Ladekurve verstehen: warum 150 kW nicht 150 kW sind

Wenn ein Hersteller 150 Kilowatt angibt, heisst das: Unter günstigen Bedingungen erreicht das Fahrzeug irgendwann während des Ladevorgangs kurzzeitig diesen Wert. Es heisst nicht, dass es ihn hält, und schon gar nicht, dass es ihn von zehn bis achtzig Prozent hält. Die Leistung ist über den Ladezustand hinweg nicht konstant, sondern folgt einer Kurve, die früh ihr Maximum erreicht und danach fällt.

Zwei Fahrzeuge mit identischer Spitzenangabe können sich deshalb um die Hälfte in der Standzeit unterscheiden. Das eine erreicht die 150 Kilowatt bei fünfzehn Prozent und hält sie bis fünfzig; das andere berührt sie bei zwanzig Prozent für zwei Minuten und liegt bei vierzig Prozent schon bei der Hälfte. Die Prospektangabe ist bei beiden dieselbe Zahl und beschreibt zwei völlig verschiedene Fahrzeuge.

Wer die Kurve eines Fahrzeugs sehen will, findet sie in Messungen von Fachmedien und in Datenbanken, die von Fahrern gepflegt werden. Was dort steht, ist eine Messung unter bestimmten Bedingungen und keine Zusage — aber es ist um Grössenordnungen aussagekräftiger als eine einzelne Zahl.

Die C-Rate ist das Verhältnis von Ladeleistung zu Batteriekapazität. Ein Paket mit 50 Kilowattstunden, das mit 100 Kilowatt lädt, sieht eine C-Rate von 2 — es würde bei dieser Leistung in einer halben Stunde vollgeladen, wenn die Leistung konstant bliebe. Dasselbe Paket mit 50 Kilowatt sieht 1 C, ein Paket mit 100 Kilowattstunden bei 100 Kilowatt ebenfalls 1 C.

Diese Zahl ist die eigentlich interessante, weil die Belastung der Zelle nicht an der Kilowattzahl hängt, sondern am Strom je Zelle. Eine grosse Batterie verteilt dieselbe Leistung auf mehr Zellen; jede einzelne arbeitet entspannter, wird weniger warm und altert langsamer. Deshalb lädt ein grosses Paket bei gleicher Kilowattzahl nicht nur länger hoch, sondern auch schonender.

Praktische Folge für den Vergleich: Teile die Spitzenleistung durch die Kapazität. Kommt eine Zahl um 1 heraus, ist das ein moderat ausgelegtes Fahrzeug. Kommt eine Zahl deutlich über 2 heraus, ist die Batterie auf schnelles Laden ausgelegt — was gut sein kann, aber eine wirksame Kühlung voraussetzt.

Der Abfall der Ladeleistung mit steigendem Ladezustand heisst Taper, und er ist kein Sparprogramm des Herstellers, sondern Chemie. Beim Laden wandern Lithium-Ionen aus der Kathode in die Anode und lagern sich dort zwischen den Graphitschichten ein. Je voller die Anode ist, desto weniger freie Plätze gibt es in der Nähe der Oberfläche und desto länger brauchen die Ionen, um in tiefere Schichten zu gelangen.

Drängt man trotzdem mehr Strom hinein, als die Anode aufnehmen kann, scheidet sich Lithium metallisch auf der Oberfläche ab statt sich einzulagern. Dieses Lithium-Plating ist weitgehend irreversibel: Das Material steht nicht mehr für die Speicherung zur Verfügung, die Kapazität sinkt dauerhaft, und im schlimmsten Fall wachsen Dendriten durch den Separator. Das Batteriemanagement verhindert das, indem es den Strom zurücknimmt.

Dazu kommt ein elektrischer Grund. Mit steigendem Ladezustand steigt die Zellspannung. Die Ladeelektronik fährt zunächst mit konstantem Strom und geht, sobald die zulässige Spannung erreicht ist, in eine Phase mit konstanter Spannung über, in der der Strom von selbst fällt. Leistung ist Spannung mal Strom — fällt der Strom, fällt die Leistung. Deshalb sind die letzten zwanzig Prozent immer die langsamsten, bei jeder Lithium-Ionen-Batterie, in jedem Fahrzeug.

Die veröffentlichte Ladekurve gilt für Zellen in ihrem Betriebsfenster. Darunter und darüber sieht sie anders aus. Kalte Zellen haben einen hohen Innenwiderstand und nehmen wenig Strom an, weil sonst genau das Plating droht, das der Taper verhindern soll. Heisse Zellen altern schneller, deshalb begrenzt das Batteriemanagement auch nach oben.

Zwischen diesen beiden Grenzen liegt ein Fenster, das je nach Zellchemie grob zwischen zwanzig und vierzig Grad liegt. Fahrzeuge mit aktiver Flüssigkeitskühlung halten die Zellen darin, auch wenn mehrfach hintereinander schnellgeladen wird. Fahrzeuge mit reiner Luftkühlung schaffen das an einem heissen Tag nach dem zweiten Ladestopp nicht mehr — die Leistung fällt, und zwar nicht wegen des Ladezustands, sondern wegen der Temperatur.

Deshalb ist die Vorkonditionierung so wirksam. Wird die Säule ins Navigationssystem eingegeben, heizt das Fahrzeug die Batterie während der Anfahrt auf das Fenster vor. Ein Fahrzeug, das mit fünf Grad Zelltemperatur an der Säule ankommt, verbringt die erste Viertelstunde damit, sich selbst aufzuwärmen — und die zahlt man an einer Säule, die nach Zeit abrechnet, mit.

Leistung ist Spannung mal Strom. Wer viel Leistung übertragen will, kann den Strom erhöhen oder die Spannung. Strom ist die teure Variante: Die Verluste in Kabel, Stecker und Zellverbindern wachsen mit dem Quadrat des Stroms, und dieselbe Wärme muss anschliessend wieder abgeführt werden. Deshalb sind Ladekabel für hohe Ströme flüssigkeitsgekühlt und trotzdem schwer.

Eine Fahrzeugarchitektur mit rund 800 Volt statt rund 400 Volt überträgt dieselbe Leistung mit dem halben Strom und einem Viertel der ohmschen Verluste. Das ist der eigentliche Grund für die hohen Ladeleistungen mancher neuerer Fahrzeuge — nicht bessere Zellen, sondern eine höhere Spannungslage. Der Nebeneffekt: Die Säule muss die Spannung auch liefern können, und ältere Säulen können das nicht immer.

Auf der anderen Seite steht die Säule mit ihrer eigenen Stromgrenze. Viele Schnellladesäulen begrenzen bei einigen hundert Ampere. Ein Fahrzeug mit 400-Volt-Architektur ist an dieser Grenze bei einer bestimmten Leistung am Anschlag, egal was die Batterie könnte. Wer sein Fahrzeug mit der maximal möglichen Leistung laden will, braucht also eine Säule, die zur Spannungslage passt — die Angabe steht auf der Säule.

Zwei Ladepunkte an einem Gehäuse teilen sich häufig einen Leistungsteil. Steht dort ein zweites Fahrzeug, bekommt jedes die Hälfte, oder das zuerst angeschlossene bekommt den Vorrang und das zweite den Rest. Welche Regel gilt, steht selten am Gerät; erkennbar ist es daran, dass die Leistung einbricht, sobald der Nachbarplatz belegt wird.

Der zweite Punkt ist der Netzanschluss des Standorts. Ein Ladepark mit vielen Punkten hat selten die Anschlussleistung, um alle gleichzeitig mit voller Leistung zu bedienen. Manche Standorte puffern mit einem stationären Speicher, viele verteilen einfach. An einem vollen Rasthof am Ferienbeginn ist die Kurve des Fahrzeugs nicht das Thema.

Und schliesslich das Kabel: Ein ungekühltes Kabel begrenzt den Strom auf das, was es thermisch aushält. Am selben Gehäuse kann deshalb ein gekühltes Kabel mehr liefern als das daneben. Wer die Wahl hat, nimmt das dickere, kürzere, gekühlte.

Die brauchbarste Kennzahl für den Alltag ist nicht die Spitzenleistung, sondern die Energie, die in einer bestimmten Zeit in die Batterie geht. Zwanzig Minuten sind eine realistische Pause; wie viele Kilowattstunden in diesen zwanzig Minuten ankommen, entscheidet über die Reisezeit. Diese Zahl integriert alles: Spitze, Taper, Temperatur und Spannungslage.

Gebräuchlich ist auch die Angabe der Dauer von zehn auf achtzig Prozent. Sie ist besser als die Spitzenleistung, hat aber einen Haken: Sie belohnt kleine Batterien. Ein kleines Paket ist schneller bei achtzig Prozent und hat dann trotzdem weniger Energie an Bord. Wer zwei Fahrzeuge vergleicht, rechnet deshalb besser in Kilowattstunden je Zeit oder gleich in nachgeladenen Kilometern je Zeit.

Aus dem Taper folgt eine Regel, die den meisten Zeitgewinn auf der Langstrecke bringt: zwei kurze Stopps schlagen einen langen. Die Kurve ist im unteren Bereich am steilsten, also lädt man dort, wo es schnell geht, und fährt weiter, bevor die Leistung einbricht. Von zehn auf sechzig Prozent zweimal dauert deutlich weniger als von zehn auf neunzig einmal — bei derselben nachgeladenen Energiemenge.

Die Ausnahme ist die letzte Etappe. Wenn nach dem Stopp keine Säule mehr kommt, lädt man so weit, wie es nötig ist, und akzeptiert die langsamen Prozente. Und die zweite Ausnahme ist der Winter: Dort kostet der zusätzliche Stopp eine erneute Abkühlung der Batterie, wenn die Strecke dazwischen kurz ist.

Wer das planen will, braucht keine App, sondern zwei Zahlen: die Kurve seines Fahrzeugs in groben Zügen und den Verbrauch bei der gefahrenen Geschwindigkeit. Alles andere ergibt sich daraus.

Bei einem Fahrzeug, das überwiegend zu Hause geladen wird, ist die Ladekurve fast bedeutungslos. Bei einem Fahrzeug, das regelmässig lange Strecken fährt, ist sie wichtiger als die Reichweite. Diese Punkte klärst du vor der Probefahrt:

Die Antworten stehen selten im Inserat, lassen sich aber beschaffen: die ersten drei aus dem Datenblatt des Modelljahrs, die vierte aus veröffentlichten Messungen, die fünfte aus dem Batterieprotokoll des konkreten Fahrzeugs.