WM Consulting
Strategie · Technologie · Wachstum
DE EN
KI-Beispiel · E-Mobilität

Parken oder Laden?

Lohnt es sich, das Auto zum Beispiel 2 Stunden an einer 11-kW-AC-Ladesäule abzustellen, statt einen Parkschein zu ziehen? Der Rechner vergleicht Parkgebühr und Ladekosten, inklusive der Blockiergebühr nach 3 Stunden.

Rechner

Parkschein oder Ladesäule?

Berechnung: lokal im Browser

15 min2 h4 h6 h8 h
€/h
6 A8101316 A
kWh
Ladepreis

Blockiergebühr 10 ct/min ab der 181. Minute Anschlusszeit.

* Diese kWh-Preise gelten nur mit dem Tarif „ELE Autostrom mobil“ für ELE-Kunden. Der Tarif kostet 3,99 € pro Monat. Dieser Betrag ist in der Berechnung nicht enthalten.

Weitere Annahmen

Den Strompreis zu Hause setzt der Rechner als Gegenwert für die geladene Energie an, denn diesen Strom müssten Sie sonst zu Hause laden. Mit 0 ct vergleicht er die vollen Kosten an der Säule mit dem Parkschein.

Ergebnis
–
–
Parkschein – –
Ladesäule, abzüglich Heimstrom – –
Kosten an der Säule
Ladestrom –
Blockiergebühr –
Parkgebühr an der Säule–
Summe an der Säule –
Gegenwert Heimstrom –
Effektive Kosten des Säulenparkens–

* Gilt nur mit dem Tarif „ELE Autostrom mobil“ für ELE-Kunden (3,99 €/Monat, nicht eingerechnet).

Ladeleistung––
Geladen––
Reichweite––
Akku voll nach––
Verlauf

Kosten über die Parkdauer

–

Kosten von Parkschein und Ladesäule in Abhängigkeit von der Parkdauer Blockiergebühr
Parkschein Ladesäule, abzüglich Heimstrom Ladesäule gesamt (gestrichelt)
Diagramm 1

Zeigerdiagramm: aus 230 V werden 400 V

Die drei Sternspannungen sind je 230 V lang und um 120° verschoben. Die Außenleiterspannung U₁₂ = U₁ − U₂ verbindet die Spitzen zweier Zeiger.

Rotierendes Zeigerdiagramm mit Konstruktion der Außenleiterspannung Kreis r = 230 V (grau) · r = 400 V (blau) 120° −U₂ U₁ U₂ U₃ U₁₂ U₂₃ U₃₁ N Dreieck N–L1–L2 mit Herleitung U_L = √3 · U Dreieck N – L1 – L2 120° 30° 230 V 230 V N L1 L2 U · cos 30° U · cos 30° U₁₂ = 2 · U · cos 30° cos 30° = √3 / 2 U₁₂ = √3 · U U₁₂ = 1,732 · 230 V U₁₂ ≈ 398 V ≈ 400 V ωt = 90° U₁₂ eilt U₁ um 30° vor
ωt
Diagramm 2

Momentanleistung bei symmetrischer Last

Jede Phase pulsiert mit doppelter Netzfrequenz. Die Summe der drei Phasen bleibt konstant. Strom und cos φ übernimmt das Diagramm aus dem Rechner.

Momentanleistungen p1, p2, p3 und ihre konstante Summe P = Σp Mittel p₁ ωt (0 … 720°)
p₁(t) L1 p₂(t) L2 p₃(t) L3 p₁+p₂+p₃ = 3 · U · I · cos φ
Mathematik

Herleitung Schritt für Schritt

Von den komplexen Zeigern zur Formel P = √3 · U · I · cos φ.

1

Sternspannungen als Zeiger

U₁ = U·e^(j0°) · U₂ = U·e^(−j120°) · U₃ = U·e^(−j240°)

Alle drei Zeiger sind gleich lang (U = 230 V) und liegen 120° auseinander.

2

Differenz zweier Phasen

U₁₂ = U₁ − U₂ = U·[1 − (−½ − j·√3/2)] = U·(3/2 + j·√3/2)

Die Außenleiterspannung ist die Differenz zweier Sternspannungen.

3

Betrag und Winkel

|U₁₂| = U·√(9/4 + 3/4) = U·√3
arg U₁₂ = arctan((√3/2)/(3/2)) = 30°

Geometrisch: Das Dreieck hat einen Winkel von 120° an der Spitze, die Basiswinkel sind je 30°. Daraus folgt U_L = 2·U·cos 30° = √3·U.

U_L = 1,732 · 230 V ≈ 398 V ≈ 400 V
4

Momentanleistung je Strang

p₁(t) = u·i = U_Str·I·[cos φ − cos(2ωt − φ)]

Die Leistung jedes Strangs schwankt mit 100 Hz um den Mittelwert U_Str·I·cos φ.

5

Summe der drei Stränge

Σ cos(2ωt − φ − k·240°) = 0  (k = 0, 1, 2)

Die Wechselanteile bilden ein symmetrisches Dreiersystem und heben sich auf.

P = p₁ + p₂ + p₃ = 3·U_Str·I·cos φ
6

Einsetzen von U_Str = U_L/√3

P = 3·(U_L/√3)·I·cos φ = (3/√3)·U_L·I·cos φ
P = √3 · U_L · I · cos φ

Bei 16 A: √3 · 400 V · 16 A · 1 ≈ 11,1 kW. Bei 32 A: ≈ 22,2 kW.

Praxis an der Ladesäule
  • φ ist der Winkel zwischen Strangspannung und Strangstrom, nicht zwischen U_L und I. Moderne On-Board-Charger erreichen cos φ ≈ 0,99.
  • 3 · 230 V und √3 · 400 V liefern leicht unterschiedliche Werte, weil 400 V / √3 = 230,9 V sind. Beide Nennwerte sind gerundet.
  • Die √3-Formel gilt nur bei symmetrischer Last. Viele Fahrzeuge laden ein- oder zweiphasig. Dann gilt P = n · U_Str · I · cos φ mit n genutzten Phasen.
  • Abgerechnet wird die Energie am Zähler der Säule. Die Ladeverluste im Fahrzeug zahlen Sie also mit.