Die Technologie der Schnellladung hat in den letzten Jahren einen erstaunlichen Fortschritt gemacht. Ermöglicht durch spezielle Batteriepacks, ermöglicht das Schnellladen von Elektrofahrzeugen eine effiziente und zeitsparende Aufladung. In diesem Artikel erfahren Sie, wie das Schnellladen funktioniert und welche Faktoren die Ladezeit beeinflussen.
Wie funktioniert das Schnellladen?
Ein Fahrzeugakku besteht aus vielen Zellen, ähnlich wie eine aufladbare Batterie, nur größer. Die Anzahl und Größe der Zellen bestimmt die Kapazität eines Batteriepacks. Zum Beispiel enthält ein Tesla Model S mit einem 85 kWh Batteriepack 7.104 einzelne Zellen, während ein BMW i3 mit einem 21,6 kWh Batteriepack nur 96 Zellen hat, die jedoch größer sind. Gemeinsam mit der Verkabelung bilden diese Zellen das Batteriepack.
Moderne Batteriepacks sind für das Schnellladen ausgelegt. Ein Beispiel ist der BMW i3, dessen Antriebsstrang mit einer Spitzenleistung von 125 kW und einer Dauerleistung von 75 kW bewertet ist, während das Schnellladen mit 50 kW erfolgt.
Batterielebensdauer und Lademöglichkeiten
Die Kapazität eines Batteriepacks wird nie zu 100% genutzt. Beispielsweise beträgt die nutzbare Kapazität des 21,6 kWh i3 Batteriepacks etwa 19 kWh oder etwa 90% der Gesamtkapazität. Der Unterschied von 2,6 kWh wird als Reserve verwendet, um den Einfluss des Ladens und Entladens abzufedern. Das Batteriepack wechselt automatisch zwischen rund 5% und 95% der Kapazität, was vom Batteriemanagementsystem (BMS) vollständig gesteuert wird.
Es gibt viele Faktoren, die die Batterielebensdauer beeinflussen, einschließlich Temperatur, Alter der Batterie, Batteriegröße, Chemie, Dauer der vollständigen Ladung und Anzahl der Lade- und Entladezyklen. Untersuchungen haben gezeigt, dass der ausschließliche Gebrauch von Schnellladegeräten die Batterielebensdauer bei Tests mit dem Nissan Leaf MY2012, einem der ersten vollelektrischen Fahrzeuge, kaum beeinträchtigt. Andere Studien deuten sogar darauf hin, dass Schnellladen möglicherweise besser für die Batterielebensdauer ist. Die Batterietechnologie wird sich weiterentwickeln, was bedeutet, dass Eigenschaften wie Ladegeschwindigkeit und Batterielebensdauer weiter verbessert werden.
Als allgemeine Regel gilt, dass eine größere Batterie länger hält, da weniger Lade- und Entladezyklen für die gleiche Kilometerleistung benötigt werden.
Ladeleistung und Ampere
Beim Schnellladen gibt es eine kontinuierliche Kommunikation zwischen dem BMS und dem Schnelllader. Das BMS gibt dem Schnelllader Anweisungen zur Einstellung der Ladeleistung. Diese Leistung wird normalerweise in Kilowatt (kW) angegeben. Das Laden eines Fahrzeugs mit einer Leistung von 50 kW lädt 50 kWh Energie in das Batteriepack. Im Durchschnitt verbraucht ein Elektrofahrzeug 1 kWh, um 5 km zu fahren. Einige Fahrzeuge, wie Tesla, geben die Ladeleistung auch in Kilometern Reichweite pro Stunde Ladezeit an. So entsprechen 50 kW etwa 250 km/h („250 km Reichweite in 1 Stunde geladen“).
Ampere und Volt
Die Leistung (ausgedrückt in Watt) ist das Produkt aus Spannung (Volt) und Stromstärke (Ampere). Beim Laden mit 50 kW erfolgt dies in der Regel bei 400V und 125A (400 * 125 = 50.000 W = 50 kW). Beachten Sie, dass die Ladeleistung sowohl von der Spannung als auch vom Strom beeinflusst wird. Sie können das Laden von Elektrizität mit fließendem Wasser aus einem Wasserhahn vergleichen. Denken Sie an die Spannung (V) als den Wasserdruck und den Strom (A) als die Größe des Wasserhahns. Wenn Sie den Druck erhöhen, fließt mehr Wasser, und dasselbe gilt, wenn Sie die Größe des Wasserhahns erhöhen.
Die Spannung ist eine charakteristische Eigenschaft einer Batterie. Die meisten Autobatteriepacks arbeiten heute mit etwa 400V bei vollständiger Ladung. Wenn ein Batteriepack nicht vollständig aufgeladen ist, ist die Spannung niedriger, z.B. 325V. Die Spannung steigt allmählich während des Ladevorgangs an und hat somit einen positiven Einfluss auf die effektive Ladeleistung.
Der Strom kann vom Schnelllader je nach Anweisung des BMS erhöht oder verringert werden. Die meisten 50 kW Schnelllader können einen maximalen Strom von 125A liefern, während unsere 175 kW CCS Lader bis zu 375A bereitstellen können.
Faktoren, die die Ladeleistung beeinflussen
Neben der Spannung gibt es vier Hauptfaktoren, die die Ladeleistung beeinflussen:
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Batteriepack-Kapazität: Im Allgemeinen kann ein größeres Batteriepack schneller geladen werden. Deshalb können Fahrzeuge wie der Tesla Model S mit einem großen 100 kWh Batteriepack mit höherer Leistung geladen werden als der BMW i3 mit einem 21 kWh Batteriepack. Dies ist auch der Hauptgrund, warum die aktuellen Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) nicht schnell geladen werden können: Ihre Batteriepacks sind einfach zu klein. Die meisten PHEV-Hersteller bieten keine zusätzliche Hardware (z.B. zusätzlichen Einlass und Verkabelung) in ihren Fahrzeugen an.
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Batterieladestand (SoC): Wenn die Batterie fast vollständig aufgeladen ist, fällt die Ladeleistung ab, um ein Überhitzen der Batteriezellen zu verhindern. Normalerweise fällt die Ladeleistung bei einem Ladezustand von 80-90% ab und das Laden verlangsamt sich weiter, je näher der Ladezustand bei 100% liegt. Daher ist das Schnellladen am effektivsten zwischen 0% und 80-90% SoC.
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Batterietemperatur: Batteriezellen funktionieren am effektivsten bei Temperaturen zwischen 20-25 Grad Celsius. Wenn die Batterietemperatur zu niedrig oder zu hoch ist, reduziert das BMS den angeforderten Strom, um die Gesundheit der Batteriezellen zu schützen. Wenn das Batteriepack mit einem Heiz- oder Kühlsystem ausgestattet ist, wird das BMS dieses System aktivieren, um die Temperatur der Zellen zu kontrollieren. Beachten Sie, dass die Batterietemperatur nicht nur von der Außentemperatur, sondern auch vom (Autobahn-)Fahren und (schnellen) Laden beeinflusst wird, da dies normalerweise die Batterietemperatur erhöht.
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Batteriechemie: Bei der Entwicklung einer Batterie müssen Hersteller Entscheidungen über Größe, Gewicht, Kosten, Lebensdauer und Leistung treffen. Je nach Zielgruppe des Fahrzeugs könnten sie die Batterieleistung zugunsten von Kosten und Gewicht beeinträchtigen. Alternativ können Fahrzeuge der gehobenen Klasse eine bessere Leistung haben und eine Batterietemperaturregelung einschließen, dies geht jedoch mit einem höheren Preis einher.
Die Diagramme oben zeigen die Ladekurven von zwei Generationen von BMW i3 Batterien (22 kWh und 33 kWh). Die Ladekurve ist für jedes Fahrzeugmodell unterschiedlich. Ladekurven für die meisten gängigen Fahrzeuge finden Sie auf unserer Website.
Einfluss von Schnellladern auf die Ladeleistung
Schnelllader können selbst die maximale Geschwindigkeit begrenzen, mit der ein Fahrzeug geladen werden kann. Wenn ein Schnelllader mit 50 kW bewertet ist, wird er niemals mehr Leistung liefern, auch wenn das Fahrzeug schneller laden könnte.
Es kann auch Einschränkungen bei der Netzverbindung geben oder mehrere Lader an einem Standort können sich die Leistung teilen, wodurch ein Schnelllader nicht die volle Leistung liefern kann. Beispielsweise teilen sich an einem Tesla Supercharger in der Regel zwei Ladesäulen ihre Kapazität. Wenn ein Auto also mit voller Leistung lädt, bleibt nur begrenzte Leistung für das andere Fahrzeug übrig. Bei Fastned können alle Lader in der Regel unabhängig von der Anzahl der Fahrzeuge, die an einem Standort laden, mit voller Leistung arbeiten.
Schnellladen ermöglicht es Ihnen, Ihre Elektrofahrzeuge effizient und schnell aufzuladen. Wenn Sie die Faktoren verstehen, die die Ladeleistung beeinflussen, können Sie die bestmögliche Ladeerfahrung genießen. Wir hoffen, dass dieser Artikel Ihre Fragen zum Thema Schnellladung beantwortet hat. Wenn Sie weitere Informationen benötigen, besuchen Sie unsere Website oder kontaktieren Sie uns.
