Wofür brauchen wir 350 kW Lader?

[MartinG]

Da sind wir aber in einem etwas komplizierten Gebiet gelandet, weit weg von der ursprünglichen Frage über die Daseinsberechtigung von 350 kW-Ladern...

Was bisher gesagt wurde stimmt größtenteils, wenn man ein sehr vereinfachtes Modell einer Akkuzelle voraussetzt. Die Ströme zweier parallel geschalteter Zellen können jeweils sehr unterschiedlich sein, wenn die Innenwiderstände unterschiedlich sind. Exakt gleich sind sie sicher niemals.

Auch das ist schon eine Vereinfachung, die realitätsnahen Zellenmodelle sind viel komplexer.

Aber klar, doppelte Spannung heißt global halber Strom bei identischer Leistung, das ist die Grundidee hinter der 800 V-Technik. Dafür muss man Klimmzüge machen, wenn man nur an 400 V laden möchte. No free lunch...

[Ioniq1234]

Die Verlustleistung im Akku ist gleich. Egal ob mit 400 oder 800V geladen wird. Diese wird durch die Akkuzellen bestimmt. Und deren Klemmspannung ist nun mal fest so um die 3,7V Nennspannung je Zelle.

Nicht egal ist es bei den Zuleitungen, Steckern und Wandlern. Ich gehe jedoch davon aus, dass wir uns hier im dreistelligem Wattbereich befinden, was die Verlustleistung an geht. Bei hohen Ladeleistungen vielleicht im 1-2KW Bereich.

Technisch gesehen sind die Verluste bei 400V Ladung eines 800V Fahrzeuges jedoch etwas höher, da hier ein zusätzlicher DC/DC Wandler dazwischengeschaltet werden muss. Dieser bringt die 400V der Ladesäule auf die für den Akku benötigte Spannung. An einer 800V Säule macht dies die Säule selbst.

[AbRiNgOi]

Vielleicht schnallt man es leichter wenn man das Ohmsche Gesetz bemüht

Die Verlustleistung am Innenwiderstand der Zelle allgemein: P=R*I²

Nun haben wir zwei Zellen die wir gleichzeitig laden wollen, einmal parallel um bei normaler Spannung und normalen Strom diese beide zu laden,die Innenwiderstände der parallelen Zellen daher R/2.

P=R/2 * I²

Dann nehmen wir die gleichen Zellen und setzen diese in Serie um die doppelte Spannung mit dem halben Strom zu bekommen. Der Innenwiderstand ist dann 2R, weil in Serie.

P=2R * (I/2)²

Jetzt muss der Physiker schweigen der Mathematiker löst das auf in:

P= R/2 * I² = R * I² / 2
P=2R * (I/2)² = 2R * I² / 4 = R * I² / 2

Und jetzt kommts: gegenüber der Grundformel mit nur einer Zelle ist die Verlustleistung halbiert! Weil die einzelne Zelle nun nur mit halber Leistung geladen wird und daher die Verlustleistung pro Zelle nur ein viertel, ein viertel und ein viertel ist eben ein Halb.

Wir sehen also hier, je größer der Akkupack, desto niedriger ist die Verlustleistung bei gleicher Ladeleistung. Eine 100kWh Batterie bleibt bei 50kW so was von cool, eine 10kWh Hybridbatterie hingegen würde dem Hitzetod sterben, weil diese bei gleicher Zellchemie die zehnfache Verlustleistung hätte, absolut unabhängig von der Spannung. (Weil die Verlustleistung in der Zelle mit dem Strom quadratisch steigt, bei vielen Zellen dieser aber linear aufgeteilt wird.)

Oder anders gesagt: Wenn ich eine Zelle mit der doppelten Leistung lade steigen die Verluste quadratisch auf das vierfache, wenn ich die doppelte Leistung aber auf zwei Zellen verteile steigt die Verlustleistung nur linear auf das doppelte.

Es ist daher egal wie die Zellen geschaltet sind und welche Spannung sich am Schluss daraus ergibt, es geht nur darum auf wie viele Zellen sich die gebotenen Ladeleistung aufteilt.

Um aber nun auf den Thread zurück zu kommen, wenn man denn 350kW Ladeleistung hat, benötigt man eine sehr, sehr große Batterie oder aber man hat sehr, sehr große Verlustleistung. Daher gibt es für die Betankung von Fährschiffen 6.000 kW Ladeleistung für 4.100 kWh Akkus (Quelle), oder beim Flash-Laden mit 600 kW für einen Linienbus mit 500kWh Batterie. Quelle

Aber gerade für Busse gilt, effizient laden ist nicht gleich Flash-Laden, sondern 350kW. Quelle

Wenn wir also "nur" 100kWh im PKW haben, wird 350kW kein effizientes Laden sein wie dies für einen Elektrobus gilt, sondern eher "Flash-Laden". Da aber dieser "langsamen" Ladestationen in der Busgarage 350kW an CCS haben, sind die Gräte in hoher Stückzahl baugleich mit den 350kW Flash-Ladesäulen der PKW.

[iOnier]

Mal abgesehen davon, dass du dich um Faktor 1000 verrechnet hast,

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Upps, ja, da ist mir beim Rechnen das "k" von den kW irgendwie unter den Tisch gefallen
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bleibt die Verlustleistung in den Akkuzellen gleich. Es macht für die Zellverluste keinen Unterschied ob 2 Akkuzellen parallel oder in Reihe geladen werden. Die Verluste entstehen pro Zelle, bei 800 Volt sind einfach mehr Zellen in Reihe verschaltet, bei 400V mehr Zellen parallel.

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Letzteres ist mir ja völlig klar. Aber ich habe mir ziemlich den Kopf zerbrochen und könnte zu keinen klaren Ergebnis, keine Ahnung, wo es bei mir hakt:

Wenn ich die jeweiligen Batterien mal als "black box" betrachte und über beide die gleiche Leistung fließen lasse, dann ist beim 800 V System der nötige Strom über die Batterie geringer. Musste also auch in der Batterie weniger Verluste erzeugen, was aber aus dem oben von Dir ja auch genannten Grund wieder unlogisch erscheint.

Irgendwie habe ich da gerade einen Knoten im Hirn.
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Die höhere Verlustleistung ergibt sich dagegen in sämtlichen Zuleitungen und Schalt-/Steckerelementen.

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Das in jedem Fall, und hatte ich deswegen auch schon erwähnt.

[env20040]

Beim Laden einer 400 V - Batterie mit 100 kW Leistung fließen 0,250 Ampere, der doppelte Strom => macht die vierfache Verlustleistung.

Mal abgesehen davon, dass du dich um Faktor 1000 verrechnet hast, bleibt die Verlustleistung in den Akkuzellen gleich. Es macht für die Zellverluste keinen Unterschied ob 2 Akkuzellen parallel oder in Reihe geladen werden. Die Verluste entstehen pro Zelle, bei 800 Volt sind einfach mehr Zellen in Reihe verschaltet, bei 400V mehr Zellen parallel.
Die höhere Verlustleistung ergibt sich dagegen in sämtlichen Zuleitungen und Schalt-/Steckerelementen.

Es macht einen Unterschied, insbesondere bei Lithium, da zum Innenwiderstand Entlade"Widerstände" aus der Chemie/ Physik hinzukommen.
Dies, je nach Zellzusammensetzung, Separator etc. um den Faktor 3 herum.

Umso niedriger also der Strom, umso geringer die Spannungsquelleninternen Verluste/ Widerstände.
Bei 800V ist der Strom halbiert, und demnach die Chem/ Physischen Entladeverluste geringer.
Derart schlägt man einmal ein paar Fliegen mit einer Klappe.
Der Innenwiderstand bleibt als Konstante, oder besser als Hysterese, welche in Richtung Entladeende ansteigt.
Was ich als einen der Hauptgründe vermute, warum man die >20% Regel auch beim Lithium neben anderem definiert hat.

[env20040]

Der Strom verteilt sich nur solange auf beide Parallelstränge gleich, solange diese Zellen gleich konditioniert sind.
Eine Parallelschaltung von Batterien ist immer eine Lebensdauerverkürzende Anwendung, bei Lithium vielleicht durch eine halbierung des Betriebsstromes aufgehoben..
Aber spätestens wenn ein Strang "schlechter" wird, und das wird er, kommt ein Ungleichgewicht zustande welches anhaltend ist und nur durch ein BMS etwas aufgehalten werden kann.

Verstehe ich jetzt nicht. Ich dachte bisher immer, dass bei Parallelschaltung beide Zellen exakt die selbe Spannung und somit Ladezustand aufweisen und da sie hart verdrahtet sind eben nicht driften können. Ich hatte immer vermutet, dass wenn eine Zelle auch nur ein mü weniger Spannung hat Ausgleichsströme fließen und sich die Zellen sofort wieder angleichen?

Lädt er die beiden Stränge getrennt ist´s erst einmal besser, bis wieder beide Parallel versorgen sollen, dann geht ´s erst richtig ab, das Batteriezerstören.

Dies, da auch übertriebene Serienschaltungen, mit steigender Spannung irgendwann Probleme machen.

Die Zellen sind "nur" 0,2 Volt auseinander war irgendwo hier zu lesen.
Wieviel Ah das sind ist das interesante, die Spannungsdifferenz ist nur das Resultat, solange die Zellen intakt sind. 0,2 Volt kann nichts, oder viel sein.

Wenn es 0,2 Volt sind, weil der Innenwiderstand dreifach so hoch ist sind 0,2 V viel.

Fiat schaltet wenn ein Wert um 0,0X unterschritten ist die Batterie nicht mehr zu.
Wird schon seine Gründe haben.
Nicht umsonst haben manch Fahrzeuge Dualmotore wenn die Batterie "zu gross " wird.
Ich vermute stark, dass dann 2 Batteriepakete verbaut sind. Eines für jeden Motor.
Dann liegt keine elektrische parallelschaltung im Betrieb vor und bei der Ladung kann man es leichter händeln.

...und 2 DC/AC Wandler und BMS und ....

Was soll das bringen?

Mir erschließt sich jetzt nicht, warum 2 getrennte Batteriepacks beim Laden einfacher zu händeln sind? Im Gegenteil. Man muss dafür sorgen, dass beide nahezu gleich sind, was bei unterschiedlicher Entladung durch 2 Motoren eher schwierig sein sollte.

Legt man an 2 Parallelästen einer Batterie"Anlage" eine gemeinsame Spannung an, dann definiert in erster Linie der Innenwiderstand ( Ohm und Chem/ Physisch) den Lade, oder auch Entladestrom.
Die Innenwiderstände sind jedoch niemals exakt gleich.
Demnach gibt es leider weder eine gleichmässige Ladung, oder Entladung, was im nächten Ladevorgang durch ein BMS "behoben werden könnte". Könnte, da man erheblich öfer Blalancen müsste wenn man parallel fährt.
Das Balnacing gibts es schon fast "ewig" mit anderen Batterietypen und sowie eine Parallelschaltung eingesetzt ist, besteht ein ewiges Balancing, da die Batterien.. parallelgeschaltet sind und sich, sowie eine Zelle Balanciert, dies den anderen parallelzweig beeinflusst.

Ein Professor, in Bezug auf Pb Batterien meinte einmal bei einem Vortrag, in welchem es um die Definition der Eurobat ging, dass man keine Bleibatterien Parallelschalten sollte, weil bereits in den Zellen die Platten parallel geschaltet sein. Was eine, in der Praxis immer wieder zu Problemen führende Anwendung ist.
Das meiste was heute Feuer fängt war in Parallelbetrieb.

Parallel reduziert Ströme, forciert aber Lebensdauerreduzierende Effekte.
Ich weiss nicht was Tesla macht, war immer der Meinung, dass die über den 2. Motor ein 2. Batteriepaket parallel betreiben/ laden/ managen.
Derart sind die Ströme halbiert, und das Parallelproblem über die Strasse entkoppelt.
Keine Ahnung ob es so läuft.

Zuguter letzt ist bei einem 800V System eine de4rartige Menge von Zellen in Serie, dass man wieder mit dem Balancing ewig braucht, da immer ein Teil Hochohmig gehalten werden muss, damit andere Blöcke nachziehen können. Das BMS dauert somit länger, die Verluste steigen, bis dorthin, dass ein "zwischen BMS", wie dies bereits geschrieben wurde, in kurzer Zeit schwerer möglich wird und dann auch Stunden dauern kann.
Bei einer 400V Batterie sind´s schon mal 1,5 Stunden.
Ja, 800V sind Stromsenkend, nur, die Zellen bleiben weder über die gesamte Lebensdauer gleich, noch haben Sie die gleichen Umgebungsbedingungen.
Die einen sitzen innen, andere aussen, unten, oben, was Thermisch schon unterscheide produziert und je älter, auch Auswirkungen hat.
Im Stationäreinsatz sind es zu über 50% immer die oberen Zellen welche auffällig werden und die unteren, welche mehr balanciert werden, da eine Temperaturschichtung dies forciert.
800V sind geil.
Nicht umsonst jedoch nennt man Bereiche über 1.000V Mittelspannung.
Die Lichtbögen und Energien sind dermassen hoch, dass man echten Respekt bekommt.
Wenn Lichtbögen einmal gut 50 cm lang werden können wie bei 800Volt, und nur noch der Innenwiederstand der Zellen diesen begrenzen hat man in der Folge ausgebrannte Löcher in Systemen.

Ja, 800V sind geil. Jedoch hat man sich schon einiges gedacht, als man rund 400V definierte.
Der Effektivwert der Netzspannung von 230V wäre nur 163 Volt DC gewesen. Daran erkennt man, dass die 400V DC bereits im Sinne der Batterien, deren Ströme und deren Haltbarkeit definiert wurden.
Was 800V kann, ist das, was 800V auch zum Nachteil werden lässt.

Es sind keine 2 Zellen gleich, sonst würden wir nicht einzelne Zellen hochkitzeln müssen damit Auto´s wieder fahren können.
Theorie und Praxis weichen leider voneinander oft ab.

Der Ioniq 5 lädt mit bis zu 220 kW, also mit rund 275A das 800V System. das bei einer 90Ah Zelle ist gut bei C3.
wo soll´s noch hingehen?
Der Zellwiederstand ist 0,2 Ohm x Chem/ Physischem Wert: also 0,6 Ohm, was, bei 275 Ampere, 165W Verlustleistung / Zelle generieren kann.
Auch wenn´s eine Zellen kann, der Steigerungsfaktor besser wurde und nur noch 80W an Wärme entsteht, pfelglicher Umgang mit Zellen sieht anders aus.
Und, die Verlustleistung haben wir bei 3 V Zellen 266 fach.... vergessen wir den Chem/ Physischen Steigerungsfaktor, welchen Tesla ja extrem gut in den Griff bekommen hat. selbst die 0,2 Ohm, sind noch 55Watt. 55x 266? 14 kW Wärmeleistung.

Jeder der ein gut starkladendes Fahrzeug fährt kennt den Effekt wenn es nach der Starkladung aus der Heiztung richtig kuschelig warm kommt.

Nun weiss er Ansatzweise wo dies herkommt.
Übrigens: die 14 kW Wärmeleistung kaufen wir als DC-Leistung zu und bezahlen für den Luxus das System schon fast unnötig künstlich zu altern. Was bei der Angegebene Ladedauer von Hyundai mal mind 4 kWh nur für die Kühlung bei einer Ladung von 18 Minuten wären.( 10 auf 80%)

Allerdings, wir gleiten vom Thema ab.
350 kW und wofür wir´s brauchen.
Im Moment für nicht´s......
Damit hat glaube ich Ionity begonnen und denen hat die EU Geld in den A.... geblasen.
Mehr Ladepunkte mit weniger Leistung wäre das gewesen, was der Markt benötigt hätte.
So hat man etwas gebaut, was keiner braucht und den Markt gezwungen mitzuziehen, da das "geil" ist.
Braucht man genausowenig wie ein Auto welches 300 fährt, aber mindestens drei der Inhaber von Ionity bauen ja auch solche Sinnlosigkeiten.

[Ioniq1234]

@env20040: Bei Bleiakkus ist Parallelschaltung dann problematisch, wenn bei einer Zelle was passiert. Dann wird diese durch den anderen Akku unkontrolliert durch Ausgleichsladung beaufschlagt, bis irgendetwas nachgibt.

Bei LiIon Akkus kann das zwar theorethisch auch passieren, wird aber frühzeitig durch das BMS erkannt und gegengesteuert. Bei Tesla zum Beispiel sind viele 18650er Zellen hart verdrahtet parallel geschaltet. Durch das BMS wird aber nur der ganze Block überwacht. Aber trotzdem wenn eine Zelle muckt, driftet die Spannung und das BMS steuert gegen. So extrem wie bei Pb Akkus passiert das aber bei LiIon nicht. Zu dem sind diese meist selektiert. Also nur Zellen, die zu 99,9% gleich sind, werden zusammengeschaltet um Produktionsschwankungen auszugleichen.


Mir ist kein Auto bekannt, welches 2 Motoren hat, die über 2 verschiedene Akkus betrieben werden. Das wär zwar technisch möglich, bringt aber unnötige Herausforderungen spätestens beim Schnellladen. Außerdem benötigt man fast alles doppelt. Angefangen vom BMS über Ladegerät bis hin zum DC-DC Wandler.


Aktuell kenne ich kein Serienfahrzeig, welches eine nenneswerte Zeit über 300KW laden kann. Und am Horizont sind solche Fahrzeuge auch nicht sichtbar. Damit man mit 350KW laden könnte, müsste der Akku mindestens 120kWh Brutto aufweisen, damit man nicht über die kritischen 3C kommt. Das wär sicher in einigen Jahren machbar. Dann wären da aber noch die thermischen Herausforderungen, die bereits bei 200KW nicht ohne sind. Mehr Kühlaufwand und größere Akkus = mehr Gewicht und mehr Verbrauch.

Und dann stellt sich noch die Frage, selbst wenn wir solche Fahrzeuge hätten, was bringt das?

80kWh M3 ladefähig mit 200KW Verbrauch sagen wir 15 kWh/100km macht 125km Reichweite in 6 min.
120kWh MS ladefähig mit 300KW Verbrauch sagen wir 20kWh/100km macht 150km Reichweite in 6 min.

Allerdings gelten diese Werte nur kurzzeitig im idealen Bereich wenn der Akku Wohlfühltemperatur aufweist und man an einem entsprechend potentem Lader steht. In allen anderen Fällen ist man in der Regel mit dem sparsameren Fahrzeug schneller oder zumindest gleich schnell. Mal vom Kostenvorteil ganz abgesehen. Ganz bitter wird es, wenn man nur einen 50-100KW DC Lader hat.

350-500KW sehe ich eher für LKW´s mit 300-500kWh Akkus und mehr. Wobei auch hier eine Ladung von 10-80% in 45min ausreicht, da die vorgeschriebene Pause eingehalten werden muss.

Mal abgesehen davon, dass du dich um Faktor 1000 verrechnet hast,

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Upps, ja, da ist mir beim Rechnen das "k" von den kW irgendwie unter den Tisch gefallen
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bleibt die Verlustleistung in den Akkuzellen gleich. Es macht für die Zellverluste keinen Unterschied ob 2 Akkuzellen parallel oder in Reihe geladen werden. Die Verluste entstehen pro Zelle, bei 800 Volt sind einfach mehr Zellen in Reihe verschaltet, bei 400V mehr Zellen parallel.

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Letzteres ist mir ja völlig klar. Aber ich habe mir ziemlich den Kopf zerbrochen und könnte zu keinen klaren Ergebnis, keine Ahnung, wo es bei mir hakt:

Wenn ich die jeweiligen Batterien mal als "black box" betrachte und über beide die gleiche Leistung fließen lasse, dann ist beim 800 V System der nötige Strom über die Batterie geringer. Musste also auch in der Batterie weniger Verluste erzeugen, was aber aus dem oben von Dir ja auch genannten Grund wieder unlogisch erscheint.

Irgendwie habe ich da gerade einen Knoten im Hirn.

Genau das mit der "Black Box" funktioniert aber nicht, einfach weil die Verschaltung innerhalb der Batterie sich bei einer Verdopplung der Spannung bei gleichem Zellaufbau zwangsläufig ändern muss. Denn für die einzelne Zelle darf sich nichts ändern, Spannung und Strom bleiben beim Laden gleich und damit produziert diese natürlich auch weiter die gleichen Verluste.

[Jens.P]

Der Strom über die Batterie ist natürlich bei 400 V Batteriespannung doppelt so stark wie bei 800 V.

Dann ist meine Beobachtung, dass sich die Zellen beim 800V System bei Entladung weniger erwärmen, also doch auf diesen Umstand zurück zu führen?

Nun weiss er Ansatzweise wo dies herkommt.
Übrigens: die 14 kW Wärmeleistung kaufen wir als DC-Leistung zu und bezahlen für den Luxus das System schon fast unnötig künstlich zu altern. Was bei der Angegebene Ladedauer von Hyundai mal mind 4 kWh nur für die Kühlung bei einer Ladung von 18 Minuten wären.( 10 auf 80%)

Der Unterschied ist nur, bei 800V sieht es der Kunde direkt und daher nun die Sensibilität für dieses Thema. Mein Model 3 hat bei Richtgeschwindigkeit auf 200km auch mal eben bis zu 6kWh Wärme durchs Entladen produziert. Und das erfässt kein BC. Daher kann ich nicht unterschreiben, dass ein Tesla überaus effizient ist.

Abhilfe ist recht einfach. Man steuert einen 150/ 175kW Lader an.

[Ioniq1234]

Die 800V hat man nur deswegen eingeführt, weil der CCS Stecker und die Kabel nicht für höhere Ströme ausgelegt sind. Vor über 10 Jahren, als CCS entwickelt wurde, hat man noch nicht mit Ladeleistungen in dieser Größenordnung gerechnet. Keiner der Ägsbärdn hat damit gerechnet, dass die Ladeleistung jemals über 150KW steigen würde. Zwar hat Tesla damals schon mit 120KW geladen, aber das war ja damals noch streng geheim

Tesla Akkus galten damals mit einer Lebensdauer von weniger als 5 Jahren als Ausnahme, die sich nicht durchsetzen wird. Konnte ja damals niemand wissen, dass sich die Akkus nicht an die Aussagen der Akkuwissenschaftler halten würden.