Laden von EV-Batterien: Leistung, Ladekurven und Ladezeit

Die Ladeleistung eines EV verändert sich mit dem Ladezustand und der Temperatur der Batterie. Die Ladekurve zeigt das Zusammenspiel der Grenzen von Batterie, Fahrzeug und Ladesäule und erklärt damit die Dauer eines Ladestopps.

Wie Wechsel- und Gleichstrom die Batterie erreichen

Beim Laden wird elektrische Energie zugeführt, die die Batterie chemisch speichert. Elektronen fließen durch den äußeren Stromkreis, während sich Ionen innerhalb der Zellen bewegen; Battery basics erklärt diese Reaktionen. Die Batterie erhält Gleichstrom (DC), unabhängig davon, ob das Fahrzeug an einem AC-Ladepunkt oder einer DC-Ladesäule angeschlossen ist. US Department of Energy: DOE Explains Batteries

Beim AC-Laden wandelt das Bordladegerät Wechselstrom in Gleichstrom für die Hochvoltbatterie um. Die Wallbox stellt einen geregelten Wechselstromanschluss bereit; die Umwandlung erfolgt im Fahrzeug. US Department of Energy: How all-electric cars work Ein Bordladegerät mit 11 kW kann deshalb auch an einem AC-Ladepunkt mit 22 kW keine 22 kW aufnehmen. Verfügbare Phasen, die Stromgrenze der Installation und Fahrzeugeinstellungen können die Leistung weiter begrenzen.

Eine netzgespeiste DC-Ladesäule übernimmt die wesentliche AC-DC-Umwandlung außerhalb des Fahrzeugs und liefert geregelten Gleichstrom über den Ladeanschluss am AC-Bordladegerät vorbei. Manche Fahrzeuge nutzen anschließend einen eingebauten DC-Spannungswandler oder ändern die elektrische Packkonfiguration, um zum Spannungsbereich der Säule zu passen, wie unten erläutert.

Fahrzeug und Säule stimmen die Versorgung während des gesamten Ladevorgangs ab. Beim CCS-Laden werden die Betriebsgrenzen über die Kommunikation festgelegt; elektrische Prüfungen und die Spannungsanpassung erfolgen vor dem Laden mit hohem Strom. Die Säule passt ihre Abgabe innerhalb ihrer Möglichkeiten an die Anforderungen des Fahrzeugs an. CharIN: Combined Charging System design guide V7

Dieses Kapitel behandelt die Ladeaufnahme der Batterie und die Ladeleistung. Die Reihe EV charging behandelt Stecker, Hausinstallationen und öffentliches Laden.

Energie, Leistung und Ladezeit

Die Leistung in Kilowatt beschreibt die Geschwindigkeit der Energieübertragung, die Energie in Kilowattstunden deren Menge. Der Messpunkt ist entscheidend: Netzeingang, DC-Säulenausgang, Eingang an den Batterieanschlüssen und Zunahme der gespeicherten Energie sind unterschiedliche Größen.

Der Abrechnungszähler einer DC-Säule misst die am Fahrzeuganschluss gelieferte elektrische Energie, nicht die chemisch in den Zellen gespeicherte Energie. OIML G 22: Electric vehicle supply equipment metrology Umwandlungs- und Widerstandsverluste verbrauchen unterwegs Energie; Batterieheizung, Kühlung und weitere Fahrzeugsysteme nutzen einen Teil der eingehenden Leistung. Charging loss erläutert diese Messgrenzen.

Für denselben Messpunkt und Zeitraum gilt:

Durchschnittsleistung (kW) = übertragene Energie (kWh) ÷ verstrichene Zeit (h)

In einem hypothetischen Beispiel liefert eine DC-Säule 49 kWh in 18 Minuten, also 0,3 Stunden. Ihre durchschnittliche Abgabe beträgt 49 ÷ 0,3 = etwa 163 kW. Auch wenn sie kurzzeitig 250 kW erreicht, bleibt der Durchschnitt bei 163 kW. Die gespeicherte Batterieenergie nimmt um weniger als die gelieferte Energie zu.

Bezeichnen die 49 kWh stattdessen die Zunahme gespeicherter Batterieenergie, ergibt dieselbe Rechnung die durchschnittliche Speicherleistung. Diese lässt sich dann nicht direkt mit einer am Säulenausgang gemessenen Spitze vergleichen.

Auch Änderungen des angezeigten Ladezustands (SOC) verlangen Sorgfalt. Eine Zunahme um 70 Prozentpunkte, multipliziert mit der angegebenen Batteriekapazität, ergibt eine Schätzung, keine Messung der übertragenen Energie. Der SOC schätzt die Ladung, und die Spannung verändert sich im Betriebsfenster. Die Bruttokapazität umfasst Energie außerhalb des für den Fahrer zugänglichen Fensters. EVKX bezeichnet die Energie innerhalb dieses Fensters als Netto- beziehungsweise nutzbare Kapazität. Battery capacity and buffers erklärt die EVKX-Definitionen einschließlich der Reserve unter angezeigten 0%. Den Unterschied zwischen Ladung und Energie erklärt Battery basics.

Was die Ladekurve bestimmt

Eine Ladekurve stellt üblicherweise die Leistung über dem angezeigten SOC dar. Ihre Form spiegelt die jeweils wirksame Begrenzung wider: zulässiger Batteriestrom, Fahrzeughardware, Säulenleistung oder Temperaturregelung.

Die Säule hat separate Grenzen für Leistung, Spannung und Strom. Die beworbene Kilowattleistung steht nur bei den dadurch erlaubten Kombinationen bereit. Geteilte Standortleistung und thermische Grenzen im Kabel oder in der Säule können die Abgabe während des Ladens reduzieren. DC fast charging behandelt diese Einschränkungen auf Stationsseite. CharINs Dokument zu DC-Leistungsklassen zeigt, warum zu einer Leistungsangabe ein Spannungs-Strom-Betriebsbereich gehört. CharIN: DC CCS power classes V7.2

Im Fahrzeug überwacht das Batteriemanagementsystem Zellgruppenspannungen, Packstrom und Temperaturen. Texas Instruments: EV battery-management systems Beim CCS-Laden fordert die Ladesteuerung anhand der daraus abgeleiteten Grenzen Strom und Spannung von der Säule an. CharIN: Combined Charging System design guide V7 Nähert sich eine Zellgruppe ihrer Spannungsgrenze, kann sie den gesamten Pack begrenzen; Cell balancing erklärt den Einfluss von Ladungsunterschieden. Auch ein überhitztes Bauteil kann den Vorgang begrenzen. Battery management system erläutert die Überwachungs- und Steuerungsentscheidungen.

Leistungsanstieg und Plateaus

Bei niedrigem SOC kann die Batterie viel Spielraum bis zur Spannungsgrenze haben, doch ein kalter Pack oder eine strombegrenzte Säule kann die Leistung weiterhin einschränken. Die anfängliche Kommunikation und der Stromanstieg können die ersten Sekunden ebenfalls vom übrigen Kurvenverlauf unterscheiden.

Bei annähernd konstantem Strom führt steigende Batteriespannung zu steigender Leistung. Hält die Säule oder das Fahrzeug stattdessen die Leistung konstant, sinkt der Strom mit steigender Spannung. Ein breites Leistungsplateau kann somit einen veränderlichen Strom verbergen.

Warum die Leistung abfällt

Während des Ladens nähern sich die Zellspannungen ihren zulässigen Obergrenzen. Weniger Strom begrenzt den Spannungsanstieg unter Last und ermöglicht weiteres Laden. Diese Abregelung heißt Tapering. Beim spannungsbegrenzten Laden sinkt mit dem Strom auch die Leistung, weshalb die letzten Prozent unverhältnismäßig lange dauern können. Konventionelles Lithium-Ionen-Laden umfasst eine stromgeregelte und anschließend eine spannungsbegrenzte Phase; EVs können komplexere Profile verwenden. Microchip AN947: Lithium-ion battery charging fundamentals

Zellbedingte Grenzen können bereits vor Erreichen der oberen Spannungsgrenze weniger Strom erfordern. Lithiumtransport und Elektrodenreaktionen müssen mit der zugeführten Ladung Schritt halten. Zu hoher Strom kann insbesondere in einer kalten graphitbasierten Zelle metallisches Lithium an der negativen Elektrode abscheiden. Rodrigues und Kollegen zeigen, dass platingfreie Ladebedingungen von Temperatur, Elektrodenaufbau und Ladeprotokoll abhängen. Rodrigues et al.: Fast Charging of Li-Ion Cells, Part IV beschreibt diese Forschung. Den Mechanismus erläutert Cell chemistry and components.

Eine Stufe oder Delle in der Leistung verrät allein noch nicht ihre Ursache. Sie kann auf eine programmierte Stromsenkung, Kühlgrenzen der Batterie oder eine Stationsbegrenzung zurückgehen. Zur Diagnose braucht man neben der Leistungskurve Angaben zu Spannung, Strom, Temperatur und Ladegerät.

Temperatur vor und zwischen Stopps

Die Vorkonditionierung fürs Schnellladen erwärmt oder kühlt die Batterie vor einem geplanten Stopp. Navigationsgestützte Vorbereitung gibt dem Thermosystem Zeit bis zur Ankunft; manche Fahrzeuge bieten auch manuelle Aktivierung. Ein Abfahrtstimer kann Innenraum und Batterie fürs Fahren vorbereiten, was ein anderes Ziel als Hochleistungsladen ist. Das Handbuch des Tesla Model 3 beschreibt beispielsweise Abfahrtsvorbereitung und routenabhängige Batterieerwärmung fürs Laden getrennt. Tesla Model 3 manual: cold-weather preparation

Die Batterie muss auch die während des Ladens entstehende Wärme bewältigen. Die DOE-Schnellladestudie nennt Wärmeabfuhr und Temperaturregelung als zentrale Herausforderungen. US Department of Energy: Enabling Fast Charging Bei späteren Stopps können Ausgangstemperatur und verbleibende Kühlleistung vom ersten Stopp abweichen. Battery thermal management erläutert Heizung, Kühlung und das Verhalten bei wiederholten Stopps.

Spannung, Strom und Ladekompatibilität

Für DC-Leistung an einem bestimmten Punkt des Ladewegs gilt:

Leistung (kW) = Spannung (V) × Strom (A) ÷ 1.000

Die folgenden Rechenbeispiele setzen voraus, dass die Anlage bei jeder genannten Spannung 500 A liefern kann:

Eine „800-Volt“-Architektur bezeichnet eine Spannungsklasse. Die tatsächliche Batteriespannung verändert sich mit SOC und Betriebsbedingungen. Bei tatsächlichen 700 V kann eine Säule mit 500 A höchstens 350 kW liefern, auch wenn ihre beworbene Maximalleistung höher liegt.

Höhere Spannung ermöglicht dieselbe Leistung im Ladekabel bei weniger Strom; diesen Zusammenhang behandelt die DOE-Schnellladestudie. US Department of Energy: Enabling Fast Charging Bei unverändertem Leiterwiderstand sinkt dadurch die Widerstandserwärmung gemäß I²R. Der Zellaufbau bestimmt weiterhin, welchen Ladestrom jede Zelle verträgt. Battery pack and configuration erklärt, wie Reihen- und Parallelschaltung Packspannung und Kapazität festlegen.

Als konkretes Beispiel für den Strombedarf nennt XPENGs deutscher Konfigurator 542 kW für den X9 FWD Long Range mit 110 kWh Bruttokapazität, NCM-Batterie und einer Architektur mit 800 V. XPENG Germany: X9 configurator Bei angenommenen tatsächlichen 800 V erfordern 542 kW etwa 678 A. Bei niedrigerer Spannung ist mehr Strom nötig.

Laden an einer Säule mit niedrigerer Spannung

Liegt die maximale Ausgangsspannung der Säule unter der erforderlichen Ladespannung der Batterie, muss das Fahrzeug helfen. Es gibt zwei Hauptansätze: die Eingangsspannung anheben oder die elektrische Packkonfiguration ändern.

Ein eigener DC-DC-Hochsetzsteller hebt die Säulenspannung auf das vom Pack benötigte Niveau. Einige Konstruktionen nutzen dafür Antriebskomponenten: Hyundais E-GMP-Ankündigung von 2020 beschreibt, wie Motor und Wechselrichter einen Ladeeingang von 400 V für das System mit 800 V hochsetzen. Hyundai: E-GMP electric platform Wandlerleistung, Verluste und Wärmeentwicklung werden dann Teil der Ladebegrenzung.

Beim Bankladen wird die elektrische Verbindung zwischen Packabschnitten geändert. Audis Q6-e-tron-Dokumentation beschreibt das Umschalten der Batterie der 800-Volt-Klasse auf zwei Bänke niedrigerer Spannung, die parallel laden. Audi nennt dafür bis zu 135 kW insgesamt. Audi: charging technologies and Q6 e-tron bank charging Porsche nennt in der Macan-Beschreibung von 2024 ebenfalls 135 kW insgesamt ohne zusätzlichen Hochvolt-Booster, gegenüber bis zu 270 kW an geeigneter Hochvolt-Ladetechnik. Porsche: Macan charging technology

Sowohl Spannungswandlung als auch Bankladen können an einer Säule niedrigerer Spannung eine andere Leistungsgrenze als die beworbene Fahrzeugspitze bedeuten.

Was die C-Rate aussagt

Die C-Rate setzt Lade- oder Entladestrom ins Verhältnis zur Referenzkapazität der Batterie in Amperestunden. Microchip AN947: Lithium-ion battery charging fundamentals

C-Rate = Strom (A) ÷ Referenzkapazität (Ah)

Bei einer hypothetischen Batterie mit 100 Ah entsprechen 100 A einer Rate von 1C, 250 A entsprechen 2,5C und 500 A entsprechen 5C. Ein konstanter 1C-Strom würde die Referenzladung in einer Stunde übertragen. Eine Spitzenangabe von 5C verspricht keine vollständige EV-Ladung in 12 Minuten: Abregelung und zulässiges Betriebsfenster bestimmen den tatsächlichen Verlauf.

Sind nur Leistung und Energiekapazität bekannt, ergibt kW geteilt durch kWh ein Leistungs-Energie-Verhältnis in inversen Stunden. Es wird häufig als Näherung der C-Rate verwendet. Beispielsweise ergeben 250 kW geteilt durch 100 kWh einen Wert von 2,5 h⁻¹.

Die Näherung passt am besten, wenn Leistung und Kapazität dieselbe Batterie beschreiben und die tatsächliche Spannung nahe der zur Energieberechnung verwendeten Nennspannung liegt. Bei konstantem Strom erhöht steigende Spannung das Verhältnis kW/kWh, während die strombasierte C-Rate konstant bleibt. Auch Brutto- und Nettokapazitäten ergeben unterschiedliche Verhältnisse; deshalb muss der Nenner genannt werden.

Die C-Rate hilft, die Ladeintensität unterschiedlich großer Batterien zu vergleichen. Ob bei einer bestimmten C-Rate Lithium-Plating vermieden wird, hängt von Elektrodenaufbau und Temperatur ab. Rodrigues et al.: Fast Charging of Li-Ion Cells, Part IV Für aussagekräftige Vergleiche müssen Referenzkapazität, Stromgrenzen und Testbedingungen angegeben werden. Maccor: understanding C-rate in battery testing

Ladeleistungen vergleichen

Vergleichen Sie genaue Batterievariante, SOC-Intervall, zugeführte Energie und verstrichene Ladezeit gemeinsam. Ein Ergebnis für 20–80% beginnt später als eines für 10–80%; zwei Fahrzeuge können im gleichen Prozentintervall sehr unterschiedliche Energiemengen speichern.

Die deutsche Spezifikation des XPENG X9 FWD Long Range verbindet die Spitzenangabe von 542 kW mit 20–80% in 10 Minuten. XPENG Germany: X9 configurator

Auch Stations- und Fahrzeugangaben müssen getrennt gekennzeichnet werden. In der Z9GT-Ankündigung vom 13. März 2026 beschrieb BYD eine Flash-Charging-Säule mit bis zu 1.500 kW über einen Anschluss für den chinesischen Markt. Separat wurden 10–70% in fünf Minuten und 10–97% in neun Minuten für das neue System beworben. Die Stationsleistung belegt allein weder eine Fahrzeugspitze von 1.500 kW noch die Durchschnittsleistung in diesen Intervallen. Die Ankündigung zur Europa-Einführung nannte weder die Fähigkeiten europäischer Säulen noch ein detailliertes Testprotokoll für diese Zeiten. BYD: Denza Z9GT Flash Charging announcement

Prüfen Sie bei einer veröffentlichten Ladekurve oder einem Test:

• Das genaue Fahrzeug, die Batterieversion und Software sowie, ob die Kurve gemessen, vom Hersteller geliefert oder geschätzt wurde.
• SOC-Intervall, verstrichene Zeit und Messpunkt für Leistung und Energie.
• Spannungs-, Strom- und Leistungsfähigkeit der Säule einschließlich Leistungsteilung oder Abregelung.
• Batterievorbereitung und Umgebungsbedingungen sowie, ob eine einzelne Sitzung oder wiederholte Stopps untersucht wurden.

Diese Prüfungen gelten auch für EVKX-Variantenkurven. Eine geschätzte Kurve und ein gemessener Ladevorgang liefern unterschiedliche Belege; fehlende Testbedingungen begrenzen die Reproduzierbarkeit.

Laden mit Fahrstrecke verknüpfen

Vergleichen Sie für Reisen die zum Fahren verfügbare Energie und den Verbrauch auf derselben Batterieenergiebasis. Bei von der Säule gelieferten Kilowattstunden müssen zunächst Ladeverluste berücksichtigt werden.

Bei einem hypothetischen 20-minütigen Stopp gewinnt Fahrzeug A 60 kWh nutzbare Batterieenergie und verbraucht danach 30 kWh/100 km. Das reicht für 200 km. Fahrzeug B gewinnt in derselben Zeit 50 kWh und verbraucht 20 kWh/100 km, was 250 km ermöglicht.

Fahrzeug A speichert Energie schneller; Fahrzeug B gewinnt unter diesen Annahmen während des Stopps mehr Fahrstrecke. Ein an erwartete Geschwindigkeit, Wetter und Beladung angepasster Verbrauch macht den Vergleich für die Reiseplanung nützlich.