• die kalendarische Alterung: abhängig von Zellchemie, Ladezustand (SoC) und Temperatur
• die belastungsabhängige/zyklische Alterung: abhängig von Zellchemie, Zyklenzahl, Lade-/Entladegeschwindigkeit und Betriebstemperatur

Hitze ist der grösste Feind von Lithium-Ionen Batterien. Die Leistung von Lithoum-Ionen Zellen ist bei warmen Zelltemperaturen aufgrund des tieferen Innenwiederstand zwar gut. Werden aber die Zellen über einen längeren Zeitraum hohen Temperaturen ausgesetzt, so hat dies einen negativen Einfluss auf die Alterung der Zellen.

Kälte: Wird ein Akku kühl gelagert, so wird die kalendarische Alterung reduziert. Ein kühler Akku und hohe Ladeströme haben jedoch einen negativen Einfluss auf die Alterung da die Diffusionsrate von Lithium im Anodenaktivmaterial bei niedrigen Temperaturen limitert ist. Dies führt zu Lithium-Plating an der Anode was erhöhte Innenwiderstände und reduzierte Kapazitäten zur Folge hat.

Batterie Systeme eines Elektroautos sind im Vergleich zu Batterien z.B. in einem Smartphone komplexer und vor allem sicherer aufgebaut. Dafür verantwortlich ist ein Batterie-Management-System, kurz BMS genannt. Es überwacht die einzelnen Zellspannungen und gleicht diese wenn nötig durch ein Balancing wieder aus. Schnellladungen lassen die einzelnen Zellspannungen etwas schneller divergieren weshalb in bei häufigem Schnellladen ein Balancing eher wieder nötig wird. Das BMS überwacht auch den Ladevorgang und schaltet falls nötig eine allfällig angeschlossene Heizung oder Kühlung zu.

Batterie-Temperatur-Management Systeme

Mit dem BMS nicht zu verwechseln, sind Batterie Temperatur Management Systeme. Diese halten durch Kühlung resp. Wärmen die Antriebsbatterie auf ihrer optimalen Betriebstemperatur. Die Regelung wird dabei üblicherweise mittels Luft oder Flüssigkeit erreicht. Eine aktive Kühlung wird in der Regel bei Temperaturen über 30°C zugeschaltet. Kann die Batterie durch ein vorhandenes Heiz-System erwärmt werden, so geschieht dies in der Regel bei Temperaturen unter ca. 5° C. Eine aktive Kühlung wird in der Regel bei Temperaturen u 30°C zugeschaltet. Kann die Batterie durch ein vorhandenes Heiz-System erwärmt werden, so geschieht dies in der Regel bei Temperaturen unter ca. 5° C.

Nicht alle Elektrofahrzeuge haben oder brauchen ein aktives Kühl- oder Heizsystem für ihr Batteriesystem. Sind die Belastungen beim Laden/Entladen eher gering, so erübrigt sich ein solches System meistens. Für Elektroautos bei welchen die Batterie-Temperatur nicht aktiv geregelt sind folgende Punkte relevant:

Beispiel: Batteriekapazität E-Bike – 0.5 kWh (500Wh)
Batteriekapazität Tesla Model 3 – 50 kWh

Geht man von einem durchschnittlichen Verbrauch von 20kWh/100km aus, so sind mit einem 50kWh Akku 250km Fahrstrecke (Autobahngeschwindigkeit 130km/h) möglich. Je nach Fahrweise und Wetterbedingungen sind aber auch deutlich mehr Kilometer möglich.

Aktuell werden in gängigen Elektrofahrzeugen Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit System-Spannungen von 400V als Antriebsbatterien eingesetzt. Die Zellchemie kann je nach Typ und Hersteller variieren. Beispiele:

• Lithium-Manganoxid-Akku (LiMn2O4)
• Lithium-Cobaltdioxid-Akku (LiCoO2)
• Lithium-Mangan Cobaltoxid-Akku (LiMnCoO2)
• usw.

Heutige Traktionsbatterien sind langlebig, sicher und überdauern in der Regel das Fahrzeug. Sinkt die Kapazität der Batterie durch Alterung, so können diese für weitere Zwecke (Second Life Anwendungen) verwendet werden. Z.B. als stationärer Energiespeicher.

Aufgrund der chemischen Vorgänge in einer Batteriezelle während des Ladens/Entladens, ist die vorherrschende Zelltemperatur ein wichtiger Faktor bei der Nutzung einer Batterie. Einfach gesagt fühlt sich eine Batterie bei Temperaturen wohl die auch dem Menschen zusagen (ca. 20-25 Grad Celsius). Fällt die Temperatur tiefer so ist die Leistungsfähigkeit eingeschränkt. Steigt sie höher so ist zwar eine gute Leistungsfähigkeit zu erwarten, die Abnutzung steigt jedoch stärker an. Für längere Beanspruchungen ist es deshalb wichtig, dass ein Batterie-Temperatur-Management System die Traktionsbatterie auf „Wohlfühltemperatur“ hält.

Bei Fahrzeugen die ausschliesslich auf Elektroantrieb ausgelegt sind, wird die Traktionsbatterie in den Unterboden verbaut. Dies garantiert eine optimale Platzausnutzung bei grösstmöglicher Sicherheit. Der Fahrzeugschwerpunkt ist zudem tief was die Steuerung des Fahrzeuges positiv beeinflusst.

Bevor wir uns mit dem Betrieb des Elektroautos befassen, macht es Sinn sich mit dem technischen Einrichtungen etwas vertrauter zu machen. Diese Zusammenfassung gibt dir das nötige Rüstzeug für den Umstieg / Einstieg. Erfahrenen Anwendern kann es als Nachschlagewerk dienen.

Ladeanschlüsse & Systeme

Der am Fahrzeug vorhandene Lade- oder Steckeranschluss entscheidet mit welchem Ladesystem das Auto geladen werden kann. Bei aktuellen Fahrzeugen sind vier Ladesysteme verbreitet:

• CCS (DC)
• CHAdeMO (DC)
• Typ 2 (AC)
• Tesla (AC/DC)

Der Typ 1 Ladestecker wurde u.a. für dass das in Nordamerika verwendete 120/240 V-Einphasen-Dreileiternetz konzipiert. Er ist auch im asiatischen Raum verbreitet. Auch in Europa sieht man Typ 1 noch an einigen asiatischen Elektroautos. Das von Tesla verwendete System ist fast baugleich wie der Typ 2, wurde aber so modifiziert, dass dieser auch zum Laden mit Gleichstrom (DC) verwendet werden kann.

Die meisten öffentliche Schnellladestationen bieten Ladepunkte für verschiedene Systeme an. Weit verbreitet ist die Kombination Typ 2 / CCS / CHAdeMO. Ladesäulen die diese drei Ladesysteme anbieten werden auch Triple Charger genannt.

Typ 2
Dieser Anschluss wird für das Laden mit Wechselstrom (AC) mittels eines Typ 2 Ladekabels benötigt. Besitzt das Elektroauto einen 3-phasigen On-Board Lader, so kann mit 11kW, 22kW oder mit bis zu 43kW (ältere Renault ZOE) geladen werden. Ist nur ein ein- oder zweiphasiger Lader verbaut, ist die Ladeleistung entsprechend tiefer da an einem Drehstromanschluss nicht alle Phasen genutzt werden können. Fahrzeuge die mit einem CCS Anschluss (Combined Charging System) ausgestattet sind, brauchen keinen zusätzlichen Ladeanschluss da ein Typ2 Kabel mit dem CCS Anschluss kompatibel ist.

CCS (Combined Charging System)
Das CCS Ladesystem ist das von der EU definierte Gleichstrom (DC) Ladesystem.
Ein Grossteil der DC-Ladestationen liefert 50kW, einige wenige auch weniger. Aktuell werden entlang Hauptachsen Ladestationen mit 150kW-Ladesäulen ausgerüstet und erste Fahrzeuge können diese Leistung auch abrufen (Audi e-tron SUV). Der nächste Schritt werden dann abwärtskompatible Ladesäulen mit 800V / 350kW und gekühlten Ladekabeln sein. Um solche Ladeleistungen technisch verarbeiten zu können müssen jedoch auch die Batterien dafür ausgelegt sein.

CHAdeMO
Dieses Ladesystem wurde von einem Konsortium in Japan entwickelt und 2010 vorgestellt. CHAdeMO erlaubt auch bidirektionales Laden. Es bietet momentan DC-Ladeleistungen von 50kW an. Der Nissan Leaf hat auch in seiner überarbeiteten Version auch in Europa weiterhin einen CHAdeMO Anschluss. CHAdeMO entwickelt sich ebenfalls weiter und soll in seiner neuen Fassung Ladeleistungen von bis zu 400kW ermöglichen. Andere Hersteller (z.B. Hyundai) verwenden an ihren Fahrzeugen in Europa jedoch bereits den CCS Anschluss.

Tesla Supercharger (SuC)
Weil es 2009 als das Model S vorgestellt wurde noch keine definierten Schnelllade-Standards gab, hat Tesla den Typ 2 Anschluss an seinen Fahrzeugen so modifiziert, dass mit diesem auch DC Schnellladungen von bis zu 135kW möglich sind. Der der Anschluss auch mit dem normalen Typ 2 kompatibel ist, ist für eine AC-Ladung am Fahrzeug kein zusätzlicher Anschluss nötig. Mit einem CHAdeMO Adapter können Tesla Fahrzeuge auch an den meisten öffentlichen Schnellladestationen laden

Laden unterwegs an einer DC Säule

Die Letztere ist vergleichbar mir einer Benzin-/Dieseltankstelle. Das Ladekabel ist an der Ladesäule angebracht. Die Ladestation wechselt den netz-seitigen Wechselstrom in Gleichstrom um und leitet diesen mittels dem angebrachten Ladekabel in das Elektroauto.

Laden unterwegs an einer AC Säule

Viel häufiger trifft man jedoch in Kommunen, Einkaufszentren, Parkplätzen usw. auf Wechselstrom (AC) Ladesäulen. Der Grossteil davon liefert 22kW Wechselstrom. Viele Stationen haben allerdings kein angebrachtes Kabel und daher führen Elektroautofahrer jeweils ein Typ 2 Kabel mit. Es gibt diese in verschiedenen Ausführungen. Neben der Kabellänge, gibt es Kabel die ein- oder dreiphasigen Strom aufnehmen können.

Laden an der AC-Wallbox zuhause
Heimische Ladestationen werden auch Wallboxen, Ladeboxen und ähnliches genannt. Gemeint ist in der Regel dasselbe. Nämlich eine Box welche die Kommunikation und den Stromanschluss zwischen Fahrzeug und Stromnetz bereitstellt. Eine Wallbox ist nicht mir einem AC-Ladegerät zu verwechseln, denn dieses ist im Fahrzeug fest eingebaut. Wallboxen gibt es in verschiedenen Ausführungen von verschiedenen Herstellern. In der Regel sind diese fest, z.B. an einer geeigneten Wand, in der Nähe des Parkplatzes montiert. Einige haben fest montierte Typ 2 Kabel. Andere wiederum benötigen den Anschluss eines mobilen Typ 2 Kabels um das Auto anzuschliessen.

Neben den fix installierten Wallboxen gibt es auch noch mobile Lader. Die Ladestation ist dabei eine kompakte und mobile Box die Teil des Typ 2 Ladekabels ist. Netzseitig haben diese mobilen Lader einen CEE Anschluss oder entsprechende Adapter um sie an verschiedenste Netzanschlüsse anstecken zu können. Die Verwendung ist vielseitig. Man kann sie z.B. zuhause auch als Ladestation verwenden. Mit einem auf-steckbaren Typ 2 Adapter für die Infrastruktur-Seite kann zudem an gängigen Typ 2 Ladestationen geladen werden. Ein zusätzliches Typ 2 Ladekabel erübrigt sich damit. Allerdings sind die mobilen Lader aufgrund der integrierten “Ladestation“für das Laden an einer Typ 2 Ladesäule etwas unhandlicher als ein einfaches Typ 2 Ladekabel. Sie sind aber vor allem dann flexibel einsetzbar, wenn direkt an CEE16-3, CEE16-5, CEE32-5 oder an Schuko-Dosen geladen werden soll.

Wie schliesse ich eine Wallbox oder meinen mobilen Lader zuhause an?

Handelt es sich um eine fix installierte Wallbox, sollte der Anschluss von entsprechend qualifiziertem Fachpersonal vorgenommen werden. Möchtest du eine mobile Ladeeinheit verwenden und ein Stromanschluss für das Laden deines Fahrzeuges ist bereits vorhanden, so sind grundsätzliche keine weiteren Installationsarbeiten nötig. Du musst einzig den für den Anschluss geeigneten Adapter haben. Beachte jedoch dass der Anschluss einzeln abgesichert sein sollte und über einem FI-Schalter verfügen sollte.

Ladekabel, Adapter
Das wohl am meisten verbreitete Ladekabel ist in Europa das Typ 2 Ladekabel. Es passt für alle Autos die fahrzeugseitig einen Typ 2, CCS oder Tesla „Typ 2“ Ladeanschluss haben. Einige asiatische Modelle haben neben dem CHAdeMO Anschluss für das DC-Laden noch einen Typ 1 Ladeanschluss für das AC-Laden. Ist die Ladestation bereits mit einem Typ 1 Anschluss ausgerüstet, so braucht es für die Ladung nur ein einfaches Typ 1 Ladekabel. Viel mehr verbreitet sind jedoch Typ2 Ladestationen. Bei Verwendung eines entsprechenden Adapters lässt sich an diesen jedoch auch ein Elektroauto mit Typ 1 Anschluss problemlos laden.

Foto: verschiedene Kabeladapter. Heute kaum mehr nötig, aber praktisch für lange Reisen in ferne Länder oder E-Mobility Events