Warum laden Elektrofahrzeuge langsam? Grenzwerte für Lithiumbatterien erklärt

Eines der größten Hindernisse für Käufer von Elektrofahrzeugen (EV) ist die Ladegeschwindigkeit. Niemand möchte 40 Minuten lang an einer Raststätte herumhängen. Werfen wir einen genaueren Blick darauf, warum das Aufladen von Elektrofahrzeugen so lange dauert und was getan wird, um diese große Hürde bei der Einführung von Elektrofahrzeugen zu überwinden.

Wie lange dauert es, bis ein Elektrofahrzeug aufgeladen ist?

Die genaue Zeit, die zum Laden einer Elektrofahrzeugbatterie benötigt wird, hängt von der Ladestation, der verbleibenden Ladung des Elektrofahrzeugs und einer Vielzahl von Umweltfaktoren ab. Zum Beispiel ein vollständig entladenes Tesla Model 3 mit der größten Kapazität würde acht bis 12 Stunden dauern zum Aufladen zu Hause mit einem Hochleistungsanschluss. Mittlerweile könnte eine Supercharger-Station die gleiche Aufgabe in 25 bis 30 Minuten erledigen.

Müssen Elektrofahrzeuge vollständig aufgeladen sein?

Eine der tief verwurzelten Gewohnheiten von Autofahrern ist es, beim Tanken bis zu 100 % aufzufüllen. Bei Benzin macht das Sinn, aber Batterien können erheblichen Schaden erleiden, wenn ihre Kapazität so extrem ausgelastet wird.

Möglicherweise haben Sie Funktionen gesehen Laptops die den Zustand des Akkus priorisieren, indem sie die maximale Ladung auf 80 % begrenzen. Heutzutage ist es bei Mobiltelefonen üblich, die Laderaten so zu planen, dass sie erst dann 100 % erreichen, wenn Sie gerade dabei sind um morgens aufzuwachen – so platzt der Akku nicht lange aus allen Nähten Leistung.

Diese Vorsichtsmaßnahmen haben mit der Batteriechemie zu tun. Wie wir in erklären Unser Ratgeber zum Thema BatterienSie funktionieren, indem sie Lithiumatome von einer Seite einer Batterie zur anderen bewegen. Aufgrund einer Barriere zwischen den beiden Batteriehälften können die Elektronen nicht mitfahren. Die Elektronen nehmen also den malerischen Weg durch einen Stromkreis, der unsere Geräte mit Strom versorgt. Schließlich vereinigen sich die Elektronen wieder mit ihren längst verlorenen Lithium-Freunden auf der anderen Seite der Batterie.

Auf beiden Seiten der Batterie befindet sich ein Medium, in dem sich diese Lithiumionen in der Zwischenzeit aufhalten können. Diese Lithiumatome sind für die strukturelle Stabilität der Medien, in denen sie sich befinden, von entscheidender Bedeutung. Wenn an beiden Enden überhaupt kein Lithium vorhanden ist, erleiden diese Strukturen einen großen Schlag, was ihre Fähigkeit, künftig Lithium-Ionen aufzunehmen, verringert und letztendlich die Ladekapazität beeinträchtigt. Eine Tiefentladung beeinträchtigt die Lebensdauer des Akkus genauso wie eine Überladung aus demselben Grund: Sie berauben eine Seite des Akkus Batterie der Lithiumatome Die Medien müssen die Struktur stützen und in Zukunft mehr Lithium aufnehmen.

Aufgrund der Auswirkungen, die diese extremen Batterieladungen auf die Gesamtlebensdauer haben, melden in Elektrofahrzeugen integrierte Managementsysteme die tatsächliche Ladung am unteren Ende zu niedrig und am oberen Ende zu hoch. Dies schützt Benutzer davor, die Gesundheit ihrer Batterien langfristig zu schädigen, um im Moment etwas mehr Leistung zu haben. Selbst wenn also ein Elektrofahrzeug angibt, dass er bei 100 % ist, verfügt die Batterie wahrscheinlich immer noch über einen leeren Puffer, der sicherstellt, dass die langfristige Batterielebensdauer nicht beeinträchtigt wird.

Warum laden Elektrofahrzeuge langsam?

Wenn Sie einen weitgehend entladenen Akku aufladen, sind die ersten 80 % in etwa einer halben Stunde aufgeladen, während die letzten 20 % genauso lange dauern. Wie wir oben besprochen haben, verkürzt sich die Gesamtlebensdauer des Akkus durch Überladung, sodass Ladestationen beginnen, die Leistung zu reduzieren, wenn sie erkennen, dass der Akku fast voll ist.

Diese Verlangsamung stellt nicht nur sicher, dass die Batterie Ihres Elektrofahrzeugs auf lange Sicht funktioniert, sondern ist auch eine Sicherheitsmaßnahme. Wenn Batterien heißer werden, explodieren sie stärker. Ja, Akkupacks verfügen über eingewebte Kühlschichten, die jedoch nur bis zu einem gewissen Grad der beim Laden entstehenden Wärme entgegenwirken.

Wie kann ein Elektrofahrzeug schneller aufgeladen werden?

Derzeit können Elektrofahrzeuge am schnellsten an Gleichstromladestationen der Stufe 3 aufgeladen werden. Tesla-Supercharger sind der große Name in dieser Kategorie, aber es gibt auch andere Hochgeschwindigkeitsalternativen.

Mit der Verbesserung der Batterietechnologie werden sich wahrscheinlich auch die Ladezeiten verkürzen. Superkondensatoren sind ein vielversprechender Fortschritt, der es Fahrzeugen ermöglicht, bei Stopps schnell eine große Ladung zu erhalten. Voraussetzung dafür ist natürlich, dass entlang der Strecken eigene Ladestationen installiert werden. Kondensatoren haben auch eine viel geringere Energiekapazität als eine richtige Batterie, sodass wir höchstens Hybridsysteme in Betracht ziehen würden.

Graphen ist für uns ein vielversprechendes Material beginnt in der Unterhaltungselektronik zu sehen das auf Schnellladen spezialisiert ist. Die Skalierung auf Elektrofahrzeugbatterien wird eine nahtlose Verbesserung der Ladezeiten ermöglichen, ohne dass die Infrastruktur modernisiert werden muss. Obwohl es auf den Austausch der Batterien ankommt, würde sich an der grundlegenden Batterietechnologie nicht viel ändern, abgesehen vom Austausch von Graphen als einer der Hauptkomponenten.

Festkörperbatterien stellen einen viel dramatischeren Wandel in der Batterietechnologie dar. Diese stehen schon seit Jahren im Fokus der Forschung, und auch wenn sie bisher noch keinen wirklichen Durchbruch auf dem Markt haben, ist das Versprechen groß. Festkörperbatterien sind leicht und stabil, was bedeutet, dass sie schneller aufgeladen werden können, ohne dass die Gefahr einer Überhitzung besteht, wie sie bei herkömmlichen Batterien mit flüssigem Elektrolyten auftritt.

Hoffentlich erklärt das einige der Herausforderungen rund um die Ladezeiten von Elektrofahrzeugen. Das Warten ist lästig, sorgt aber dafür, dass die Batterien länger funktionieren und bietet ein Sicherheitsnetz. In naher Zukunft dürften Batterieverbesserungen die Ladezeiten von Elektrofahrzeugen verkürzen.

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