Batterie Elektrofahrzeug
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Bei einem Elektrofahrzeug spielt die Batterie bzw. der Batteriepack eine entscheidende Rolle. Diese Komponente bestimmt unter anderem Reichweite, Ladezeit, Gewicht und Preis eines Elektrofahrzeugs. In diesem Artikel führen wir Sie durch alles, was Sie über Batterien wissen müssen.
Beginnen wir damit, dass Elektrofahrzeuge Lithium-Ionen-Batterien verwenden. Batterien dieser Art finden sich auch in Handys und Laptops. Es gibt verschiedene Arten von Lithium-Ionen-Batterien, die unterschiedliche Rohstoffe wie Kobalt, Mangan oder Nickel verarbeiten. Der Vorteil von Lithium-Ionen-Akkus liegt in ihrer hohen Energiedichte und langen Lebensdauer. Der Nachteil ist, dass nicht die volle Leistung genutzt werden kann. Eine vollständige Entladung des Akkus ist schädlich. Diesen Fragen wird in den folgenden Absätzen mehr Aufmerksamkeit geschenkt.
Im Gegensatz zu einem Telefon oder Laptop verfügen Elektrofahrzeuge über eine wiederaufladbare Batterie, die aus einer Reihe von Zellen besteht. Diese Zellen bilden einen Cluster, der in Reihe oder parallel geschaltet werden kann. Der Akku braucht viel Platz und wiegt viel. Um das Gewicht so gut wie möglich auf das Fahrzeug zu verteilen, wird die Batterie meist in die Bodenplatte eingebaut.
Kapazität
Die Batteriekapazität ist ein wichtiger Faktor für die Leistung eines Elektrofahrzeugs. Die Kapazität wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben. So verfügt beispielsweise das Tesla Model 3 Long Range über eine 75-kWh-Batterie, während der Volkswagen e-Up über eine 36,8-kWh-Batterie verfügt. Was genau bedeutet diese Zahl?
Watt – und damit Kilowatt – bezeichnet die Leistung, die eine Batterie abgeben kann. Wenn eine Batterie eine Stunde lang 1 Kilowatt Leistung liefert, ist das 1 Kilowatt.Stunde Energie. Die Kapazität ist die Energiemenge, die eine Batterie speichern kann. Wattstunden werden berechnet, indem die Anzahl der Amperestunden (elektrische Ladung) mit der Anzahl der Volt (Spannung) multipliziert wird.
In der Praxis wird Ihnen nie die volle Akkukapazität zur Verfügung stehen. Eine vollständig entladene Batterie – und damit eine Ausschöpfung von 100 % ihrer Kapazität – beeinträchtigt ihre Lebensdauer. Wenn die Spannung zu niedrig ist, können die Elemente beschädigt werden. Um dies zu verhindern, hinterlässt die Elektronik immer einen Puffer. Vollladung trägt auch nicht zum Akku bei. Es ist am besten, den Akku von 20 % bis 80 % oder irgendwo dazwischen aufzuladen. Wenn wir von einer 75-kWh-Batterie sprechen, ist das volle Kapazität. In der Praxis muss man daher immer mit weniger nutzbarer Kapazität rechnen.
Temperatur
Die Temperatur ist ein wichtiger Faktor, der die Batteriekapazität beeinflusst. Ein kalter Akku führt zu einer deutlichen Kapazitätsminderung. Das liegt daran, dass die Chemie in der Batterie bei niedrigen Temperaturen nicht so gut funktioniert. Dadurch muss man im Winter mit einer geringeren Reichweite rechnen. Hohe Temperaturen wirken sich ebenfalls negativ auf die Leistung aus, jedoch in geringerem Maße. Hitze hat einen großen negativen Einfluss auf die Batterielebensdauer. So wirkt Kälte kurzfristig, während Wärme langfristig wirkt.
Viele Elektrofahrzeuge verfügen über ein Batteriemanagementsystem (BMS), das unter anderem die Temperatur überwacht. Häufig greift das System auch aktiv durch Heizen, Kühlen und/oder Lüften ein.
Lebensdauer
Viele Leute fragen sich, wie lange die Batterielebensdauer eines Elektrofahrzeugs ist. Da Elektrofahrzeuge noch relativ jung sind, gibt es noch keine definitive Antwort, insbesondere wenn es um die neuesten Batterien geht. Das hängt natürlich auch vom Auto ab.
Die Lebensdauer wird teilweise durch die Anzahl der Ladezyklen bestimmt. Mit anderen Worten: wie oft der Akku von leer auf voll geladen wird. Somit kann der Ladezyklus in mehrere Ladungen unterteilt werden. Wie bereits erwähnt, ist es am besten, jedes Mal zwischen 20% und 80% aufzuladen, um die Batterielebensdauer zu verlängern.
Auch zu schnelles Laden ist nicht förderlich für die Verlängerung der Akkulaufzeit. Dies liegt daran, dass beim Schnellladen die Temperatur stark ansteigt. Wie bereits erwähnt, wirken sich hohe Temperaturen negativ auf die Akkulaufzeit aus. Fahrzeuge mit aktivem Kühlsystem können dem prinzipiell widerstehen. Im Allgemeinen wird empfohlen, Schnellladen und Normalladen abwechselnd durchzuführen. Es ist nicht so, dass schnelles Laden schlecht ist.
Elektrofahrzeuge sind schon seit geraumer Zeit auf dem Markt. Bei diesen Autos können Sie also sehen, wie stark die Batteriekapazität abgenommen hat. Die Produktivität sinkt typischerweise um etwa 2,3% pro Jahr. Die Entwicklung der Batterietechnologie steht jedoch nicht still, sodass der Degradationsgrad nur noch abnimmt.
Bei Elektrofahrzeugen, die viele Kilometer gefahren sind, ist der Leistungsabfall gar nicht so schlimm. Teslas, die über 250.000 90 km gefahren sind, hatten manchmal mehr als XNUMX% ihrer Batteriekapazität übrig. Auf der anderen Seite gibt es auch Teslas, bei denen die gesamte Batterie mit weniger Laufleistung ausgetauscht wurde.
Produktion
Auch die Produktion von Batterien für Elektrofahrzeuge wirft Fragen auf: Wie umweltfreundlich ist die Produktion solcher Batterien? Passieren ungewollte Dinge während des Produktionsprozesses? Diese Probleme hängen mit der Zusammensetzung der Batterie zusammen. Da Elektrofahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben werden, ist Lithium ohnehin ein wichtiger Rohstoff. Es werden jedoch auch mehrere andere Rohstoffe verwendet. Je nach Batterietyp kommen auch Kobalt, Nickel, Mangan und/oder Eisenphosphat zum Einsatz.
Umgebung
Die Gewinnung dieser Rohstoffe ist schädlich für die Umwelt und schädigt die Landschaft. Zudem wird in der Produktion oft keine grüne Energie verwendet. Somit belasten Elektrofahrzeuge auch die Umwelt. Es stimmt, dass Batterierohstoffe in hohem Maße recycelbar sind. Ausrangierte Batterien von Elektrofahrzeugen können auch für andere Zwecke verwendet werden. Lesen Sie mehr zu diesem Thema im Artikel zur Umweltfreundlichkeit von Elektrofahrzeugen.
Betriebsbedingungen
Aus Sicht der Arbeitsbedingungen ist Kobalt der problematischste Rohstoff. Es gibt Bedenken hinsichtlich der Menschenrechte während des Bergbaus im Kongo. Sie sprechen von Ausbeutung und Kinderarbeit. Das betrifft übrigens nicht nur Elektrofahrzeuge. Dieses Problem betrifft auch Telefon- und Laptop-Akkus.
Расходы
Batterien enthalten teure Rohstoffe. Beispielsweise ist die Nachfrage nach Kobalt und damit der Preis in die Höhe geschossen. Auch Nickel ist ein teurer Rohstoff. Dies bedeutet, dass die Kosten für die Herstellung von Batterien ziemlich hoch sind. Dies ist einer der Hauptgründe, warum Elektrofahrzeuge im Vergleich zu ihren Benzin- oder Dieseläquivalenten teurer sind. Das bedeutet auch, dass eine Modellvariante eines Elektroautos mit größerer Batterie oft gleich deutlich teurer wird. Die gute Nachricht ist, dass Batterien strukturell billiger sind.
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Genauigkeit
Das Elektroauto zeigt immer an, wie viel Prozent der Batterie geladen sind. Es heißt auch Ladezustand genannt. Eine alternative Messmethode ist Entladetiefe... Dies zeigt an, wie entladen der Akku ist, nicht wie voll er ist. Wie bei vielen Benzin- oder Dieselfahrzeugen führt dies oft zu einer Schätzung der verbleibenden Laufleistung.
Das Auto kann nie genau sagen, wie viel Prozent der Batterie geladen sind, daher ist es ratsam, das Schicksal nicht in Versuchung zu führen. Wenn der Akku fast leer ist, werden unnötige Luxusartikel wie Heizung und Klimaanlage abgeschaltet. Wenn es wirklich ernst wird, kann das Auto nur langsam fahren. 0% bedeutet aufgrund des oben genannten Puffers keine vollständig entladene Batterie.
Last
Die Ladezeit hängt sowohl vom Fahrzeug als auch vom Ladeverfahren ab. Im Fahrzeug selbst sind die Batteriekapazität und die Ladekapazität entscheidend. Die Akkukapazität wurde bereits besprochen. Wenn die Leistung in Kilowattstunden (kWh) angegeben wird, wird die Ladekapazität in Kilowatt (kW) angegeben. Sie wird berechnet, indem die Spannung (in Ampere) mit dem Strom (Volt) multipliziert wird. Je höher die Ladekapazität, desto schneller wird das Fahrzeug geladen.
Herkömmliche öffentliche Ladestationen werden wahlweise mit 11 kW oder 22 kW Wechselstrom geladen. Allerdings sind nicht alle Elektrofahrzeuge für das 22-kW-Laden geeignet. Schnelllade-Ladegeräte werden mit konstantem Strom geladen. Dies ist mit einer viel höheren Tragfähigkeit möglich. Tesla Supercharger laden 120kW und Fastned Schnellladegeräte 50kW 175kW. Nicht alle Elektrofahrzeuge eignen sich für das Schnellladen mit einer hohen Leistung von 120 oder 175 kW.
Öffentliche Ladestationen
Es ist wichtig zu wissen, dass das Aufladen ein nichtlinearer Prozess ist. Das Aufladen der letzten 20 % ist viel langsamer. Aus diesem Grund wird die Ladezeit oft als Aufladen auf 80 % bezeichnet.
Die Ladezeit hängt von mehreren Faktoren ab. Ein Faktor ist, ob Sie einphasig oder dreiphasig laden. Das dreiphasige Laden ist am schnellsten, aber nicht alle Elektrofahrzeuge sind dafür geeignet. Außerdem verwenden manche Häuser statt eines dreiphasigen nur einen einphasigen Anschluss.
Reguläre öffentliche Ladestationen sind dreiphasig und mit 16 und 32 Ampere erhältlich. Das Laden (0% bis 80%) eines Elektrofahrzeugs mit einer 50-kWh-Batterie dauert an 16-A- oder 11-kW-Stapelladestationen ca. 3,6 Stunden. Mit 32 Ampere Ladestationen (22 kW Pole) dauert es 1,8 Stunden.
Es geht aber noch schneller: Mit einem 50-kW-Schnelllader dauert es knapp 50 Minuten. Heutzutage gibt es auch 175-kW-Schnellladegeräte, mit denen ein 50-kWh-Akku in 80 Minuten sogar bis zu XNUMX % geladen werden kann. Weitere Informationen zu öffentlichen Ladestationen finden Sie in unserem Artikel über Ladestationen in den Niederlanden.
Aufladen zu Hause
Es ist auch möglich, zu Hause aufzuladen. Etwas ältere Häuser haben oft keinen Drehstromanschluss. Die Ladezeit hängt natürlich von der Stromstärke ab. Bei einer Stromstärke von 16 Ampere lädt ein Elektroauto mit einer 50-kWh-Batterie in 10,8 Stunden zu 80 %. Bei einem Strom von 25 Ampere sind das 6,9 Stunden und bei 35 Ampere 5 Stunden. Der Artikel zur eigenen Ladestation geht näher auf das Laden zu Hause ein. Sie fragen sich vielleicht auch: Wie viel kostet eine volle Batterie? Diese Frage wird im Artikel zu den Kosten des elektrischen Fahrens beantwortet.
Zusammenfassend
Die Batterie ist der wichtigste Bestandteil eines Elektrofahrzeugs. Mit dieser Komponente sind viele der Nachteile eines Elektrofahrzeugs verbunden. Batterien sind immer noch teuer, schwer, temperaturempfindlich und nicht umweltfreundlich. Andererseits ist die Verschlechterung im Laufe der Zeit nicht so schlimm. Zudem sind Batterien heute schon deutlich günstiger, leichter und effizienter als früher. Die Hersteller arbeiten hart an der Weiterentwicklung von Batterien, daher wird sich die Situation nur verbessern.
