Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Warum ist DC Laden schneller als AC?


von Tim B. (timtom987)


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Liebe Community,

ich beschäftige mich seit langer Zeit mit Speichertechnologienb für 
Elektroautos. Man hört ja in den letzten Monaten vermehrt von dem DC 
Schnellladen.
Ich kann mir allerdings (aus elektrotechnischer Sicht) nicht erklären 
warum DC Laden schneller sein soll?

Gerne möchte ich euch an meinen Gedanken teilhaben lassen in der 
Hoffnung, dass mir einer eine verständliche Erklärung liefern kann:

Angenommen ich möchte mein E-Auto @ home über den regülären 
Haushaltsanschluss laden. Nehmen wir an ich habe dafür eine dreiphasige 
Ladestation in meiner Garage. Sprich, aus meiner Steckdose kommt erst 
einmal AC mit ca. 32KW Leistung. Bevor ich die Batterie lade wird die 
Spannung gleichgerichtet.
Die Leistung wird dadurch ja nicht größer, oder habe ichda etwas nbicht 
verstanden? P = U * I --> Wenn P= 32KW ist und ich U hochtransformiere 
und anschließend gleichrichte, dann wird doch I automatisch kleiner??
Die Leistung die ankommt, kann doch nicht verlustfrei erhöht werden?

Auch bei den "Schnellladestationen" die überall im Gespräch sind:
Diese sind doch auch am Netz angeschlossen und bevor bei denen aus der 
Ladesteckdose DC rauskommt, muss dieser doch erst gleichgerichtet 
werden?

Ich bin leider kein E-technik Fachmann (komme aus der Chemie), aber ich 
kann mir das nicht erklären.

Vielen Dank für eure Unterstützung im Voraus

Tim

von Düsendieb (Gast)


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Tim Buchholz schrieb:
> Die Leistung die ankommt, kann doch nicht verlustfrei erhöht werden?

Bei dieser ganzen Disskusion werden munter alle mögliche Begriffe 
gemischt, weil da Politiker mitreden wollen.

Akkus werden grundsätzlich mit DC geladen.
Je schneller man Akkus läd, umso schneller gehen die kaputt.
Beim Trafo bleibt die übertragene Leistung natürlich gleich, abzüglich 
der Verluste im Trafo.

Axel

von Tim B. (timtom987)


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Hallo Axel,

vielen Dank für deine schnelle Antwort.

Eben, das habe ich mir auch gedacht. Wie gesagt, ich komme ja aus der 
Batterietechnik (elektrochemie). Es gibt mittlerweile Materialien, die 
sehr hohen Leistungen gerecht werden, wodurch die Batterie nicht leidet. 
Sie könnten zukünftig fürs Schnellladen prädestiniert sein.

Ich will einfach nur die Elektrotechnik verstehen, warum alle immer 
sagen, dass DC laden schneller ist als AC. Ich erkläre mir das 
mittlerweile so: Ellon Mursk (Tesla CEO) hat diesen Begriff geprägt. Er 
will DC Schnellladestationen in Kalifornien aufbauen. Er macht das 
deshalb, weil im Tesla auf ein schweren im Auto befindlichen AC/DC 
Wechsler verzichtet werden kann und dadurch Gewicht gespart wird.
Ich habe das Gefühl, dass damit jeder Politiker und Marketingfuzzi nun 
überall vom "DC Schnellladen" spricht.

von Düsendieb (Gast)


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Natürlich verkauft sich eine "Schnelladestation" bei den Wählerinnen und 
Wählern besser, als wenn man sagt dass man Akkus lieber langsam aufläd.

Als Chemiker hat Du Dich bestimmt schon mir der Anzahl der Ladezyklen 
von Akkus beschäftigt.
Vieleicht auch mit der entnehmbaren Energie aus Akkus bei 
unterschiedlichen Lade- und Entladeströmen.

von Tim B. (timtom987)


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Ja, die Abhängigkeit der entnehmbaren Energie von der Laderate ist mir 
nat. bekannt.
Wie gesagt, es gibt bereits Elektrodenmaterialien, welche hohe Ströme 
vertragen und die sich dabei nicht stark erhitzen. Die Energiedichte 
solcher Zellen ist zwar nicht besonders hoch, aber für High Power 
Anwendungen geeignet -> ohne dass sie durch häufiges zyklen mit hohen 
Strömen altern.

Das man derzeitige Batterien in E-Autos nicht unbedingt Schnellladen 
sollte, ist mir klar. Aber angenommen in 5-10 Jahren gibt es 
kommerzielle Batterien, die sowohl eine vernünftige Kapazität haben, als 
auch auch eine hohe Leistungsdichte:
lieg ich damit jetzt richtig, dass es elektrotechnisch Blödsinn ist, 
dass DC laden grundsätzlich schneller ist als AC? Eine Ladestation ist 
doch immer ans Netz angeschlossen und muss somit erst einmal AC in DC 
wandeln.
Egal ob sie die Leistung aus dem Niederspannungsnetz oder aus dem 
Mittelspannungsnetz bezieht: AC->DC = Leistung bleibt gleich.
Daraus folgere ich: Die ganzen Berichte über das "schnelle DC Laden" 
sind aus elektrotehnisch/physikalischer Sicht Bullshit?

von Decius (Gast)


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Vorallem ist es nicht sinnvoll in Autos überhaupt Batterien 
einzusetzten. Dafür sind die notwendigen Rohstoffe, z.B. Lithium, viel 
zu selten auf der Erde. Ausserdem wären mit Brennstoffzellen 
geschlossene Kreisläufe möglich in denen Wasserstoff zu Wasser verbrannt 
wird, welches durch Elektrolyse wieder für die Wasserstofferzeugung 
benutzt werden kann.

Ich meine auch gelesen zu haben, das sich jetzt wieder mehr auf die 
Brennstoffzellen konzentiert wird.

von Tim B. (timtom987)


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Hallo Decius,

das ist jetzt allerdings ein ganz anderes Thema :)

Bzgl. den Lithium Vorräten weltweit gibt es genügend Studien die 
belegen, dass selbst bei 30.000.000 E-Autos das Lithium noch Jahrzehnte 
reicht. Das Recycling von Lithium ist technisch ausserdem schon möglich 
und kann zu 100% wieder in den Rohstofkreislauf zurück geführt werden. 
Es ist allerdings noch nicht wirtschaftlich, das wird es aber, wenn 
E-Autos mal auf dem Markt etabliert sind. Brennstoffzellen Autos sind 
nat. eine Alternative. Allerdings hat kein Hausbesitzer eine 
Wasserstoftankstelle daheim (gerade das macht ja Batterieautos aus) und 
diese sind zusätzlich verdammt teuer (für Tankstellenbetreiber). BZ 
Systeme sind des Weiteren immer noch teuer und werden zukünftig um das 
teure Platin nicht herumkommen.


Naja...bitte back to topic. Die E-Auto Diskussion hatte ich schon auf 
zig tausenden Podiumsdiskussionen geführt :)

von Hauspapa (Gast)


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AC oder DC beschreibt die Schnittstelle zum Fahrzeug.

Bei AC hast Du die Ganze Leistungslektronik an Board. Bei spätestens 
20kW ist Schluss weil Du keine Steckdosen findest (CEE rot 32A). Meist 
wird aber wegen Kosten, Gewicht und Bauraum nur einphasig (230V/10-16A) 
oder dreiphasig 10kW (CEE rot 16A) installiert. Vorteil: Hast Du eine 
Steckdose kannst Du Laden, egal wo Du bist.

Im DC Fall steht die Ladeelektronik fest. Ist folglich nicht im 
Fahzeugpreis enthalten, darf gross und schwer sein und kann leicht auf 
50kW und mehr ausgebaut werden. Darüber hinaus hat der 
Fahrzeughersteller weniger Probleme mit verschiedenen Stromnetzen bei 
weltweitem Fahrzeugvertrieb. Ein feste Station lässt sich viel leichter 
anpassen und kann dann von verschiedenen Fahrzeugen genutzt werden. 
Dasselbe IM Fahrzeug zu realisieren ist wesentlich aufwändiger.

schönen Tag noch
Hauspapa

von Peter D. (peda)


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Die Sache ist ganz einfach.

Beim DC-Laden ist die Ladeelektronik außerhalb des Fahrzeugs. Sie kann 
dadurch viel teurer und aufwendiger aufgebaut sein und somit ein 
schnelleres Laden ermöglichen.

Die AC-Ladung ist also ein Kompromiß zwischen zusätzlichen 
Kosten,Gewicht und Ladeeffizienz.

von Icke ®. (49636b65)


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Tim Buchholz schrieb:
> Daraus folgere ich: Die ganzen Berichte über das "schnelle DC Laden"
> sind aus elektrotehnisch/physikalischer Sicht Bullshit?

Es gibt kein Laden mit Wechselstrom, also ist es IMMER "DC-Laden". Und 
natürlich sind Schnelladestationen mit mehreren 10kW Anschlußwert 
schneller als die 230V-Steckdose daheim, wo nur 2-3kW rauskommen, 
logisch.

von Tim B. (timtom987)


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Check!

Danke euch allen

von Muhkuh (Gast)


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Das Ziel ist ja Leistung in den Akku zu bewegen. Leistung ergibt sich 
aus U*I, wobei die Verluste mit dem Strom im Quadrat ansteigen. Also 
möchte man möglichst hohe Spannungen haben. Man könnte natürlich die AC 
Spannung hochtranformieren und dann im Auto gleichrichten. Man kann aber 
auch in der "Zapfsäule" die Spannung gleichrichten und mit einem 
Stepupconverter erhöhen.

Variante 1 benötigt bei diesen Leistungen recht große und teure Trafos 
und wird daher nicht gemacht. Die Spannung bleibt gering und die Ströme 
hoch. Die Ströme limitieren hier die maximale übertragbare Leistung. 
Eine Alternative wäre ein Schaltnetzteil. Das würde aber auch teuer 
werden. Da kann man gleich auf Variante 2 setzen.

Variante 2 ist kostengünstig und ermöglicht halt die Übertragung von 
viel Energie in kurzer Zeit, da hier die Stöme gering sind. Es benötigt 
einen einfachen Gleichrichter, einen Stepupconverter und einen 
Stepdownconverter im Auto. Alles Komponenten, die mit recht wenigen und 
billigen Bauteilen umgesetzt werden können.

von MaWin (Gast)


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> Warum ist DC Laden schneller als AC?

Natürlich ist dieser Satz Unsinn,

ein Akku hat immer DC.

Aber als Begründung wo dieser Quatsch herkommt:

DC Gleichstrom ist immer gleich (stark) also kann man ihr dauerhaft auf 
Maximalwert zum Laden laufen lassen. Man kann Elektronik bis zu dessen 
Maximalwert nutzen.

AC Wechselstrom hat Lücken in denen kein Strom fliesst und Spitzenwerte 
die deutlich über dem Durchschnitt liegen. Da Elektronik für den 
Spitzenwert ausgelegt sein muss, aber im Durchschnitt eben weniger Strom 
fliesst, ist der Ladevorgang damit bei gleich starker Elektronik 
langsamer.

Natürlich könnte man einfach die Elektronik überdimensionieren, das wäre 
aber teurer. Natürlich könnte man 3-Phasen Wechselstrom so belasten, daß 
immer nur die Phase mit der höheren Spannung benutzt wird, das mögen 
aber die Elektrizitätswerte nicht (crest factor).

In der Praxis hat man sowieso Wechselspannung aus dem Stromnetz und 
damit Wechselstrom den man nutzen muss und in Gleichspannung für den 
Akku umwandlen muss den man durchaus gepulst, also mit zwar nicht in der 
Polarität wechselnden, aber mit Lücken und Mittewlert und Spitzenwert 
versehenem Strom laden wird.

Der AC/DC Satz ist also Laberquatsch von Desinformierten.

von Georg W. (gaestle)


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Es geht nur darum, ob das Ladegerät im Auto oder außerhalb sitzt, also 
ob Gleichstrom oder Wechselstrom übertragen wird.

Die DC Ladetechnik hat den Vorteil für den Betreiber der 
Stromtankstellen den Vorteil dass die Kundschaft an ihn gebunden ist. 
Wer das Ladegerät (vom Gewicht her geht das im Vergleich zum Akku im 
Rauschen unter) im Auto mitführt kann sich zur Not ein Adapterkabel 
basteln.

Für den Autohersteller hat es den Vorteil dass er entweder gar kein oder 
nur ein schwaches und damit billiges Notfall-Ladegerät verbauen muss. 
Die Leistung muss in jedem Fall in das Fahrzeug kommen, in beiden Fällen 
wird die Konstruktion der Stecksysteme nicht trivial sein.
Ein Gleichspannungseingang ist ev. sinnvoll wenn direkt aus einer 
Photovoltaikanlage geladen wird.

Die Frage ist eher wie die Produktpolitik aussieht und wie es dem 
Konsumenten schmackhaft gemacht werden soll.

Muhkuh schrieb:
> Das Ziel ist ja Leistung in den Akku zu bewegen. Leistung ergibt sich
> aus U*I, wobei die Verluste mit dem Strom im Quadrat ansteigen. Also
> möchte man möglichst hohe Spannungen haben. Man könnte natürlich die AC
> Spannung hochtranformieren und dann im Auto gleichrichten. Man kann aber
> auch in der "Zapfsäule" die Spannung gleichrichten und mit einem
> Stepupconverter erhöhen.
Wenn ich die Spannung hoch- und wieder heruntersetze kann ich gleich ein 
Ladegerät im Auto verbauen... Die Bordnetzspannung liegt übrigens im 
Bereich um die 400V.

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