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Hybridantriebe Laden und Energiemanagement – Ladeleistung und Ladezeit überschlägig berechnen

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Einleitung

Hybridantriebe Laden und Energiemanagement – Ladeleistung und Ladezeit überschlägig berechnen

Zielgruppe: Ausbildung Kfz-Mechatronik, Schwerpunkt System- und Hochvolttechnik

Dauer: ca. 90–120 Minuten einschließlich Lernkontrolle

Lernziel: Du berechnest Energiebedarf, Ladeleistung, Ladeverluste und Ladezeit. Du wertest simulierte Diagnosedaten aus und grenzt Ladeprobleme begründet ein.

Leitfrage: Warum benötigt ein Plug-in-Hybrid an einer 11-kW-Wallbox möglicherweise zweieinhalb Stunden, obwohl rechnerisch eine kürzere Ladezeit erwartet wird?

Lernpfad: Sechs kurze Lerneinheiten, ein durchgängiger Werkstattfall, gestufte Hilfen, drei Anforderungsniveaus und interaktive Übungen.

Sicherheitsgrenze: In diesem Kurs werden Hochvoltsysteme, Traktionsbatterien und PV-Gleichspannungsbereiche ausschließlich theoretisch oder in einem sicheren Simulator betrachtet. Es gibt keine Arbeiten an geöffneten Hochvoltsystemen, keine eigenen Hochvoltmessungen, keine Eingriffe in Ladeeinrichtungen und keine Arbeitsanleitungen zum Freischalten. Für reale Tätigkeiten gelten die aktuelle Gefährdungsbeurteilung, die erforderliche Qualifikation, die Herstellerunterlagen und betriebliche Fachfreigaben. Der Kurs erteilt keine Befähigung oder Arbeitsfreigabe.

Lerneinheit 1: Hybridantrieb und Energiefluss

Lernzeit: 8 Minuten

Bildauftrag: Finde im Schema die Energiequellen, den elektrischen Antrieb und den Ladeanschluss.

Ein Plug-in-Hybrid (PHEV) kombiniert einen Verbrennungsmotor mit einem elektrischen Antrieb. Anders als bei vielen nicht extern aufladbaren Hybridfahrzeugen kann seine Traktionsbatterie zusätzlich aus dem Stromnetz geladen werden.

Vergleichsauftrag: Welche Komponenten des dargestellten batterieelektrischen Fahrzeugs sind auch für den elektrischen Teil eines Plug-in-Hybrids wichtig?

Energiefluss beim AC-Laden:

Stromnetz → Ladeeinrichtung → Bordladegerät → Traktionsbatterie
AC	AC und Kommunikation	AC/DC-Wandlung	Energiespeicherung

Das Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht unter anderem Ladezustand, Temperatur und zulässige Ladeleistung.

Merke: Die Energie aus dem Stromnetz entspricht wegen der Ladeverluste nicht vollständig der im Akku gespeicherten Energie.

Lerneinheit 2: AC, DC und Ladeleistungsgrenzen

Lernzeit: 10 Minuten

Typ 2: In Europa verbreiteter Anschluss für AC-Laden.

Bordladegerät eines Plug-in-Hybrids: Es wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um. Die Abbildung zeigt ein Ausstellungsbauteil, nicht das Bauteil unseres fiktiven Ausbildungsfahrzeugs. Keine Demontage oder Untersuchung am Hochvoltsystem durchführen.

CCS Combo 2: Anschlusskonzept, das zusätzlich DC-Schnellladen ermöglicht. Nicht jeder Plug-in-Hybrid unterstützt DC-Laden.

AC-Laden	DC-Laden
Umwandlung im Bordladegerät des Fahrzeugs	Umwandlung überwiegend außerhalb des Fahrzeugs in der DC-Ladestation
Begrenzung unter anderem durch Bordladegerät, Ladeeinrichtung und Energiemanagement	Begrenzung unter anderem durch Fahrzeug, Batterie, Temperatur und DC-Ladestation

Überschlagsformeln für AC-Leistung:

$P \approx U \cdot I$ (einphasig, bei Leistungsfaktor nahe 1)

$P \approx \sqrt{3} \cdot U \cdot I$ (symmetrisch dreiphasig, 400 V Außenleiterspannung und Leistungsfaktor nahe 1)

Rechenbeispiele:

Anschluss	Überschlagsrechnung	Ergebnis
Einphasig, 230 V und 16 A	230 × 16	3.680 W ≈ 3,7 kW
Dreiphasig, 400 V und 16 A	1,732 × 400 × 16	11.085 W ≈ 11,1 kW

In der Praxis können Leistungsfaktor, Netzspannung, Fahrzeugfreigaben und Ladeeinstellungen die tatsächliche Wirkleistung beeinflussen.

Entscheidende Regel: Die mögliche Ladeleistung wird durch die jeweils wirksame Begrenzung bestimmt. Eine 11-kW-Wallbox erzwingt keine 11 kW im Fahrzeug.

Videoauftrag (ADAC): Notiere die Größen, die für eine Ladezeitabschätzung benötigt werden. Unterscheide zwischen Ladeleistung und Energiemenge.

Lerneinheit 3: Energiebedarf und Ladezeit berechnen

Lernzeit: 10 Minuten

Größe	Einheit	Bedeutung
Energie E	kWh	Gespeicherte oder übertragene Energiemenge
Leistung P	kW	Energie pro Zeit
Zeit t	h	Dauer
SoC	%	State of Charge: Ladezustand
Wirkungsgrad η	%	Anteil der zugeführten Energie, der als Nutzenergie ankommt

Formelkarte 1 – Energiebedarf:

$Δ E = E_{n u t z b a r} \cdot \frac{S o C_{Z i e l} - S o C_{S t a r t}}{100}$

Formelkarte 2 – Ladezeit:

$t \approx \frac{Δ E}{P_{S p e i c h e r, m i t t e l}}$

Formelkarte 3 – Ladeverluste:

$η = \frac{E_{g e s p e i c h e r t}}{E_{N e t z}}$

$E_{V e r l u s t} = E_{N e t z} - E_{g e s p e i c h e r t}$

Hier bezeichnet die Speicherleistung den modellierten Netto-Energiezuwachs der Batterie. Die Formeln sind Näherungen: SoC und nutzbare Kapazität werden vereinfacht als proportional angenommen.

Mini-Beispiel:

Eine nutzbare Batterie mit 12 kWh soll von 25 % auf 80 % geladen werden.

$Δ E = 12 k W h \cdot 0,55 = 6,6 k W h$

Bei konstant 3,0 kW Netto-Speicherleistung:

$t = 6,6 / 3,0 = 2,2 h$

Ergebnis: Rund 2 Stunden und 12 Minuten – zunächst ohne spätere Leistungsreduzierung.

Achtung: Wenn Du stattdessen mit der Leistung am Netzanschluss rechnest, musst Du den Gesamtwirkungsgrad berücksichtigen. Verluste dürfen nicht doppelt eingerechnet werden.

Videoauftrag (ADAC): Identifiziere drei mögliche Ursachen für Ladeverluste. Überlege, weshalb ein längerer Ladevorgang zusätzliche Energie für Steuergeräte und Nebenverbraucher benötigen kann.

Lerneinheit 4: Veränderliche Ladekurve

Lernzeit: 10 Minuten

Bildauftrag: Beschreibe, wie eine Ladeleistung zeitlich geregelt werden kann. Die Abbildung zeigt geregelte Ladeleistung im Kontext des Lastmanagements; sie ist keine fahrzeugspezifische Batterie-Ladekurve.

Beim Laden verändert das Energiemanagement die zulässige Leistung. Einflussgrößen sind beispielsweise Ladezustand, Batterietemperatur, Fahrzeuggrenzen und die verfügbare Leistung der Ladestation.

Besonders beim DC-Schnellladen ist eine deutlich veränderliche Ladekurve üblich. Beim AC-Laden kann die Leistung über längere Strecken nahezu konstant bleiben; Reduzierungen hängen vom jeweiligen Fahrzeug und Ladezustand ab.

Beispiel einer modellierten AC-Ladekurve:

Zeitabschnitt	Mittlere Netzleistung	Darstellung
0–30 min	3,4 kW	█████████████████
30–60 min	3,4 kW	█████████████████
60–90 min	3,4 kW	█████████████████
90–120 min	3,0 kW	███████████████
120–150 min	1,8 kW	█████████

Merke: Die Spitzenleistung ist nicht gleich der Durchschnittsleistung. Für genauere Ladezeiten werden die Energiebeiträge der einzelnen Zeitabschnitte addiert.

Lerneinheit 5: Werkstattfall – Lädt der Plug-in-Hybrid zu langsam?

Lernzeit: 20 Minuten

Kundenbeanstandung: „An der 11-kW-Wallbox lädt mein Plug-in-Hybrid nur mit ungefähr 3,4 kW. Ist das Ladegerät defekt?“

Ausbildungsauftrag: Prüfe die Angaben rechnerisch und grenze mögliche Ursachen anhand eines vollständig fiktiven Diagnosedatensatzes ein.

Fahrzeug- und Ladestationsdaten

Merkmal	Wert
Fahrzeugtyp	Fiktiver Plug-in-Hybrid
Nutzbare Batteriekapazität	12 kWh
Start-SoC	25 %
Ziel-SoC	80 %
AC-Bordladegerät	Maximal 3,6 kW, einphasig
Wallbox	11 kW, dreiphasig verfügbar
Batterietemperatur zu Beginn	22 °C
Relevante Fehlereinträge im Simulator	Keine

Alle Daten sind didaktisch konstruiert. Sie stammen weder aus einem realen Fahrzeug noch aus einem Herstellerdiagnosesystem.

Diagnose-Datensatz A: Ladeprotokoll

Die Leistungen sind modellierte Mittelwerte je 30-Minuten-Abschnitt. Die Netto-Speicherleistung ist im Simulator berechnet und nicht als reale Hochvolt-Messung zu verstehen.

Zeitraum	SoC am Ende	Netzleistung	Netto-Speicherleistung	BMS-Sollwert netto	Batterietemperatur am Ende
0–30 min	37,5 %	3,4 kW	3,0 kW	3,0 kW	23 °C
30–60 min	50,0 %	3,4 kW	3,0 kW	3,0 kW	24 °C
60–90 min	62,5 %	3,4 kW	3,0 kW	3,0 kW	26 °C
90–120 min	73,3 %	3,0 kW	2,6 kW	2,6 kW	27 °C
120–150 min	80,0 %	1,8 kW	1,6 kW	1,6 kW	28 °C

Simulatorhinweis: Das hinterlegte fiktive Lade-Kennfeld bestätigt für die letzten beiden Abschnitte eine SoC-abhängige Sollwertabsenkung. Es liegt kein simulierter Warn- oder Störeintrag vor.

Arbeitsauftrag A: Ladezeit und Energie

Frage A1: Wie viel Energie wird gespeichert?

$12 \cdot (0,80 - 0,25) = 6,6 k W h$

Frage A2: Wie groß ist die an der Netzseite bezogene Energie?

$E_{N e t z} = \sum P_{i} \cdot Δ t_{i}$

$E_{N e t z} = (3 \cdot 3,4 + 3,0 + 1,8) \cdot 0,5 = 7,5 k W h$

Frage A3: Wie groß sind die Verluste und der Gesamtwirkungsgrad?

$E_{V e r l u s t} = 7,5 - 6,6 = 0,9 k W h$

$η = 6,6 / 7,5 = 0,88 = 88 %$

Frage A4: Wie lange dauert der modellierte Ladevorgang?

150 Minuten = 2 Stunden und 30 Minuten.

Die konstante Anfangsleistung hätte ungefähr 132 Minuten ergeben. Die spätere Sollwertabsenkung verlängert den Vorgang im Modell um 18 Minuten.

Arbeitsauftrag B: Fehler begründet eingrenzen

Beobachtung	Begründete Interpretation
Wallbox kann 11 kW bereitstellen	Das ist kein Beleg dafür, dass das Fahrzeug 11 kW aufnehmen kann.
Fahrzeug ist auf 3,6 kW AC begrenzt	Die Bordladegerät-Grenze erklärt die deutlich niedrigere Anfangsleistung.
BMS-Sollwert und modellierte Istleistung stimmen überein	Eine ungewollte Leistungsabweichung wird durch die Simulatordaten nicht gestützt.
Reduktion bei höherem SoC entspricht dem hinterlegten Kennfeld	Im fiktiven Fall spricht dies für reguläres Energiemanagement.
Keine relevanten Fehlercodes	Unterstützt die Einordnung, beweist aber für sich allein keine Fehlerfreiheit.

Befund: Im vorliegenden Modell gibt es keinen ausreichenden Hinweis auf ein defektes Bordladegerät. Die anfängliche Leistungsgrenze und die später reduzierte Ladeleistung sind durch die angegebenen Fahrzeugdaten und das simulierte Kennfeld erklärbar.

Wichtige Einschränkung: Bei einem realen Fahrzeug wären die fahrzeugbezogenen Herstellerinformationen, Ladebedingungen und freigegebenen Diagnoseverfahren maßgeblich. Eine Reparaturentscheidung ist aus diesem Datensatz nicht ableitbar.

Gestufte Hilfen für den Ausbildungsfall

Hilfestufe	Tipp
Hilfe 1 – Orientierung	Unterscheide die 11 kW der Wallbox von der maximalen Leistung des Bordladegeräts.
Hilfe 2 – Rechnung	Bestimme zuerst den Ladehub von 55 Prozentpunkten und danach die benötigte Energie in kWh.
Hilfe 3 – Auswertung	Jeder Datenabschnitt dauert 0,5 Stunden. Multipliziere seine mittlere Leistung mit 0,5 h und addiere die fünf Ergebnisse.
Hilfe 4 – Diagnose	Vergleiche Soll und Ist und prüfe, ob das hinterlegte Kennfeld die Leistungsreduzierung erklärt. Ein niedriger Wert allein ist kein Defektnachweis.

Lerneinheit 6: Energiemanagement, PV und weitere Werkstattfälle

Lernzeit: 15 Minuten

Systembild: Ladeinfrastruktur verbindet Leistungsfluss und Datenkommunikation. Das dargestellte allgemeine System ist keine spezifische Fahrzeugschaltung.

Beim Lastmanagement werden verfügbare Leistung, weitere Verbraucher und Fahrzeuganforderungen berücksichtigt. Ein PV-System kann zusätzlich die verfügbare Ladeleistung verändern.

Theoretisches PV-Beispiel:

Größe	Leistung
PV-Erzeugung	2,0 kW
Andere Hausverbraucher	0,5 kW
Rechnerischer PV-Überschuss	1,5 kW
Beispielhafte einphasige Mindestladeleistung bei 230 V und 6 A	ca. 1,38 kW

Interpretation: Unter diesen angenommenen Bedingungen könnte die Überschussleistung für einen entsprechenden AC-Ladevorgang ausreichen, wenn Fahrzeug, Ladeeinrichtung und Regelung dies unterstützen. Sinkt der Überschuss beispielsweise auf 0,9 kW, muss das Energiemanagement je nach System reagieren: etwa durch Netzbezug, Ladepause oder andere zulässige Betriebsstrategien.

Sicherheit: PV-Gleichstromkreise und Ladeinstallationen werden hier weder aufgebaut noch gemessen. Die Berechnung erfolgt ausschließlich mit theoretischen Werten oder im Simulator.

Diagnose-Datensatz B: Drei Kurzfälle

Werkstattfall	Fiktive Simulatordaten	Begründete Fehlereingrenzung
Fall B1: Niedrige Anfangsleistung	SoC 25 %, Akku 22 °C, Bordladegerät 3,6 kW; Ladeeinrichtung begrenzt auf 6 A einphasig; angezeigte Netzleistung ca. 1,4 kW.	Die Strombegrenzung der Ladeeinrichtung erklärt die Leistung rechnerisch. Ein Batteriedefekt ist aus diesen Daten nicht begründbar.
Fall B2: Leistung sinkt gegen Ladeende	SoC 76 %, Akku 27 °C; simuliertes BMS-Soll 1,6 kW netto und Netto-Ist 1,6 kW.	Die Werte passen zum hinterlegten Lade-Kennfeld. Eine normale SoC-abhängige Reduzierung ist naheliegend.
Fall B3: Laden bei Kälte	SoC 30 %, Akku 2 °C; BMS fordert im Simulator zunächst nur 1,2 kW netto, tatsächlich erreicht werden 1,2 kW.	Eine temperaturbedingte Begrenzung ist plausibel. Erst der Vergleich mit den freigegebenen Herstellerdaten erlaubt eine abschließende Bewertung.

Diagnoseregel: Erst Systemgrenzen vergleichen, dann Soll-Ist-Abweichungen prüfen und erst danach eine Fehlerhypothese formulieren. Fehlende oder unklare Daten müssen benannt werden.

Videoauftrag (ADAC): Notiere, warum bei Ladeproblemen die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladeeinrichtung berücksichtigt werden muss. Übertrage die Erkenntnisse nicht ungeprüft von DC auf AC.

Kompetenztraining mit begründetem Feedback

Bearbeite die Aufgaben zunächst selbst. Vergleiche anschließend Deine Lösung mit dem Feedback.

Basisaufgaben

B1 – Energie: Eine Batterie mit 10 kWh nutzbarer Kapazität wird von 30 % auf 70 % geladen. Berechne den Energiezuwachs.

Feedback: 10 × 0,40 = 4,0 kWh. Entscheidend ist der Ladehub von 40 Prozentpunkten, nicht der Ziel-SoC allein.

B2 – Ladeleistung: Berechne die einphasige AC-Leistung bei 230 V und 10 A idealisiert.

Feedback: 230 × 10 = 2.300 W = 2,3 kW. Volt mal Ampere ergibt bei Leistungsfaktor 1 die Wirkleistung.

B3 – Einheiten: Erkläre den Unterschied zwischen kW und kWh an einem Ladebeispiel.

Feedback: kW beschreibt die Leistung, kWh die Energiemenge. 2 kW über 3 Stunden entsprechen bei konstanter Leistung 6 kWh.

Anwendungsaufgaben

A1 – Ladeverluste: An der Netzseite werden 8,0 kWh bezogen; der Batterie werden netto 7,2 kWh hinzugefügt. Berechne Verlust und Wirkungsgrad.

Feedback: Verlust 0,8 kWh; Wirkungsgrad 90 %. Die Differenz berücksichtigt im betrachteten Bilanzraum die nicht gespeicherte Netzenergie.

A2 – Mittlere Ladeleistung: In den ersten 30 Minuten werden 2 kW netto gespeichert, in den nächsten 30 Minuten 1 kW. Berechne die gespeicherte Energie.

Feedback: 2 × 0,5 + 1 × 0,5 = 1,5 kWh. Der Durchschnitt der Leistung allein reicht nur zusammen mit der gesamten Zeit.

A3 – Fehlereingrenzung: Beurteile Fall B1 anhand der angezeigten 1,4 kW und der Begrenzung auf 6 A.

Feedback: 230 V × 6 A ≈ 1,38 kW. Die Ladeeinrichtungsbegrenzung ist eine begründete Erklärung. Eine Bauteilstörung ist nicht belegt.

Transferaufgaben

T1 – Leistungsversprechen: Eine 22-kW-AC-Säule versorgt ein Fahrzeug mit maximal 7,4 kW AC-Ladeleistung. Beurteile die Werbeaussage „Mit 22 kW ist es dreimal schneller“.

Feedback: Die Aussage ist in dieser Konstellation falsch. Die fahrzeugseitige Grenze verhindert, dass die höhere Nennleistung der Säule vollständig genutzt wird.

T2 – PV-Management: Vergleiche rechnerisch 1,5 kW und 0,9 kW PV-Überschuss mit einer angenommenen einphasigen Mindestladeleistung von 1,38 kW.

Feedback: 1,5 kW liegt oberhalb und 0,9 kW unterhalb der angenommenen Mindestleistung. Daraus folgen unterschiedliche Regelmöglichkeiten; das konkrete Systemverhalten ist nicht allein aus den Zahlen bestimmbar.

T3 – Diagnosequalität: Eine Person vermutet wegen einer sinkenden Ladeleistung sofort eine defekte Batterie. Formuliere eine bessere Diagnoseaussage.

Feedback: Eine fachlich gute Aussage nennt mögliche normale Grenzen, fordert einen Vergleich der relevanten Soll- und Istwerte und dokumentiert fehlende Nachweise. Erst dann lässt sich eine Störung begründet eingrenzen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Einheit beschreibt eine Energiemenge? (kWh) (!kW) (!A) (!V)

Was beschreibt der SoC? (Den Ladezustand der Batterie) (!Die maximale Motorleistung) (!Die Netzfrequenz) (!Die Ladeleistung der Wallbox)

Was kennzeichnet einen Plug-in-Hybrid? (Die Traktionsbatterie kann extern geladen werden) (!Er besitzt ausschließlich einen Verbrennungsmotor) (!Er kann grundsätzlich nur mit Gleichstrom laden) (!Er besitzt keinen elektrischen Antrieb)

Welches Bauteil wandelt beim AC-Laden die Energie für die Traktionsbatterie um? (Das Bordladegerät) (!Das Differenzial) (!Der Kraftstofftank) (!Der Anlasser)

Warum lädt ein Fahrzeug mit maximal 3,6 kW AC nicht automatisch mit 11 kW an einer 11-kW-Wallbox? (Die fahrzeugseitige Ladeleistungsgrenze ist niedriger) (!Die Batterie enthält immer nur 3,6 kWh) (!Die Wallbox kann keine Energie übertragen) (!Ein hoher Nennwert garantiert immer einen Defekt)

Welche Energiemenge wird bei 12 kWh nutzbarer Kapazität von 25 auf 80 Prozent geladen? (6,6 kWh) (!12 kWh) (!9,6 kWh) (!3,0 kWh)

Welche Nettoenergie wird bei konstant 3 kW in 30 Minuten gespeichert? (1,5 kWh) (!3,0 kWh) (!6,0 kWh) (!0,3 kWh)

Wie lange dauert der modellierte Werkstattfall insgesamt? (150 Minuten) (!90 Minuten) (!120 Minuten) (!300 Minuten)

Wie groß sind die Ladeverluste bei 7,5 kWh Netzenergie und 6,6 kWh gespeicherter Energie? (0,9 kWh) (!1,9 kWh) (!6,6 kWh) (!14,1 kWh)

Welche Vorgehensweise passt zur sicheren Fehlereingrenzung im Ausbildungskurs? (Auswertung simulierter Soll und Istwerte mit Herstellervergleich) (!Messungen an offenen Hochvoltanschlüssen ohne Freigabe) (!Überbrücken von Schutzfunktionen) (!Demontage der Traktionsbatterie durch Lernende)

Memory

Bordladegerät	Wandlung von AC zu DC
Batteriemanagementsystem	Überwachung der Batterie
SoC	Prozentualer Ladezustand
Wirkungsgrad	Verhältnis von Nutzenergie zu zugeführter Energie
Ladekurve	Ladeleistung im zeitlichen Verlauf
Kilowattstunde	Einheit der Energie

Drag and Drop

Ordne jeder Beobachtung die fachlich passende Erklärung zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Erklärung
Wallboxbegrenzung	Eine Ladeeinrichtung gibt nur eine reduzierte Stromstärke frei.
Bordladegerätgrenze	Das Fahrzeug kann weniger AC-Leistung aufnehmen als der Ladepunkt bereitstellt.
Batterietemperatur	Der zulässige Ladestrom wird abhängig von thermischen Bedingungen begrenzt.
SoC-Abregelung	Die Ladeleistung sinkt gemäß hinterlegter Ladecharakteristik bei höherem Ladezustand.
Wandlungsverluste	Nicht die gesamte zugeführte Netzenergie wird in der Batterie gespeichert.

Kreuzworträtsel

Wallbox	Wie heißt eine fest installierte Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge?
Batterie	Welcher Energiespeicher versorgt den elektrischen Fahrantrieb?
Ladekurve	Welcher Begriff beschreibt die veränderliche Ladeleistung im Verlauf eines Ladevorgangs?
Verluste	Wie heißt der Anteil der zugeführten Energie, der nicht als Nutzenergie gespeichert wird?
Leistung	Welche physikalische Größe wird in Kilowatt angegeben?
Temperatur	Welche thermische Zustandsgröße beeinflusst die Ladefreigabe des Batteriemanagements?

LearningApps

Zusätzliche Lernspiele und Übungen zum Thema suchen:

Hinweis: Dies ist eine thematische Suche, keine Zusicherung für bereits geprüfte Einzelübungen.

Lückentext

Ein Hybridfahrzeug mit externer Lademöglichkeit wird als

bezeichnet.

Die nutzbare Energie einer Fahrzeugbatterie wird in

angegeben.

Die elektrische Ladeleistung wird in

ausgedrückt.

Der prozentuale Ladezustand der Batterie heißt

.

Beim AC-Laden übernimmt das

die Umwandlung des Wechselstroms.

Die Überwachung der zulässigen Ladebedingungen übernimmt das

.

Die Differenz zwischen zugeführter und gespeicherter Energie bezeichnet man als

.

Das Verhältnis von gespeicherter Energie zu zugeführter Energie nennt man

.

Der Verlauf einer sich verändernden Ladeleistung wird durch eine

beschrieben.

Im Ausbildungsfall beträgt die gespeicherte Energiemenge

kWh.

Der modellierte Ladevorgang dauert insgesamt

Minuten.

Die insgesamt aus dem Stromnetz bezogene Energiemenge beträgt

kWh.

Der Gesamtwirkungsgrad des Modellfalls beträgt

Prozent.

Eine niedrigere als erwartete Ladeleistung ist nicht automatisch ein

.

Die fachliche Eingrenzung erfolgt anhand eines begründeten

.

Arbeiten an offenen Hochvoltsystemen sind in diesem Kurs nicht

.

Offene Aufgaben

Alle praktischen Produkte dieser Aufgaben entstehen auf Papier, am Computer oder in einem sicheren Simulator. Reale Hochvolt- und PV-Arbeiten sind nicht Bestandteil des Lernkurses.

Leicht

Energieflussbild: Zeichne ein vereinfachtes Systembild vom AC-Ladepunkt bis zur Traktionsbatterie und beschrifte die Komponenten.
Formelplakat: Gestalte eine Karte mit den Einheiten kW, kWh und h sowie einem selbst gerechneten Beispiel.
Anschlussvergleich: Erstelle eine beschriftete Bildcollage zu Typ 2 und CCS unter Verwendung lizenzgeprüfter Bilder.
Datenvisualisierung: Übertrage die fünf Abschnitte des Werkstattfalls in ein Balken- oder Liniendiagramm.

Standard

Ladezeitplanung: Berechne für einen fiktiven 12-kWh-Speicher die Ladezeit zwischen unterschiedlichen SoC-Grenzen und erläutere Deine Annahmen.
Verlustanalyse: Erstelle eine Tabelle, die gespeicherte Energie, bezogene Energie und Verluste nachvollziehbar gegenüberstellt.
Diagnoseprotokoll: Formuliere aus dem Werkstattfall einen kurzen technischen Befund mit Beobachtung, Hypothese, Belegen und Unsicherheiten.
Erklärvideo: Produziere ein 60- bis 90-sekündiges Erklärvideo, warum eine 11-kW-Wallbox bei einem Plug-in-Hybrid nicht immer 11 kW liefert.

Schwer

Ladekurvensimulation: Entwickle einen eigenen Datensatz aus fünf Zeitabschnitten mit variabler Leistung. Berechne Energie und Ladezeit und prüfe die Konsistenz.
PV-Überschusskonzept: Entwirf theoretisch zwei Ladestrategien für schwankende PV-Leistung und beurteile Netzbezug, Wartezeit und Ladeverluste.
Vergleichende Diagnose: Entwickle drei fiktive Ladefehlerfälle mit unterschiedlichen Begrenzungsursachen. Begründe, welche Simulatordaten zur Unterscheidung erforderlich sind.
Sicherheitskonzept: Erstelle eine Ausbildungs-Checkliste, die theoretische Diagnose, erlaubte Simulatorarbeit, Qualifikationsprüfung und erforderliche reale Fachfreigaben klar voneinander trennt.

Lernkontrolle

Auftrag: Bearbeite die folgenden Aufgaben schriftlich mit Rechenweg, technischen Begründungen und nachvollziehbaren Annahmen.

Transferrechnung: Ein fiktiver Plug-in-Hybrid besitzt 16 kWh nutzbare Kapazität. Der SoC soll von 20 % auf 75 % steigen. Berechne den Nettoenergiebedarf und bei 90 % Gesamtwirkungsgrad die ungefähr erforderliche Netzenergie.
Systemvergleich: Zwei Fahrzeuge stehen an derselben 11-kW-AC-Wallbox. Fahrzeug A kann maximal 3,6 kW AC laden, Fahrzeug B maximal 11 kW AC. Begründe, warum die Ladezeiten trotz gleicher Wallbox und gleicher nachzuladender Energie unterschiedlich sind.
Zeitabschätzung: Eine Simulation zeigt zunächst 4 kW Netto-Ladeleistung und später 2 kW. Erstelle einen beispielhaften Verlauf, bei dem insgesamt 6 kWh gespeichert werden, und berechne die erforderliche Zeit.
Fehlerhypothesen: Ein Fahrzeug lädt mit weniger Leistung als erwartet. Formuliere mindestens drei mögliche Ursachen und für jede ein geeignetes, rein simuliertes oder dokumentenbasiertes Unterscheidungskriterium.
Energiemanagement: Beurteile ein Ladesystem, dessen PV-Überschuss zwischen 0,8 und 2,5 kW schwankt. Berücksichtige eine angenommene AC-Mindestleistung von 1,38 kW und erkläre mögliche Betriebsstrategien.
Sicherheitsentscheidung: Eine auszubildende Person möchte zur Fehlersuche eine Hochvoltkomponente öffnen. Begründe, weshalb der vorliegende Lernkurs dazu nicht berechtigt und welche organisatorischen Voraussetzungen vor realen Tätigkeiten geklärt sein müssen.

Bewertungsraster:

Kriterium	Gewichtung
Physikalisch korrekte Zusammenhänge und Einheiten	25 %
Nachvollziehbare Rechnungen und Annahmen	25 %
Begründete Diagnose mit Alternativhypothesen	30 %
Sicherheit, Dokumentation und Unsicherheitsbewusstsein	20 %

Begründetes Feedback zur Lernkontrolle:

Die erste Aufgabe ergibt 8,8 kWh Nettoenergie und ungefähr 9,78 kWh Netzenergie. In der zweiten Aufgabe ist die tatsächliche fahrzeugseitige Begrenzung entscheidend. Bei der dritten Aufgabe sind verschiedene korrekte Verläufe möglich, wenn die Energie aus den Zeitabschnitten insgesamt 6 kWh ergibt. In den Diagnose- und Transferaufgaben zählen begründete Nachweise mehr als eine vorschnell behauptete Einzelursache. Sicherheitsgrenzen müssen ausdrücklich eingehalten werden.

Lernnachweis

Für einen erfolgreichen fachlichen Lernnachweis erstellst Du eine kurze digitale oder schriftliche Dokumentation mit folgenden Bestandteilen:

Energiebedarf: Berechnung des nachzuladenden Energiebedarfs mit korrekten Einheiten und SoC-Grenzen.
Ladeleistung: Vergleich von verfügbarer Ladepunktleistung und fahrzeugseitig nutzbarer Ladeleistung.
Ladezeit: Einfache Überschlagsrechnung und verbesserte Abschätzung anhand einer veränderlichen Ladekurve.
Ladeverluste: Energiebilanz und nachvollziehbar berechneter Gesamtwirkungsgrad.
Diagnoseprotokoll: Auswertung eines simulierten Datensatzes mit begründeter Fehlereingrenzung.
Energiemanagement: Bewertung mindestens einer alternativen Ladebedingung, etwa PV-Überschuss oder veränderlicher Batterietemperatur.
Arbeitssicherheit: Erklärung der zulässigen Lernumgebung und der Grenzen gegenüber realen Hochvolt-Arbeiten.
Quellenkritik: Dokumentation der verwendeten Fachquellen, des Medienursprungs und der Nutzungsrechte.

Abschlussprodukt: Ein zweiseitiges Diagnose- und Rechenprotokoll mit Diagramm, technischem Fazit und Quellenangaben.

Abgrenzung: Dieser Lernnachweis dokumentiert theoretische Lernleistungen. Er ist ausdrücklich keine Hochvolt-Fachkundequalifikation, keine Befähigungsbescheinigung und keine Berechtigung für praktische Hochvoltarbeiten.

OERs zum Thema

Wikipedia: Plug-in-Hybrid

Wikipedia: Ladestation für Elektrofahrzeuge

Wikipedia: Batteriemanagementsystem

Fachlich überprüfbare Quellen

DGUV Information 209-093: Qualifizierung für Arbeiten an Fahrzeugen mit Hochvoltsystemen, Ausgabe August 2021. Grundlage zur Prüfung von Qualifikationsanforderungen und sicheren Arbeitsbedingungen.
DGUV, Bildungsbereich Kfz: Arbeiten an elektrischen Antrieben. Verweist auf relevante Sicherheits- und Qualifikationsdokumente.
DGUV, FBETEM-009: Ergänzende Qualifikationen für wiederkehrende Prüfungen von Ladeleitungen, Juli 2026. Für diesen besonderen Tätigkeitsbereich sind zusätzliche Anforderungen zu berücksichtigen.
ADAC, August 2026: Ladeverluste beim Elektroauto. Vergleich gemessener Ladeverluste unter unterschiedlichen Ladebedingungen.
ADAC, 2026: Schnellladen und Ladekurven. Einfluss von Ladezustand, Temperatur und Ladecharakteristik.
ADAC: Ladeprobleme erkennen. Hintergrund zu möglichen Ursachen und Fahrzeug-Ladesäulen-Kommunikation.
Wikipedia: Plug-in-Hybrid und Batteriemanagementsystem. Ergänzende Grundlagenliteratur.

Quellenstand: 8. Oktober 2026. Regelwerke, Herstellerinformationen und tatsächliche Arbeitsfreigaben müssen vor realen Tätigkeiten erneut auf Aktualität geprüft werden.

Medienrechte und Bildnachweise

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Geregelte Ladeleistung.png	JohnJakob	CC BY-SA 4.0
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Datenrechte: Die Tabellen, Werkstattfälle und Diagnosewerte sind eigens für diesen Kurs erstellte, fiktive Unterrichtsbeispiele. Sie dürfen nicht als reale Messprotokolle oder als Herstellervorgaben dargestellt werden.