Ladegerät für Elektroautos
Ladezeiten und Energieeffizienz von Akkus für Elektroautos
Je größer die Akkus von Elektroautos werden, desto unsinniger ist das Laden an einer gewöhnlichen Haushaltssteckdose, da Top-
Je näher der Ladezustand beim Aufladen an 100% herankommt, um so schlechter wird der Ladewirkungsgrad. Außerdem sinkt der Wirkungsgrad, wenn mit einer viel kleineren Leistung, als das Ladegerät maximal unterstützt, geladen wird. Das ist vor allem beim Renault Zoe der Fall: Der kann eine hohe Wechselstrom-
An Schnellladesäulen sind die Kabel sehr dick, weil hohe Ströme fließen.
Eine Schnellladung ist bei den meisten Akkus bis 80% Ladestand in 30 Minuten, bei manchen schon in 20 Minuten möglich. Nachteile:
- größerer Energieverlust – Bei zehnmal so schneller Ladung ist der Verlust im Akku zehnmal so groß![1] Z. B. gehen im Akku des Tesla Model S bei schnellstmöglicher Ladung (120 kW) 5% der Energie als Wärme verloren; bei Ladung an der Steckdose (3 kW) nur 0,14%.[2] Hinzu kommen Verluste in der Ladesäule bzw. im Ladegerät. Diese steigen nicht so extrem. In der Praxis wird mit 10% mehr Energiebedarf bei Schnellladung gerechnet.[3] Das entspricht den Angaben eines Insiders in einem Forum: Von 50 kW Leistung, die eine Schnellladesäule aufnimmt, kommen nur max. 45–
46 kW im Auto an. An Schnellladesäulen wurden beim Laden bis zu 60°C gemessen. Exaktere Messungen der Effizienz von Ladesäulen konnte ich nirgends finden. - Gefahr der vorzeitigen Alterung des Akkus (die deswegen robuster gebaut werden müssen und nicht auf maximale Effizienz hin optimiert werden können)
- meist höhere Kosten für das Aufladen – Eine Schnellladesäule kostet ungefähr so viel wie ein Auto.
In einer Studie[4] wurden die Energieverluste auf Basis von am Markt verfügbarer Ladestationen auf durchschnittlich 20% geschätzt.
Bereitschaftsverluste
Wenn das Auto nach der Vollladung noch lange angesteckt bleibt, verbraucht es weiterhin Strom und folglich sinkt der Wirkungsgrad. Das hochpreisige Tesla Model S sollte bei wochenlangem Nichtgebrauch unbedingt am Netz bleiben, weil die Elektronik des Autos laufend Strom saugt, was den Akku um 1%/Tag leeren würde. Die unvermeidliche Selbstentladung des Akkus beträgt beim Tesla Model S 4%/Monat. Eine komplette Entladung des Akkus würde ihn beschädigen und ist daher zu vermeiden.[5] Für den Nissan Leaf wird eine Selbstentladung von 3%/Monat angegeben.
Mein Fazit
Die Ladeverluste sind ein erheblicher Faktor bei der (behaupteten) Energieeffizienz von Elektroautos und eine Optimierung kollidiert mit dem Wunsch nach möglichst schneller Ladung.
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Quellen
| [1] | Die elektrische Leistung P ist das Produkt aus dem Quadrat der Stromstärke I und dem Widerstand R. Bei 10-| [2]
| Der Innenwiderstand des Akkus im Tesla Model S kann aus Angaben des Bordcomputers berechnet werden: 0,076 Ω. Die Spannung beträgt ca. 400 V. Die Stromstärke = Leistung durch Spannung. Die Verlustleistung = Quadrat der Stromstärke mal Innenwiderstand.
| [3]
| IFEU: Weiterentwicklung und vertiefte Analyse der Umweltbilanz von Elektrofahrzeugen (PDF, 6 MB), S. 22, 92
| [4]
| PricewaterhouseCoopers: Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf die Stromwirtschaft (PDF), S. 9
| [5]
| Tesla Model S Owners Manual (PDF, 5 MB), S. 86 – "The most important way to preserve Battery is to LEAVE YOUR MODEL S PLUGGED IN when you are not using it. ... On average, the Battery discharges at a rate of 1% per day. ... Discharging the Battery to 0% may permanently damage the Battery."
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