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  1. Stefan

    Batterietechnik

    Das Herzstück eines jeden Elektroautos ist die Antriebsbatterie. In den letzten Jahren wurden dank intensivierter Forschung enorme Fortschritte erzielt. So können inzwischen Batteriezellen fast doppelt soviel Energie (kWh) speichern wie noch vor 4 Jahren. 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.
  2. Stefan

    Batteriekapazität

    Die Kapazität einer Batterie gibt die entnehmbare Ladung an und hat damit einen bedeutenden Einfluss auf die Reichweite. Die Batteriekapazität wird Amperestunden (Ah) angegeben. In der Regel wird jedoch bei Elektrofahrzeugen die speicherbare Energiemenge in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Dies vereinfacht den direkten Vergleich mit anderen Fahrzeugen. 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. Kapazität C (Ah) Einige Fahrzeughersteller bewerben die Batteriegrösse ihrer Fahrzeuge auch in Amperestunden (Ah). Diese Einheit besagt, wie viel Strom der Zelle pro Stunde entnommen werden kann. Kapazität(C) = Entladestrom(I) x Entladezeit(t) Energie (kWh) Die Anzahl Kilowattstunden geben an, wieviel Energie in der Batterie gespeichert ist. Diese Einheit wir auch für den Energieverbrauch verwendet. Errechnet wird die Energiemenge aus: Spannung in Volt (U) x Amperestunden (Ah) = Wattstunden (Wh) C-Faktor Oft wird in Fachgesprächen von C-Ratenbeim Laden/Entladen gesprochen. Dieser C-Wert ist ein Faktor der den maximalen Lade-/Entladestrom in Bezug auf seine Brutto-Kapazität angibt. Je höher dieser Wert C ist, je mehr wird der Akku belastet und erwärmt, das gilt in beiden Richtungen. Beispiel: Angenommen die Batterie eines Renault ZOE (Brutto-Kapazität 25.9kWh) wir an einer 22kW Säule geladen (effektive Ladeleistung ca. 20kW), so ergäbe dies ca. 0.8C. Bei einer Ladung an der 43kW AC-Säule ca. 1.5C. Bei einem Tesla mit einer Batteriekapazität von z.B. 85kWh und 135kW Ladeleistung am SuperCharger ergäbe dies knappe 1.6C. Oder vereinfacht (theoretisch): Batteriekapazität 22kWh, Ladeleistung 22kW = du lädst mit 1C
  3. Die Alterung wird durch folgende Faktoren bestimmt: 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. Es ist also ungünstig, eine Batterie vollgeladen bei warmen Temperaturen über längere Zeit stehen zu lassen. Schnellladungen mit erhöhten Batterietemperaturen sind für den Alterungsprozess ebenfalls ungünstig. Da beim Entladen (Fahren) der akzeptable Temperaturbereich grösser ist, ist dies weniger problematisch als das Laden.

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