Der neue BMW iX3 lädt Gleichstrom mit bis zu 400 kW. Beim XPeng G9 sind sogar bis zu 525 kW möglich – sofern die Ladestation dazu in der Lage ist. Während einer zehnminütigen Ladepause wird so Energie für über 450 Kilometer gewonnen. So schnell Strom laden wie Benzin tanken – die Elektroautos der neuesten Generation kommen dem Ziel schon sehr nahe. Möglich macht es eine Verdoppelung der Spannungslage im Bordnetz – von 400 auf 800 Volt. Das hat aber nicht nur Auswirkungen auf die Ladezeiten. Da mit der Verdoppelung der Spannung nur die halbe Stromstärke benötigt wird, um die gleiche Leistung zu erzielen, steigt insgesamt die Effizienz des Elektroantriebs und damit die Reichweite des Elektroautos. Im Gespräch mit Alexander Rambetius von Valeo erklären wir die Zusammenhänge – und auch die Nebenwirkungen für Hersteller und E-Auto-Fahrer.
Der Elektrotechnik-Ingenieur ist beim Autozulieferer Valeo in Erlangen wie zuvor bei Siemens Spezialist für die Integration elektrischer Antriebe verantwortlich und Spezialist für Hochvolt-Technik.
Herr Rambetius, immer mehr Elektroautos verfügen über eine 800-Volt-Architektur. Ist das die Zukunft?
In der Tat. Aber man muss letztlich schauen, wo liegen die Benefits einer höheren Spannungslage.
Und wo liegen die?
Hauptmotivation ist die Erhöhung der Ladegeschwindigkeit. Das schafft man aber mit 800 Volt nur unter bestimmten Umständen und zwar, wenn die Batterie ausreichend Lade-Performance zur Verfügung stellt. Vereinfacht gesagt: Überall, wo es sich von der Ladeleistung her lohnt, wird man auf 800 Volt wechseln. Es gibt aber auch Bereiche, vor allem kleine Fahrzeuge, wo es keinen Unterschied macht, ob ich jetzt 400 oder 800 Volt habe. Wenn die Batterie die Ladeleistung auf 100 kW begrenzt, dann spielt es keine Rolle, ob ich 400 oder 800 Volt Bordsystemspannung habe.
Wer nur Kurzstrecken fährt, muss nicht superschnell laden können unterwegs, oder?
Die Zukunft wird zeigen, wohin die Reise geht. Einige meiner Freunde haben sich jetzt ein Elektroauto besorgt, obwohl sie weder am Arbeitsplatz noch daheim laden können. Die fahren stattdessen ein-, zweimal die Woche zum Schnelllader. Für die wäre es schon ein Benefit, auch ein kleines Fahrzeug in fünf Minuten laden zu können. Aber den größten Benefit von 800 Volt bei der Ladegeschwindigkeit kann ich heute nur bei Elektroautos mit größeren Batterien heben. Der Wechsel auf die 800 Volt ist eigentlich im Wesentlichen bedingt durch das Stromlimit beim CCS-Stecker, das bei 500 Ampere liegt. Und wenn ich die 400 Volt mit 500 Ampere multipliziere,kommen 200 Kilowatt raus.
Trotz 800-Volt-Architektur lädt die Version mit kleinem Akku Gleichstrom am Schnelllader nur mit maximal 175 kW. „Diese Ladeleistung würde er wahrscheinlich auch mit einem 400-Volt-Netz schaffen.“ Foto: Hyundai
Also lohnen sich 800 Volt nur, wenn der Akku eine Ladeleistung von über 200 kW stemmt.
Richtig. Ein interessantes Beispiel ist der Ioniq 5. Das war eines der ersten Fahrzeuge mit 800-Volt-Architektur. Die kleine Variante hat einen Akku mit 58 kWh. Trotz der 800-Volt-Architektur lädt er aber nur mit 175 kW. Diese Ladeleistung würde er wahrscheinlich auch mit einem 400-Volt-Netz schaffen. Meine Vermutung ist, dass die Fahrzeughersteller auf 800 Volt wechseln, wenn sich der Aufwand lohnt. Denn der Wechsel ist mit einem Kostenaufwand verbunden.
Weil teurere Module verbaut werden müssen und auch das Thermomanagement anspruchsvoller wird?
Das Thermomanagement von Motor und Umrichter unterscheidet sich auf der Antriebsseite eigentlich nicht so stark. Die Batterie ist eine Zusammenschaltung von Zellen. Und wenn ich jetzt mit 200 kW lade, dann ist der Strom pro Zelle der gleiche –egal, ob es 400 oder 800 Volt sind. Aber der Summenstrom, der durch den Stecker geht, ist ein anderer. Das Kabel wird vielleicht ein bisschen wärmer bei einem 400-Volt-System als in einem 800-Volt-System. Deshalb wird typischerweise der Kabelquerschnitt angepasst. Aber bei der Batterie erwarte ich keine großen Unterschiede zwischen einem Netz mit 400 und einem mit 800 Volt.
Polestar hat sein Topmodell kürzlich auf 800 Volt umgestellt. Der Aufwand scheint demnach gering zu sein.
So ein Wechsel ist schon mit Mehraufwänden verbunden.
Was alles muss man andern?
Alles, was an der Hochvolt-Spannung hängt. Also die Batterie selber, dann den elektrischen Antrieb, den Onboard-Charger, den DC-DC-Wandler, aber auch Thermomanagement-Komponenten wie zum Beispiel den Klimakompressor oder die Hochvolt-Heizung. Das alles muss neu ausgelegt werden. Trotz des erhöhten Entwicklungsaufwands ist der Kostenunterschied zwischen 400 und 800 Volt aber nicht so signifikant.
Wie groß ist der Unterschied?
Was den Motor anbetrifft, ist der 800-Volt-Antrieb schon aufwendiger. Ich brauche eine bessere Isolation. Und es gibt ungewollte Ströme in den Kugellagern, die werden bei 800 Volt größer. Das hat dann auch was mit Lebensdauer zu tun. Deshalb muss man am Motor die Welle erden, also den rotierenden Teil. Aber es sind keine Unsummen, die man aufwenden muss.
„Was einen enormen Unterschied macht bei den Kosten, ist die Abwartskompatibilitat.“
Und bei der Batterie und den anderen Komponenten?
Was die Batterie anbetrifft, da sehe ich schon einiges an Mehraufwand. Sagen wir mal, eine Batteriezelle hat circa 4 Volt Spannung. Bei einer 400-Volt-Batterie habe ich 100 Zellen in Serie. Bei einer 800-Volt-Batterie sind schon 200 Zellen in Serie zu schalten. Und die muss ich balancen. Auch habe ich bei 800 Volt doppelt so viele Spannungslagen und entsprechend mehr zu messen und balancieren. Wie groß der Aufwand ist, kann ich nicht einschätzen. Was einen enormen Unterschied macht bei den Kosten, ist die Abwartskompatibilitat.
Wenn man mit einem 800-Volt-Auto an eine Ladestation kommt, die noch nicht diese hohen Spannungen beherrscht.
Genau. Das ist eigentlich der größte Kostentreiber. Es gibt drei Moglichkeiten, um ein 800-Volt-Fahrzeug an der 400-Volt-Ladesäule zu laden. Entweder mit einem DC-DC-Wandler – also einer eigenen Komponente, die je nach Auslegung sehr teuer werden kann. Das ist ein extra Gerat, das ich im Fahrzeug platzieren muss. Eine solche Lösung findet sich beispielsweise im Lucid Air und beim Mercedes CLA.
Und die zweite Lösung?
Eine gute Lösung scheint mir, die BMW bei der Neuen Klasse und auch Audi und Porsche für die PPE-Plattform gewählt haben. Die Fahrzeuge verfügen über eine Split-Batterie. Das heißt, sie haben eine 800-Volt-Batterie, die sich in zwei parallel arbeitende Blöcke schalten lasst. Das ist zwar wieder mit Mehrkosten verbunden, weil ich dafür Schalter sowie ein Gerät für das Balancing brauche, um die Spannungs-Level dieser zwei Blöcke auf gleichem Niveau zu halten. Die Mehrkosten sind aber nicht so hoch wie für einen eigenen DC/DC-Wandler für die 400/800V-Wandlung.
Und die dritte Lösung?
Die dritte Möglichkeit ist der Weg, den Hyundai und Kia mit ihrer Plattform gehen. Die nutzen den elektrischen Antrieb, um die 400 Volt auf 800 Volt anzuheben. Da werden quasi Umrichter und Motor als DC-DC-Wandler missbraucht, um die Spannung anzuheben. Aber auch das ist nicht umsonst. Das heißt, diese Rückwartskompatibilität ist der größte Kostentreiber. Und auf der Antriebsseite vielleicht noch der Motor, der eine bessere Isolation braucht.
„Die Fahrzeuge verfügen über eine Split-Batterie. Das heißt, sie haben eine 800-Volt-Batterie, die sich in zwei parallel arbeitende Blöcke schalten lasst.“ Bild: BMW
Wie hoch sind die Mehrkosten? Kann man die beziffern?
Ein DC-DC-Wandler ist sicher nicht für weniger als 100 Euro zu bekommen. Bei den anderen Lösungen kommt es auf die Applikation an, aber da wird es auf jeden Fall deutlich günstiger. Vielleicht kann ich da noch einen anderen Punkt ansprechen.
Gerne.
Der wesentliche Unterschied zwischen einem 400- und 800-Volt-Stromer ist aus Kundensicht die Ladegeschwindigkeit.
Nicht auch die Effizienz? Angeblich sind 800-Volt-Antriebe sparsamer als die mit 400 Volt.
Das ist tatsachlich nicht zwingend so. Meine Vermutung ist, dass dieser Eindruck dadurch entsteht, dass zusammen mit dem 800-Volt-Netz eine Leistungselektronik mit Siliziumkarbid-Halbleitern ausgerollt wird. Und Siliziumkarbid-Chips sparen tatsachlich Strom, was sich in einer bis zu fünf Prozent größeren Reichweite niederschlagen kann. Aber wenn ich jetzt Äpfel mit Äpfeln vergleiche, also ein 400-Volt-Bordnetz mit Siliziumkarbid-Chips und das gleiche mit 800 Volt, gibt es keine großen Unterschiede in punkto Effizienz.
Also macht allein das Ladetempo den Unterschied aus.
Das ist so. Bei der Effizienz gibt es durch die Anhebung der Spannung allein keinen größeren Unterschied. Um Reichweite zu gewinnen, kann man bei der alten 400-Volt-Technik bleiben und lediglich Siliziumkarbid-Halbleiter verbauen. Das sorgt auch bei kleinen Elektroautos wie dem künftigen VW ID.Polo fur einen Effizienz-Booster. Die Umstellung auf ein 800-Volt-Netz wird nach meiner Einschätzung aber nur bei Elektroautos mit größeren Batterien Mainstream werden.
Von welcher Speicherkapazitäten reden wir da?
Ich denke weniger an die Speicherkapazitäten, sondern vielmehr an die C-Raten, also das Verhältnis aus Ladeleistung und Batteriegröße.
Der XPeng G9 des Modelljahrs 2026 kommt auf eine C-Rate von 5: Seinen 100 kWh-Akku lädt er mit einer Spitzenleistung von 525 kW.
Der Xpeng G9 kommt sogar auf eine C-Rate von 5: Er kann seinen knapp 100 kWh großen Akku mit bis zu 525 kW laden.
5C sind recht sportlich, aber die chinesischen Hersteller gehen in die Richtung. Und in Zukunft werden wir noch hohere Raten sehen. Bei BYD haben wir ja sogar schon 10C gesehen. Da muss man überlegen: Wann erreicht man über die C-Rate auch mit einem kleinen Akku eine Ladeleistung von 200 kW? Mit der C-Rate verschiebt sich die Grenze, ab der sich 800-Volt auch bei kleineren Batterien lohnen. Wenn ich für die größeren Fahrzeuge eine 800-Volt-Plattform habe, dann entwickele ich für die kleineren Elektroautos keine separate 400-Volt-Architektur mehr. Ich nutze die 800-Volt-Plattform, obwohl es keinen Lade-Benefit bringt.
Bei einer C-Rate von 5 könnte man einen Akku mit 50 kWh Kapazität mit bis zu 250 kW laden. Aber wie lange man lädt, hängt stärker als vom Peak-Wert von der Performance über den Ladevorgang hinweg ab.
Richtig. Deshalb wird sich der Fahrzeughersteller überlegen, wie viel Lade-Benefit bringen die 800 Volt? Wenn die Peak-Leistung dadurch von 200 kW auf 250 kW steigt und dieser Wert nur kurz gehalten wird, dann habe ich unter dem Strich nur einen Lade-Benefit von etwa drei Minuten. Dafür lohnt der zusätzliche Aufwand nicht. Zumal nicht in allen Ländern die hohen Ladeleistungen darstellbar sind.
„Bei der Effizienz gibt es durch die Anhebung der Spannung allein keinen größeren Unterschied.“
Es müssen also nicht zwingend 800 Volt sein?
Wir werden in den nächsten fünf bis zehn Jahren noch 400-Volt-Stromer auf der Straße sehen. Aber der Anteil der 800-Volt-Fahrzeuge wird schon signifikant steigen.
Es gibt bereits erste E-Autos mit 900 Volt. Wo liegt die Grenze?
Wenn eine 400-Volt-Batterie bei einem MEB-Fahrzeug des Volkswagen-Konzerns voll ist, ist sie bei 440 Volt. Im mittleren Bereich ist sie bei ungefähr bei 400 Volt. Und so ist es auch bei den 800-Volt-Antrieben: Es gibt viele Fahrzeuge, die sich 800 Volt nennen, wo aber die mittlere Spannungslage eher bei 700 oder sogar 650 Volt liegt.
Und die 900 Volt kommen dann woher? Aus der Marketing-Abteilung?
Ein Akku ist eine Reihen-Schaltung von Zellen. Das heißt, ich komme leicht von 800 auf 900 Volt, wenn ich noch ein paar Zellen dazu nehme. Eine Grenze setzen die Halbleiter. Diese haben typischerweise Sperr-Spannungen bei 1200 Volt. Und dazu sollte man unbedingt Abstand halten. Das heißt, mit 800 oder 900 Volt sind wir heute schon sehr nahe an der Grenze dessen, was möglich ist. Man kann natürlich auch Halbleiter mit höheren Sperr-Spannungen entwickeln. Aber die Halbleiter, die man heute in Massen günstig kaufen kann, besitzen eine Sperr-Spannung bis 1200 Volt. Für höhere Werte müsste ich neue Halbleiter entwickeln und qualifizieren. Das lohnt sich erst ab einer gewissen Stückzahl und einem echten Benefit für das Fahrzeug und den Käufer. Ich hatte vielleicht aber noch einen Benefit einer 800-Volt-Architektur, den wir noch nicht angesprochen haben.
Der neue BYD Atto 8 mit 100 kWh großem LFP-Akku beherrscht das „Flash Charging“, das ultraschnelle Laden mit bis zu 1000 Kilowatt. Nötig sind dafür allerdings spezielle Ladesäulen – und Batteriezellen, die 10C-Raten verkraften ohne darüber rapide zu altern.
Nämlich?
Ab gewissen Leistungen ist es tatsachlich von der Antriebstechnik her einfacher, diese Leistung mit 800 Volt zu realisieren. Ich meine nicht die Fahrzeug-Gesamtleistung, sondern die Leistung pro Achse oder pro Motor. Das heißt, so einen 150-kW-Antrieb kriege ich klassisch mit einem dreiphasigen Motor ganz gut hin. Wenn ich dann auf einer Achse noch höhere Leistungen haben will, dann ist das mit 400 Volt Spannung noch möglich, aber aufwendiger. Gewisse Leistungslevel sind mit 800 Volt deutlich einfacher zu realisieren.
Was für ein Elektroauto fahren Sie eigentlich persönlich?
Ich fahre privat einen VW ID.3 und einen VW ID.4.
Also zwei Stromer noch mit einer 400-Volt-Plattform. Das reicht Ihnen?
Ich war bei Valeo leitender Applikationsingenieur für den Pulswechselrichter der beiden Fahrzeuge, die auf der MEB-Plattform von Volkswagen basieren. Ich habe die Fahrzeuge quasi von Anfang an mitbegleitet, auch auf den Erprobungen. Deswegen war der Erwerb des Fahrzeugs stark emotional begründet. Und ich bin tatsächlich auch Langstreckenfahrer, fahre also mit den Autos schon mal deutlich über 1000 Kilometer am Stück. Aber nicht allzu oft. Meist nur im Familienurlaub mit den Kids. Und mittlerweile hat sich die Familie daran gewöhnt, dass wir alle drei Stunden Pause machen. Ich nutze die Pausen auch gerne, um mir etwas Interessantes anzuschauen. Wenn man von Erlangen zum Beispiel an die Ostsee fährt, kommt man an Leipzig und am Porsche-Werk vorbei. Dort gibt es viele Schnelllader, ein Museum und ein Café. Da ist dann eine 30-minütige Ladepause fast schon wieder zu kurz.
Vielen Dank für das Gespräch!
400- und 800-Volt-Technik im Vergleich
| 400V-Technik | 800V-Technik | ||
| Infrastruktur | Ladeleistung | 200kW, da der Ladestrom mit 500A begrenzt ist | Theoretisch wären 400kW möglich. Ladepunkt ist aber mit 350kW begrenzt |
| Ladezeit | Bei einer Batteriekapazität von 100KWh min. 30 Minuten | Bei einer Batteriekapazität von 100KWh min. 17 Minuten => ca. 40% schneller als 400V | |
| Kabelquerschnitt | Die 50mm² Kabel müssen gekühlt werden, da die Verlustleistung sehr hoch ist | Bei 800V Systemspannung fällt bei gleichem Ladestrom nur ein ¼ der Verlustleistung an. Die Isolation ist aber auf Grund der höheren Spannung deutlich dicker ausgeführt | |
| Kosten | Einfache Technik, daher preisgünstig | Höhere Sicherheitsstandards und Sicherheitsvorkehrungen, daher auch teuer | |
| Ladepunkte | Zahlreiche 400V Ladesäulen im Feld, sie können auch 800V Autos laden, allerdings mit halber Ladeleistung | Für volle Kompatibilität benötigen 800V-Autos zusätzliche Funktionen wie das „Bankladen“ (um an 400V-Ladepunkten ohne HV-Booster laden zu können) | |
| Fahrzeug | Verlustleistung | Hohe Verlustleistungen | Wesentlich geringere Verlustleistungen und daraus resultierend geringere thermische Belastungen |
| Gewicht / Rohstoffeinsatz | Höheres Gewicht auf Grund des benötigten hohen Kupferanteils | Gewichtseinsparungen bei gleichbleibender, aber auch gesteigerter Leistung ist realisierbar. Somit können Rohstoffe eingespart werden | |
| Komponenten | Große Auswahl an Standardkomponenten und Zulieferern | Geringere Auswahl an Standard-Komponenten | |
| Sicherheits-anforderungen / Komplexität | Einfach umzusetzen in der 400V Technik auch bei Einsparungen von Bauraum im Packaging | Großer Aufwand um alle Anforderungen an die Sicherheit einhalten zu können. Immer komplexere Baugruppen sowie höherer Entwicklungsaufwand für die Bauraumreduktion | |
| Fazit: | Die 400V Systemtechnik ist preisgünstiger und kann einen Großteil aller Fahrzeugsegmente bedienen. Sie ist ein guter Kompromiss zwischen Leistung und Kosten. | Die 800V Systemtechnik beinhaltet das größte Potential an Gewichts- und Rohstoffeinsparung bei gleichzeitiger höchster Performance und geringster Verlustleistung. Die Kosten sind derzeit noch etwas höher. Nichtdestotrotz wird die 800V-Technik zukünftig der Standard im Massen- und Premiumsegment. | |