Priusfreunde.de

Genau da sehe ich auch die Haupt-Gründe.

1. was mache ich mit dem Auto ?
ICH fahre typischerweise 100km am Tag. 47km zu Arbeit, 47km zurück.

Damit liege ich weit über durchschnittlichen Pendelstrecke.
um Spätestens 19h ist das Auto @home, um 6:00 muss es wieder los.
Macht man das "Zügig" mit sowas wie einem Leaf, oder einem Ionic (nicht mit dem Jaguar I-Pace) sollten am Ende ca. 22kWh im Akku fehlen.

2. was muss der Lader können?
der Lader muss von 19h bis 6h das Auto voll bekommen.
11 Stunden Zeit für 22kWh. >> 2 kW Ladeleistung genügen.

Der Lader muss billig sein.
Der Lader muss betriebsicher sein.
Der Lader sollte einen ordentlichen Wirkungsgrad haben.

3. Gedanken vom Techniker dazu:
Einen guten Wirkungsgrad gibt's im Bereich der Auslegung.
2kW passen gut zur Steckdose. Die kann ohne Klimmzüge 10A, macht 2.3kW. Bei 16A>>3.7kW werden mache Konstruktionen schon heiß.

Irgendwo in dem Bereich sollte ein Schnarch-Lader den besten Wirkungsgrad haben.
Der Schnarch-Lader sollte möglichst ohne Wasserkühlung auskommen, am liebsten Passiv.
Bei 95% Wirkungsgrad fallen 150W Verlustleistung an. Die Bekommt man vielleicht sogar weg, wenn man das Ding clever an die Karosseriestruktur schraubt. Vorerst aber Vermutlich mit Lüfter.

Sieht man jetzt einen 11kW Drehstromlader vor, braucht man zwei Dioden mehr, (1€) aber auch Größzere Zwischenkreis-Kondensatoren, Stärkere Leistungshalbleiter, einen größeren Übertrager, und mehr Kühlleistung.
Was gewinnt man ?
Ganz wenige Kunden brauchen nur die halbe Nacht zum Laden. Ein Schnellader wird das noch lange nicht. Hat aber einen schlechteren Wirkungsgrad, ist Größer, der Lüfter ist lauter, und die Lade-Kiste kostet 30% mehr.


Dann könnte man den 11kW Lader auch gleich als 22kW-AC-Lader ausführen. (vermutlich nochmal 10% teurer, noch schlechterer Wirkungsgrad bei 2-3kW)


Daher würde ich den Schnarchlader als eine getrennte Baugruppe entwickeln. Aus Kostengründen vermutlich als Welt-Lader.
Spec: 100V-240V, 6-16A parametrierbar.

Der Schnellader hat dann damit nix zu tun und kann passend zur lokalen Infrastruktur eingebaut werden.
Alles über einen Lader zu versuchen macht ihn komplizierter und verursacht einen schlechten Wirkunggrad.

Kurzfassung:
Ein Schnarchlader der ca. 3kW "kann" dürfte bei 90% der Kunden über 95% der benötigten Energie liefern können.
Der muss nicht schneller sein, der muss nur maximalen Wirkungsgrad haben.
Der Muss das Auto auch nicht jede Nacht voll bekommen. Wenn ich nur 50% der Akku-Kapazität brauche, kann ich auch mal mit 80% losfahren, wenn's am Vortag zu spät geworden ist.

Selbst wenn der Ladestand stetig sinkt, z.B. weil man knapp mehr fährt, als die Steckdose liefert... Also morgens mit 90%, 80%, 70% startet, dann kann man alle 3 Tage mal 10 Minuten am Schnellader die Bilanz auf Null bringen (z.B. von 20% auf 50% Laden, den Rest dann wieder über Nacht). Die Masse der Energie kommt dennoch über den Schnarchlader.

Zustimmung, auch zu den Wirkungsgrad-Ausführungen. Ein schwacher AC-Lader reicht, wenn täglich so viel Zeit zum Laden vorhanden ist und für Langstrecken ein Schnelllade-Anschluss zur Verfügung steht. Aber das gilt eben nur bei vorhandenen BEV-Idealkonditionen - also der Möglichkeit zum Laden über Nacht.

Und man muss bedenken: 3-phasige AC-Ladepunkte gibt es Abertausende, die ganze Innenstädte sind voll davon. Auf jeden DC-Ladepunkt (CCS, Chademo) kommen mindestens zehn dreiphasige AC-Ladepunkte. Gefühlt sind es noch viel mehr, denn die AC-Lader ballen sich besonders im urbanen Umfeld und bieten fast immer zwei Anschlüsse. An den DC-Ladern kann hingegen immer nur 1 Auto laden und sie stehen eher entlang von Autobahnen.

Deshalb ist (für mich) im Alltag flottes dreiphasiges Laden ein echter Mehrwert. Nach einer Stunde Einkaufen hat mein Auto 140 Kilometer nachgeladen, mit einem Schnarchlader wären es bestenfalls 25. Das ist in meinem BEV-Alltag der entscheidende Unterschied zwischen "Laden müssen" und "Laden können", weil es gerade eine günstige Gelegenheit dazu gibt.

Grüße, Egon

Die Lösung ist doch das Ladegerät nicht mehr umherzufahren, sondern Ladesäulen mit integrierten, adaptiven Ladesystemen zu haben.

Anstatt die Autos zu subventionieren, sollten Ladestationen stärker subventioniert werden, allerdings das der Privatwirtschaft zu überlassen finde ich nicht immer richtig - da sind zuviele Egomanen dabei.

Hätten wir das Stromnetz privat aufgebaut, hätten wir heute wahrscheinlich 100V, 110V, 160V, 200V, 215V, 230V, 250V, 300V mit 45Hz, 50 Hz, 55 Hz, 60 Hz usw.

Da gehört ein EU-Standard her wie bei den Kraftstoffen auch.

Ich möchte an dieser Stelle gerne mal anmerken, dass es mitnichten so ist, dass ein Netzteil (und prinzipiell ist das Ladegerät nichts anderes) nur in der Nähe des maximalen Stromes effizient arbeitet.

Leider konnte ich keine belastbaren Informationen zu den Ladegeräten finden, die in den BEVs verbaut sind. Wenn man sich aber mal die Effizienzkurven von Computernetzteilen ansieht, so liegen die besseren Exemplare im Bereich zwischen 20 und 100% Last typischerweise bei >=90% Wirkungsgrad, mit einem Maximum von etwa 94% bei 50% Last.

Wenn man das so auf meinen Onboard-Lader übertragen kann (was ich hier mal unterstellen will), der 48 A kann, dann macht es bzgl. des Wirkungsgrades des Laders keinen Unterschied, ob ich mit 48 A oder mit 10 A lade. Lediglich die Zuleitungen erwärmen sich bei 10 A weniger stark, somit ist der Gesamtwirkungsgrad dann sogar besser.

Das Wirkungsgradmaximum dieses Onboard-Laders wäre bei etwa 24 A (entsprechend 50% des maximalen Stroms) erreicht.

Mir fällt auch kein Grund ein, warum der Wirkungsgrad bei niedriger Last richtig schlecht sein sollte. Es ist ja nicht so, dass eventuelle Lüfter immer mit Volldampf laufen. Natürlich haben die Ladegeräte eine Temperaturregelung. Selbst ohne die würde langasames Laden immer noch in der Größenordnung 1 kW liegen, da macht ein 5W-Lüfter den Kohl nicht fett.

Eine Frage der Dimensionierung, auch ein 22kw lader kann den gleichen Wirkungsgrad haben.

Was beim auto dazu kommt, ist aber der Verbrauch der onboard Elektronik während des ladens, tendentiell hat das bei höherer leistung weniger Einfluss, nach meinen Messungen ist der unterschied zwischen 3.7kw und 11kw aber nur 2%.
Das ist mit den bisher genannten parametern noch nicht erklärbar.

CA-Klaus schrieb:
Mir fällt auch kein Grund ein, warum der Wirkungsgrad bei niedriger Last richtig schlecht sein sollte. Es ist ja nicht so, dass eventuelle Lüfter immer mit Volldampf laufen. Natürlich haben die Ladegeräte eine Temperaturregelung. Selbst ohne die würde langasames Laden immer noch in der Größenordnung 1 kW liegen, da macht ein 5W-Lüfter den Kohl nicht fett.
Um das genau zu erklären müsste man recht tief in die Funktionsweise eines DC/DC Konverters einsteigen, das übersteigt aber den Rahmen dieses Forums, und ich selber bin auch weit weg davon ein Experte auf diesem Gebiet zu sein. Aber beruflich habe ich schon die eine oder andere derartige Schaltung entwickelt.

Es ist vereinfacht so, dass bei einem DC/DC Wandler der Eingangsgleichstrom zerhackt wird und über eine Induktivität auf ein anderes Spannungsniveau transformiert wird.

Dabei gibt es grob die Typen Abwärtswandler ("Buck"), der eine hohe Spannung auf ein niedrigeres Niveau herunterregelt, und den Typ Aufwärtswandler ("Boost") der eine niedrige Spannung hochtransformierr. Außerdem gibt es noch die Mischformen davon ("Buck-Boost").
Bei den hier zu betrachtenden Ladereglern dürfte es sich tatsächlich um eine Buck-Boost Topologie handeln, da die Eingangsspannung in einer ähnlichen Größe wir die Ausgangsspannung liegen kann.

Der Wirkungsgrad wird dabei durch Verluste in den Bauteilen (Induktivität, Schalttransistor, Freilaufdiode, Glättungskondensatoren, ...) und vor allem von Schaltverlusten in Abhängigkeit vom Tastverhältnis des "Zerhackers" bestimmt.

Dieses Tastverhältnis hängt nun wiederum seinerseits von der zu treibenden Last ab. Und dabei ergibt es ein Optimum für die Buck-Boost Topologie bei rund 50% Tastverhältnis. Sowohl in Richtung geringerer Last als auch in Richung höherer Last wird der Wirkungsgrad schlechter.
Und bei welcher Leistung die 50% liegen hängt wiederum von der Auslegung des Reglers ab.

Ich hoffe mein Erklärungsversuch war einigermaßen verständlich und vor allem korrekt

Viele Grüße
Thomas

CA-Klaus schrieb:
Mir fällt auch kein Grund ein, warum der Wirkungsgrad bei niedriger Last richtig schlecht sein sollte.
Der Ladevorgang dauert dann lang und je nach Auto hat dessen Technik einen mehr oder weniger hohen Standby-Verbrauch während dessen. Somit ist der Verlust nach einer längeren Zeitspanne relativ hoch und der Wirkungsgrad "to wheel" nicht so gut.

LG
Klaus

Ok, das ist dann aber das Fahrzeug, das während des Ladens zusätzlich Energie verbrät und nicht der Lader. Welche Fahrzeuge tun das denn und was genau verbraucht während des Ladens Energie? Oder beziehst Du Dich auf die allgegenwärtigen Vampirverluste? Die würde ich eher nicht dem Ladevorgang zuordnen wollen und schon gar nicht dem Wirkungsgrad des Ladegeräts.

Ich habe mal versucht, das bei meinem Model 3 nachzuvollziehen, aber es macht dort keinen Unterschied, ob ich 6 Stunden mit 16 A oder 3 Stunden mit 32 A lade. In beiden Fällen hatte ich am Ende 144 km mehr auf der Anzeige

Das bedeutet aber nicht, dass in beiden Fällen auch die gleiche Energiemenge aus dem Netz bezogen wurde.

Im Allgemeinen haben AC-Lader im unteren Leistungsbereich einen relativ schlechten Wirkungsgrad und ganz oben lässt er auch etwas nach. Bei den von Tesla verbauten Ladern liegt das Optimum angeblich bei ungefähr 80% der Maximalleistung.

Hier als Beispiel die Kennlinie einiger verbreiteter AC-Lader (3 x 32 A = 22 kW):

- i.imgur.com/r1T6vLn.png
- tff-forum.de/download/file.php?id=41224&mode=view

Grüße, Egon

Egon schrieb:
Das bedeutet aber nicht, dass in beiden Fällen auch die gleiche Energiemenge aus dem Netz bezogen wurde.Das würde mich sehr wundern. Die Netzspannung ist relativ konstant bei 240 V und der angegebene Strom ist der auf der Netzseite. Die durch die Steckdose geflossene Energie ist SpannungxStromxZeit. Wenn ich die Zeit verdopple und den Strom halbiere, habe ich dem Netz exakt die gleiche Energiemenge entnommen, und zwar unabhängig vom Wirkungsgrad des Laders. Der macht sich erst auf der Fahrzeugseite bemerkbar, aber dort habe ich zumindest zwischen 16 A und 32 A Ladestrom keinen signifikanten Unterschied feststellen können.

Ich kann aber gerne mal ein paar Stunden bei 5 A laden, um zu sehen, was dann passiert. Das hätte aber den unangenehmen Nebeneffekt, dass der Ladevorgang dann so lange braucht, dass der Eigenbedarf des Fahrzeugs nicht mehr zu vernachlässigen ist. Der hat aber nichts mit dem Wirkungsgrad des Ladegeräts zu tun und darf daher nicht in dessen Wirkungsgrad eingehen.
Praktisch ist das natürlich schwer zu trennen. Im Extremfall, wenn das Ladegerät nur den Energiebedarf des Fahrzeugs deckt, ohne die Batterie zu laden, würde es so aussehen, als sei der Wirkungsgrad des Ladegeräts 0%, was aber natürlich nicht stimmt. Genau darauf wollte ich hinaus: die Vampirverluste bzw. der Eigenbedarf des Fahrzeugs verfälschen die Wirkungsgradbetrachtung.

Bei mir kann beim Vergleich der aus dem Netz entnommenen Energie mit der im Fahrzeug angezeigten "Verbrauch seit letztem laden" (also ab akku und inklusive Vampirverluste usw.) bei 16A/einphasig 82% und bei 13 und 16 A dreiphasig 83% bzw. 84% heraus.

Bei Einphasig wird beim europäischen model3 nur einer der drei AC/DC Wandler benutzt, d.h. das das bei der us Version die 80% von 48A gelten und bei der EU version 80% von 16A.
Nur: grau ist alle Theorie, besser selber prüfen.

Womöglich hat tesla den lader genau aus dem Grund inzwischen auf 120% ausgelegt, dann greifen diese überlegungen nicht mehr

Wenn ich meinen Schnarchlader im A3 etron auf 5 A drossel, sinkt auch der Wirkungsgrad alleine schon deshalb weil das Lademanagement die Kühlpumpen etc. länger laufen und somit mehr Wattstunden an Energie benötigen...

Wieso sollte er bei 5A kühlen wollen?

Die Kühlpumpe für das Ladegerät läuft zwar dann langsamer, aber sie läuft. Ebenso ist das Steuergerät wach...