedoch bei ihren leistungsstärkeren Modellen auf 800-Volt-Systeme.

Die elektrische Leistung ergibt sich vereinfacht aus der Multiplikation von Spannung und Stromstärke: Leistung = Spannung × Stromstärke. Um 200 kW mit einem 400-Volt-System zu liefern, werden theoretisch etwa 500 Ampere benötigt. Mit 800 Volt kann dieselbe Leistung mit etwa der halben Stromstärke erreicht werden.

Die Vorteile? Eine geringere Stromstärke verringert die Verluste durch Widerstand und die Wärmeentwicklung in Kabeln, Steckern und elektronischen Komponenten. Außerdem lassen sich leichtere Leiter verwenden oder die Leistung steigern, ohne die Stromstärke stark zu erhöhen. Unter geeigneten Bedingungen erleichtert eine 800-Volt-Architektur das Erreichen und Halten sehr hoher Leistungen. Als Beispiel: Der smart 5 kann 400 kW erreichen und mit seinem 100-kWh-Akku in 18 Minuten von 10 auf 80 % laden.

Aber Achtung: Das bedeutet nicht, dass jedes Auto mit 800 Volt immer besser lädt als eines mit 400-Volt-Technik.

800 Volt garantieren kein gutes Schnellladen

Die elektrische Architektur ist nur ein Teil des Gesamtsystems. Auch die Chemie und das Design der Zellen, ihre Fähigkeit, Strom aufzunehmen, das Kühlsystem, die Steuerungssoftware des Batteriemanagementsystems und die Leistung des Ladegeräts spielen eine Rolle. Es gibt 400-Volt-Fahrzeuge mit sehr konkurrenzfähigen Ladekurven und 800-Volt-Fahrzeuge, die das theoretische Potenzial dieser Architektur nicht vollständig ausschöpfen.

Außerdem muss geprüft werden, was passiert, wenn ein 800-Volt-Auto an einer Station mit niedrigerer Ausgangsspannung angeschlossen wird. Manche Fahrzeuge verfügen über einen Hochsetzsteller, der die Spannung anpasst; andere nutzen bestimmte Komponenten des Antriebssystems für diese Funktion. Die verfügbare Leistung kann unter diesen Bedingungen geringer sein als bei einem Ladegerät, das mit 800 Volt kompatibel ist.

Bei den neuesten Systemen werden außerdem Akkus entwickelt, die ihre interne Konfiguration verändern können, um sowohl an 400- als auch an 800-Volt-Säulen effizient zu laden, wie die Bank-Charging-Technologie, die Audi im Q6 e-tron eingeführt hat. Dabei wird der 800-Volt-Akku in zwei Teilakkus gleicher Spannung aufgeteilt, die parallel geladen werden, ohne dass ein zusätzlicher Spannungswandler nötig ist. Ziel ist, dass der Fahrer ein heterogenes Netz nutzen kann, ohne deutliche Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Die Spannung lässt also Rückschlüsse auf das Potenzial des Fahrzeugs zu, ersetzt aber nicht die eigentlich nützliche Angabe: wie lange es dauert, unter realen Bedingungen Energie aufzunehmen. Und genau darauf sollten Sie achten.

Was ist die Ladekurve?

Wenn ein Hersteller angibt, dass ein Auto mit 250 kW lädt, nennt er die maximale Leistung, die unter bestimmten Bedingungen erreicht werden kann. Das bedeutet nicht, dass während der gesamten Ladung 250 kW anliegen. Diese Spitze kann einige Minuten gehalten werden, nur für kurze Momente auftreten oder gar nicht erreicht werden, wenn sich der Akku nicht im passenden Zustand befindet.

Stellen wir uns zwei Autos vor: Das erste erreicht 250 kW, reduziert die Leistung aber schnell auf unter 150 kW; das zweite hat ein Maximum von 200 kW, hält aber einen großen Teil des Vorgangs nahe an diesem Wert. Obwohl das erste eine höhere Leistung angibt, könnte das zweite das Laden von 10 auf 80 % schneller abschließen. Deshalb sind die Gesamtzeit in diesem Intervall und die mittlere Ladeleistung viel aussagekräftiger als der Spitzenwert.

Die Ladekurve zeigt, wie sich die vom Akku aufgenommene Leistung mit steigendem Ladezustand oder SOC (englisch State of Charge) verändert. Normalerweise beginnt ein Auto mit wenig Akkuladung mit einer moderaten Leistung, erreicht sein Maximum, sobald sich die Temperatur stabilisiert hat, und hält dann einen mehr oder weniger großen Bereich mit hoher Leistung. Danach nimmt sie allmählich ab. Die genaue Form unterscheidet sich stark zwischen den Fahrzeugen. Manche Kurven zeigen ein stabiles Plateau, andere Stufen, und bei bestimmten Modellen sinkt die Leistung fast kontinuierlich von der Anfangsspitze an.

Der Akku kann mehr Energie aufnehmen, wenn seine Zellen relativ entladen sind. Wenn sie sich ihrer maximalen Spannung nähern, muss das System die Stromstärke reduzieren, um die Temperatur zu kontrollieren, Schäden zu vermeiden und den Ladezustand zwischen den einzelnen Zellen auszugleichen.

Bei vielen Fahrzeugen liegt der schnellste Ladebereich etwa zwischen 10 und 60 %. Danach nimmt die Leistung ab, und nahe 80 % wird die Verlangsamung meist deutlich spürbar. Deshalb verwenden viele Hersteller 80 % als Bezugspunkt, um die Fahrt beim Laden fortzusetzen, da der Vorgang ab diesem Niveau erheblich an Geschwindigkeit verliert. Das erklärt, warum die Hersteller meist die Zeit von 10 bis 80 % angeben und nicht die Zeit, die für eine vollständige Ladung von 0 bis 100 % nötig ist.

Warum lädt das Auto nicht immer mit maximaler Leistung?

Fahrzeug und Ladesäule handeln ständig Spannung und Stromstärke aus, die der Akku aufnehmen darf. Das Auto fordert die Leistung an, die es in jedem Moment für sicher hält, und die Säule liefert das Maximum, das innerhalb ihrer eigenen Grenzen möglich ist. Zu den wichtigsten Faktoren gehören folgende.

• Der Ladezustand: Ein Akku mit 10 % kann in der Regel deutlich mehr Leistung aufnehmen als einer bei 80 oder 90 %. Je näher er der Vollladung kommt, desto langsamer muss der Vorgang werden. Das ist vergleichbar mit dem Befüllen eines Gefäßes ohne Überlaufen: Am Anfang kann man den Hahn weit öffnen, aber wenn es fast voll ist, muss man den Durchfluss verringern.
• Die Akkutemperatur: Lithium-Ionen-Akkus haben ein thermisches Fenster, in dem sie Schnellladung am besten vertragen. Sind sie zu kalt, steigt ihr Innenwiderstand, und das System begrenzt die Stromstärke, um schädliche Effekte wie die Abscheidung von metallischem Lithium an der Anode zu verhindern. Sind sie zu heiß, wird die Leistung ebenfalls reduziert, um die Zellen zu schützen und eine beschleunigte Alterung zu vermeiden.
• Die Vorkonditionierung: Besonders gut auf Reisen vorbereitete Autos können den Akku vor Ankunft an der Ladestation erwärmen oder kühlen. Oft genügt es, eine Schnellladestation im integrierten Navigationssystem als Ziel auszuwählen. Das Fahrzeug berechnet, wann die Konditionierung beginnen muss, damit die optimale Temperatur beim Anstecken erreicht ist. Diese Funktion ist vor allem im Winter wichtig. Ein Auto, das 250 kW erreichen kann, kann weit darunter liegen, wenn es nach einer Nacht bei niedriger Temperatur angeschlossen wird und keine Vorkonditionierung hat. Nicht alle Modelle aktivieren sie auf die gleiche Weise. Manche tun dies automatisch, sobald das Ladegerät im Navigationssystem eingegeben wird; andere lassen sich manuell aktivieren; und bei bestimmten Fahrzeugen ist sie nicht verfügbar. Das sollte man vor dem Kauf überprüfen.
• Kapazität und Chemie des Akkus: Ein großer Akku kann im gleichen Prozentintervall mehr Energie aufnehmen als ein kleiner. Der Sprung von 10 auf 80 % bei einem nutzbaren Akku von 100 kWh entspricht etwa 70 kWh; bei einem mit 60 kWh etwa 42 kWh. Deshalb reicht ein reiner Zeitvergleich ohne Berücksichtigung der Kapazität nicht aus. Zwei Autos können jeweils 20 Minuten benötigen, doch das erste hat dann viel mehr potenzielle Kilometer aufgenommen. Auch die Chemie spielt eine Rolle. NMC- und LFP-Akkus unterscheiden sich in Energiedichte, thermischem Verhalten, Langlebigkeit und zulässiger Leistung. Allerdings lässt sich nicht pauschal sagen, dass eine Chemie immer besser lädt als eine andere: Es hängt vom konkreten Zellendesign und dem Gesamtsystem ab.
• Die Grenzen der Ladesäule: Eine 350-kW-Säule garantiert nicht, dass das Auto diese Leistung erhält. Sie kann durch ihre maximale Spannung, die vom Kabel zugelassene Stromstärke oder die insgesamt verfügbare Leistung der Anlage begrenzt sein. Manche Stationen teilen sich die Leistung zwischen zwei oder mehr Anschlüssen. Kommt ein weiteres Fahrzeug hinzu, kann die jedem einzelnen zur Verfügung stehende Energie sinken. Ladesäulen verfügen außerdem über thermische Schutzsysteme. An sehr heißen Tagen oder nach mehreren Ladevorgängen mit hoher Leistung kann die Säule die Stromstärke vorübergehend reduzieren, um eine Überhitzung zu vermeiden. Die Endgeschwindigkeit ist natürlich immer durch das langsamste Element begrenzt: Ein Auto, das 250 kW aufnehmen kann, lädt an einer 100-kW-Säule höchstens mit 100 kW.

Worauf man beim Kauf eines Elektroautos für Reisen achten sollte

Die maximale Ladeleistung bleibt ein relevanter Wert, sollte aber zusammen mit anderen Parametern betrachtet werden.

• Die reale Zeit von 10 bis 80 %: Das ist der einfachste Vergleichswert zwischen Autos. Noch besser ist er, wenn er aus unabhängigen Tests bei verschiedenen Temperaturen stammt und nicht nur aus der Herstellerangabe.
• Die mittlere Ladeleistung: Sie zeigt, ob die Spitze gehalten wird oder nur theoretischer Natur ist. Man erhält sie, indem man die zugeführte Energie durch die benötigte Zeit teilt. Wenn ein Auto zum Beispiel in 20 Minuten 56 kWh aufnimmt, lag die mittlere Leistung in diesem Zeitraum bei etwa 168 kW, auch wenn es zwischendurch 250 kW erreicht haben mag.
• Die Reichweite, die pro Minute zurückgewonnen wird: Für Reisen ist dieser Wert oft nützlicher als die kW-Angabe. Ein sehr effizientes Auto, das 17 kWh/100 km verbraucht, nutzt jede nachgeladene Kilowattstunde besser als ein SUV mit 25 kWh/100 km. Auch wenn Letzteres mit höherer Leistung lädt, könnte es Kilometer in ähnlichem oder sogar geringerem Tempo zurückgewinnen. Deshalb sollten Schnellladung und Effizienz gemeinsam betrachtet werden.
• Der reale Verbrauch auf der Autobahn: Die WLTP-Reichweite vermischt verschiedene Szenarien und entspricht nicht unbedingt dem, was bei 120 km/h passiert. Für die Reiseplanung ist die reale Reichweite auf der Autobahn wichtig, besonders im Winter. Ein Auto kann 600 km WLTP angeben und trotzdem früher stoppen müssen als eines mit 520 km, wenn seine Aerodynamik oder sein Verbrauch bei hoher Geschwindigkeit schlechter ist.
• Das Vorhandensein einer Vorkonditionierung: Sie sollte automatisch funktionieren, einfach zu aktivieren und mit der Ladestationsdatenbank des Navigationssystems kompatibel sein. Nützlich ist auch eine manuelle Aktivierung, mit der man den Akku vorbereiten kann, wenn die Reise mit einer externen App geplant wird.
• Die Routenplanung: Eine gute Routenplanung berechnet, wo Halt gemacht wird, mit welchem Prozentsatz man ankommt, wie lange geladen werden muss und mit welchem Ladestand die nächste Station oder das Ziel erreicht wird. Fortschrittliche Systeme berücksichtigen außerdem Leistung, Verfügbarkeit und Betreiber der Ladesäulen und passen die Route an, wenn sich der Verbrauch während der Fahrt ändert.
• Die Leistung bei aufeinanderfolgenden Ladevorgängen: Auf einer langen Reise kann es nötig sein, am selben Tag mehrmals schnell zu laden. Ein unzureichendes Thermosystem kann dazu führen, dass die zweite oder dritte Ladung wegen der angesammelten Erwärmung des Akkus langsamer wird.
• Die Kompatibilität mit der Infrastruktur: Man sollte außerdem prüfen, welche maximale Spannung das Auto verträgt, wie es sich an 400-Volt-Säulen verhält, welcher Steckertyp verwendet wird und ob es Plug & Charge unterstützt, eine Funktion, die das Fahrzeug automatisch identifiziert und die Bezahlung ohne zusätzliche Apps oder Karten abwickelt.

Sollte man mit wenig Akkuladung an die Säule fahren?

Im Allgemeinen ja, denn ein Auto lädt meist schneller, wenn es mit niedrigem Ladestand ankommt, sofern der Akku die richtige Temperatur hat. Mit 8 oder 10 % an der Station anzukommen, ermöglicht es, den leistungsstärksten Bereich der Kurve zu nutzen. Ankommen mit 35 oder 40 % verringert den verfügbaren Spielraum, bevor der Abschnitt erreicht wird, in dem die Leistung abzunehmen beginnt. Der Stopp kann kürzer ausfallen, doch es wird weniger Energie aufgenommen, und man muss wahrscheinlich früher erneut anhalten.

Natürlich sollte man nicht ohne Reserve bis zum Äußersten fahren. Der Ankunftsprozentsatz muss sich an der Zuverlässigkeit der Station, an alternativen Ladesäulen, am Wetter und an der Erfahrung des Fahrers orientieren. Eine richtig eingestellte Routenplanung kann mit einer Sicherheitsreserve von 8 oder 10 % arbeiten, in Gebieten mit wenig Infrastruktur ist es jedoch ratsam, mehr zu bewahren.

Ist es besser, bis 100 % zu laden oder zwei kürzere Stopps einzulegen?

Auf den meisten Reisen ist es schneller, kurze Stopps im günstigen Bereich der Kurve einzulegen, als bis zu 100 % angeschlossen zu bleiben.

Angenommen, ein Auto lädt von 10 bis 70 % sehr schnell, reduziert ab diesem Punkt die Leistung und wird oberhalb von 80 % besonders langsam. Die letzten 20 Prozentpunkte könnten fast so viel Zeit benötigen wie die ersten 50 oder 60. In diesem Fall ist es effizienter:

1. Mit wenig Akkuladung anzukommen.
2. Nur die Energie nachzuladen, die man braucht, um die nächste Station mit Reserve zu erreichen.
3. Die Fahrt fortzusetzen, wenn die Leistung deutlich gesunken ist.
4. Den Vorgang beim nächsten Stopp zu wiederholen.

Zwei Ladevorgänge von 10 auf 60 oder 70 % können es ermöglichen, dieselbe Strecke in kürzerer Zeit zurückzulegen als eine lange Ladung bis 100 %. Außerdem wird die Ladesäule für andere Nutzer frei, wenn man früher abzieht, und man vermeidet den Bereich, in dem der Preis pro zurückgewonnenem Kilometer ungünstiger sein kann, wenn der Betreiber einen Zeittarif oder Gebühren für die Belegung erhebt.

Wann kann es sinnvoll sein, bis 100 % zu laden?

Eine universelle Regel gibt es nicht. Eine vollständige Ladung kann unter bestimmten Umständen vernünftig sein:

• Vor Antritt der Reise, durch langsames Laden zu Hause.
• Wenn die nächste Etappe die verfügbare Reichweite übersteigt.
• Wenn das anschließende Ladenetz spärlich oder wenig zuverlässig ist.
• Während eines langen Halts, der ohnehin stattgefunden hätte.
• Bei Ankunft am Ziel, wenn das Auto danach nur wenig genutzt wird.
• Wenn die Ladesäule einen besonders günstigen Preis bietet und keine anderen Nutzer warten.

Entscheidend ist, ob man 100 % vor der Abfahrt erreicht oder mitten auf der Strecke. Zu Hause spielt es kaum eine Rolle, wenn der letzte Abschnitt langsam ist, da das Auto mehrere Stunden angeschlossen bleiben kann. An einer Autobahnsäule zählt jede zusätzliche Minute, und das Warten bis zur vollständigen Ladung lohnt sich in der Regel nicht.

Zu beachten ist außerdem, dass das lange Halten eines Lithium-Ionen-Akkus bei sehr hohem Ladezustand seine Alterung begünstigen kann. Für den Alltag empfehlen viele Hersteller eine Grenze nahe 80 % und heben die 100 % für Reisen oder Situationen auf, in denen die gesamte Reichweite benötigt wird. Die genauen Auswirkungen hängen von der Chemie und dem Batteriemanagement der jeweiligen Marke ab.

Die beste Strategie besteht nicht darin, mehr zu laden, sondern nur das Nötige

Auf einer Reise mit einem Elektroauto ist der optimale Stopp nicht immer der, der den Akku auf 80 % bringt. Manchmal genügt es, 55 oder 60 % zu erreichen, um die nächste Ladesäule zu erreichen, wo das Auto wieder den schnellen Bereich seiner Kurve nutzen kann. Routenplaner optimieren genau dieses Gleichgewicht. Ein zehnminütiger Halt kann ausreichen, um zu einer besser gelegenen, leistungsstärkeren oder mit mehr Anschlüssen ausgestatteten Station weiterzufahren.

Die schnellste Strategie besteht meist darin, mit vollem Akku loszufahren, an der ersten Station mit niedrigem Ladestand anzukommen und kurze Ladevorgänge zu machen, die den günstigsten Teil der Kurve nutzen. Doch auch der menschliche Faktor spielt eine Rolle. Eine Familie bevorzugt vielleicht einen 30-minütigen Halt zum Essen statt zwei von je 15 Minuten. Ein anderer Fahrer schätzt einen Stopp alle zwei Stunden, auch wenn das Auto weiterfahren könnte. Und manche bevorzugen Stationen mit Service, Toiletten und Gastronomie gegenüber der absolut kürzesten Reisezeit.

Das beste Schnellladen ist nicht unbedingt das, das den höchsten Leistungsspitzenwert erreicht, sondern das, das sich in die Route einfügt, ohne die üblichen Pausen verändern zu müssen.

Die fünf wichtigsten Daten zum Vergleich der Schnellladung

Bei der Wahl eines Elektroautos für Reisen sollte man in dieser Reihenfolge prüfen:

1. Realer Verbrauch auf der Autobahn und nutzbare Reichweite zwischen den Stopps.
2. Ladezeit von 10 bis 80 % unter realen Bedingungen.
3. Form der Kurve und mittlere Leistung, nicht nur der Spitzenwert.
4. Vorkonditionierung und Qualität des Routenplaners.
5. Verhalten bei Kälte, Hitze und aufeinanderfolgenden Schnellladungen.

Die 800-Volt-Architektur ist ein wichtiger technischer Vorteil, besonders bei Fahrzeugen mit großen Akkus und sehr hohen Leistungen. Sie macht ein Auto jedoch nicht automatisch zu einem guten Reisefahrzeug. Ein effizientes Elektroauto mit vernünftig dimensioniertem Akku, stabiler Ladekurve und gut kalibriertem Thermosystem kann auf der Straße schneller sein als ein anderes mit größerer offizieller Reichweite und höherer Spitzenleistung.

Das Fazit ist einfach: Beim Kauf eines Elektroautos sollte man nicht nur fragen, mit wie vielen kW es lädt, sondern wie viele Kilometer es in den Minuten zurückgewinnt, die man bereit ist, zu stehen. Diese Zahl entscheidet am Ende über den Unterschied, wenn es ans Reisen geht.