e-Lexikon

800-Volt-Technik

Ladezeithalbierung durch Spannungsverdopplung

Betrachtet man die Formel für elektrische Energie E = U ⋅ I ⋅ t, lässt sich die Ladezeit t = E / (U ⋅ I) bei konstanter Stromstärke I durch eine Erhöhung der Spannung U reduzieren. Demzufolge kann durch eine Spannungsverdopplung von 400 Volt auf 800 Volt die Ladezeit bei gleicher elektrischer Belastung halbiert werden.

Beispiel: Die 80 kWh (E) Hochvoltbatterie eines Elektroautos soll an einer HPC-Ladestation aufgeladen werden. Die Ladesäule liefert eine Stromstärke (I) von 500 Ampere. Ein Elektroauto mit 400 Volt-Technik (U) benötigt für den Ladevorgang somit:

Ladezeit t = 80 kWh / (400 V ⋅ 500 A) = 0,4 h = 24 Minuten

Für ein E-Auto mit 800 Volt-Ladetechnik ergibt sich folgende Rechnung:

Ladezeit t = 80 kWh / (800 V ⋅ 500 A) = 0,2 h = 12 Minuten

So weit die Theorie. Tatsächlich laden Elektroautos mit 800 Volt-Ladetechnik heute noch nicht doppelt so schnell wie E-Autos mit einem 400 Volt-Bordnetz.

Der Porsche Taycan und der technisch eng verwandte Audi e-tron GT laden mit 800 Volt-Ladetechnik mit einer Laderate von bis zu 270 kW. Trotz einer 400 Volt-Architektur laden Elektroautos von Tesla mit einer Spitzenrate von 250 kW nicht nicht viel langsamer. Auch der BMW i4, der BMW iX sowie der Mercedes-Benz EQS können mit 400 Volt-Bordnetz an entsprechenden Ladesäulen mit bis zu 200 kW laden.

Allerdings arbeitet die 400 Volt-Ladetechnik bereits an ihrer technischen Grenze, während die 800 Volt-Architektur noch deutliches Potenzial besitzt.

Limitierender Faktor für die Ladeleistung von E-Autos mit 400 Volt-Ladetechnik sind die Ladestecker der Ladesäulen. Die Stromstärke von DC-Ladestationen ohne Kühlung beträgt etwa 250 Ampere. Durch den Einsatz von gekühlten Ladesteckern können HPC-Lader von Ionity eine Stromstärke von 500 Ampere liefern. Da die elektrische Leistung (P) das Produkt von Spannung (U) und Stromstärke (I) ist, beträgt die rechnerische Dauer-Ladeleistung von Elektroautos mit 400 Volt-Ladetechnik somit 400 Volt ⋅ 500 Ampere = 200 kW.

Bei gleicher Stromstärke ist die Ladeleistung eines Elektroautos mit 800 Volt-Architektur doppelt so hoch: 800 Volt ⋅ 500 Ampere = 400 kW. Hier wird die Ladeleistung momentan durch die Batteriezellen begrenzt.

In Zukunft wird die 400 Volt-Technik weiterhin für Pendlerfahrzeuge und bei E-Autos im Stadtverkehr relevant sein, während die 800 Volt-Ladetechnik bei Langstrecken-Elektroautos und Hypercars eingesetzt werden wird. Ziel der Entwickler ist eine Ladezeit von unter 20 Minuten für eine nachgeladene Reichweite von 400 km. Die Ladepause eines Elektrofahrzeuges wäre damit kaum länger als die heute gewöhnliche Tankpause.

Aktuell nutzen Fahrzeuge von Audi, Hyundai, Kia und Porsche die 800 Volt Ladetechnik. Alle vier Fahrzeughersteller vertrauen dabei auf das vom kroatischen Sportwagenbauer und Zulieferer Rimac entwickelte 800-Volt-System.

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