Watt, Volt, Ampere berechnen
Einheiten der E-Mobilität einfach erklärt
Auf die Begriffe Watt, Volt und Ampère wird wohl jeder E-Auto-Fahrer früher oder später treffen. Aber was bedeuten diese Maßeinheiten eigentlich? Was steckt dahinter und wie hängen die Werte zusammen? Und das Wichtigste: Welche Auswirkungen haben unterschiedliche Maßeinheiten auf das Laden von E-Autos?
Wir geben einen Einblick und liefern eine kurze und knackige Erklärung. So können Sie sich mit den Begriffen und Zusammenhängen vertraut machen und behalten den Überblick im Bereich der Elektromobilität. Aber vorab: Sie müssen kein Mathematiker oder Physiker sein, das Aufladen Ihres E-Autos ist im Grunde nicht anders als das Aufladen Ihres Smartphones – nur mit einer etwas größeren Batterie.
Stromeinheiten berechnen
Wollen Sie eine Stromeinheit berechnen, so benötigen Sie die drei elektrischen Größen Volt, Watt und Ampère.
Unser Tipp: Zeichnen Sie sich ein Dreieck, schreiben “Watt” an die obere Spitze, an die linke Ecke kommt “Volt” und an die rechte Ecke “Ampère”.
Möchten Sie nun einen der Werte berechnen, so multiplizieren Sie nebeneinander liegende Werte miteinander oder teilen übereinander liegende Werte – und zwar den oberen durch den unteren.
Leistungsgesetz
Spannung / Volt berechnen
Die Einheit für Spannung ist Volt und das zugehörige Formelzeichen U. Die Formel, um Spannung zu berechnen, lautet:
U = P / I
Stromstärke / Ampère berechnen
Was ist Ampère? Ampère ist die Einheit der Stromstärke. Hierfür wird das Formelzeichen I verwendet. Um die Stromstärke zu berechnen, kann diese Formel genutzt werden:
I = P / U.
Elektrische Leistung / Watt berechnen
Die Formel, um Leistung zu berechnen lautet P = U * I. Denn das Formelzeichen P wird für Leistung mit der Einheit Watt verwendet.
Ohmsches Gesetz und URI-Dreieck
Die Spannung und Stromstärke stehen außerdem in Zusammenhang mit dem Widerstand. Wenn man diese Werte zueinander ins Verhältnis setzen möchte, verwendet man das Ohmsche Gesetz.
Man kann hier wieder das Dreieck als Merkhilfe für den Rechenweg verwenden.
Spannung = Widerstand * Stromstärke bzw. U = R * I
Wofür steht Volt?
- Volt = Spannung
- Formelzeichen R
Vergleicht man den Strom mit einem Wasserhahn, dann ist Volt mit dem Druck gleichzusetzen, mit dem das Wasser durch die Leitung fließt. Nur, dass es in diesem Fall eben Elektronen sind, die sich ihren Weg durch die Leitung suchen. Spannung wird also in Volt gemessen und ist das Gefälle der durch eine Leitung fließenden Elektronen. In Deutschland ist die Netzspannung einheitlich auf 230 Volt bei einphasigem Wechselstrom festgelegt. Dagegen haben Steckdosen in den USA häufig nur eine Spannung von 110 Volt. Benannt wurde die Maßeinheit nach dem italienischen Physiker Alessandro Volta – er hat auch die Batterie erfunden.
Wenig Spannung heißt wenige Elektronen und gleichzeitig eine niedrige Voltanzahl. Dagegen bedeutet viel Spannung, viele Elektronen und damit eine hohe Voltanzahl. Die elektrische Spannung kann man mithilfe von Leistung und Stromstärke berechnen. Dazu teilt man einfach die Leistung durch die Stromstärke. Die Formel lautet:
- Volt = Watt / Ampère (bzw. U = P / I)
Was ist Ampère?
- Ampère = Stromstärke
- Formelzeichen I
Nehmen wir wieder unseren Vergleich mit einem Wasserhahn zur Hilfe. Ampère kann als Dicke der Wasserleitung gesehen werden. Je dicker die Leitung ist, desto mehr Wasser kann zeitgleich durch sie hindurchfließen. Übertragen auf den Stromfluss ist Ampère die Menge an Elektronen, die in einer bestimmten Zeitspanne durch die Stromleitung fließen. In Deutschland sind Leitungen auf maximal 16 Ampère ausgelegt. Die Maßeinheit ist nach dem französischen Mathematiker und Physiker André-Marie Ampère benannt.
Je mehr Strom in einer bestimmten Zeitspanne durch den elektrischen Leiter fließt, desto höher ist die Stromstärke. Durch einen dicken Leiter können also in der gleichen Zeitspanne deutlich mehr Elektronen durchfließen als durch einen dünnen Leiter. Die Stromstärke kann man mithilfe der Stromleistung und der Stromspannung berechnen. Dafür teilt man einfach die Leistung durch die Spannung. Die Formel lautet:
- Ampère = Watt / Volt (bzw. I = P / U)
Was bedeutet Watt?
- Watt = Leistung
- Formelzeichen U
Watt könnte in unserem Beispiel mit dem Wasserhahn das herausfließende Wasser sein. Denn Watt ist der Energieumsatz in einer Zeitspanne. Das heißt: Mit Watt kann man darstellen, wie viel Strom verbraucht oder erzeugt wurde. Die Maßeinheit für elektrische Leistung wurde nach dem Wissenschaftler James Watt benannt. Auf vielen Elektrogeräten wird die elektrische Leistung nicht in Watt, sondern in Kilowatt angegeben – ein Kilowatt entspricht 1000 Watt.
Die elektrische Einheit für Leistung gibt an, mit welcher Spannung die Elektronen durch die Leitung fließen. Dafür multipliziert man einfach die Spannung mit der Stromstärke. Die Formel lautet:
- Watt = Volt * Ampère (bzw. P = U * I)
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Wie berechne ich die Ladeleistung einer Ladesäule?
Für die Berechnung der Ladeleistung des E-Autos benötigt man folgende Angaben zum Stromanschluss:
- Anzahl der Phasen
- Spannung in Volt
- Stromstärke in Ampère
Je nach Stern- oder Dreiecksschaltung liegt die Spannung bei 230 Volt oder 400 Volt. Einphasig laden Sie an einer Haushaltssteckdose Ihres Heimnetzes mit einer Stromstärke von maximal 20 Ampère, dreiphasig laden Sie mit 32 Ampère Stromstärke. Bei dreiphasigen Anschlüssen ist auch entscheidend, wie die Ladestation am Netz angeschlossen ist.
Einphasenwechselstrom:
3,7 kW Ladeleistung = 1 Phase * 230 V Spannung * 16 A Stromstärke
Dreiphasenwechselstrom:
11 kW Ladeleistung = 3 Phasen * 230 V Spannung * 16 A Stromstärke
Drehstrom, Dreiphasenwechselstrom, Sternschaltung:
22 kW Ladeleistung = 3 Phasen * 230 V Spannung * 32 A Stromstärke
Drehstrom, Dreiphasenwechselstrom, Dreieckschaltung:
22 kW Ladeleistung = 3 Wurzel * 400 V Spannung * 32 A Stromstärke
Wie viele kWh lädt ein E-Auto? Wie lange lädt ein E-Auto?
Um zu berechnen, wie lange Ihr E-Auto lädt, multiplizieren Sie einfach die Kilowatt der Ladesäule oder des Stromanschlusses mit der Anzahl an geladenen Stunden.
Nehmen wir an, Ihr Auto hat eine Batterie mit 40 kWh (Kilowattstunden) Fassungsvermögen. Laden Sie Ihr E-Auto an einer Haushaltsteckdose mit 3,7 Kilowatt Leistung auf, brauchen Sie etwa zehn Stunden, bis Ihr Akku fast vollständig geladen ist.
- Berechnung: 3,7 kW x 10 h = 37 kWh
Um Zeit zu sparen, können Sie Ihr Elektrofahrzeug auch an einer Wallbox oder an einem anderen Ladepunkt mit dreiphasigem Wechselstrom anschließen. So haben Sie eine Ladeleistung von 11 Kilowatt und die Ladezeit verkürzt sich auf etwa 3,5 Stunden, bis der Akku wieder nahezu vollgeladen ist. Noch schneller funktionieren Ladestationen mit 22 Kilowatt. Hier benötigen Sie weniger als zwei Stunden Ladezeit.
