Jürgen's Technik-Welt Smart Home, Technik, Internet, Mobile, Apps
In meinem heutigen Artikel möchte ich euch über den Akku von Elektrofahrzeugen informieren. Worauf sollte man beim Kauf achten, welche Begrifflichkeiten tauchen hier auf, welche Auswirkung hat der Akku auf die Reichweite und wie sollte man den Akku eines E-Autos optimal behandeln.
Akkukapazität
Die Batterie des Elektroautos ist natürlich, neben dem Elektromotor, eine der wichtigsten Komponenten. Er entspricht im Prinzip dem Tank herkömmlicher Verbrennerfahrzeuge. An dieser Stelle seit kurz erwähnt, dass auch Elektroautos über eine „normale“ 12V-Batterie verfügen, die u.a. für den erstmaligen Startvorgang genutzt wird aber auch die Steuerelektronik sowie weitere Verbraucher wie das Innenlicht, elektrische Türöffner usw. versorgt.
Akkukapazität und Reichweite
Beim Akku für den Elektroantrieb spricht man auch von der Hochvoltbatterie. Meist werden hier Spannungen oberhalb von 350V genutzt. Die Kapazität der Hochvoltbatterie wird bei Elektroautos in der Regel in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Heutige Elektroautos haben meist eine Kapazität zwischen ca. 30kWh und 100 kWh.
Mit der Angabe der Hersteller – dem WLTP Verbrauch – zum Verbrauch des Elektroautos kann man grob die Reichweite des Akkus ermitteln:
Reichweite = Kapazität / (Verbrauch auf 100km)
Bei unserem Kia e-Niro ergibt sich demnach folgende Rechnung
Reichweite = 64kWh / (15,9kWh / 100km) = 402,5km
Wer die Werbung von Kia kennt, wird vielleicht wissen, dass die Reichweite nach WLTP mit 450 Kilometern angegeben wird. Dies liegt an den unterschiedlichen Messzyklen, die einmal für den Verbrauch und die Reichweite heran gezogen werden. Zum Thema Reichweite gibt es vielleicht auch nochmal einen eigenen Artikel, weil dies einerseits ein Kernthema bei Elektroautos ist und andererseits von vielen Faktoren abhängt.
Die Akkukapazität beeinflusst aber nicht nur die Reichweite des E-Autos, sondern auch den Preis. Die Batterie des E-Autos ist aktuell immer noch das teuerste Element. Aus diesem Grund sollte man sich sehr gut überlegen, welche Akkugröße man tatsächlich benötigt.
Zur Kapazität eines Akkus ist vielleicht noch zu erwähnen, dass meist eine Nettokapazität bzw. eine nutzbare Kapazität angegeben wird. In der Regel hat die Hochvoltbatterie ein paar kWh mehr, als im Prospekt angegeben. Dies ist als zusätzlicher Puffer gedacht, damit der Akku nicht komplett leer gefahren werden kann und nicht wirklich auf 100% geladen werden kann. Zusätzlich hilft es auch bei der Degradation (siehe unten), so dass man erst später merkt, dass die Akkuleistung nachgibt.
Lebensdauer eines E-Auto-Akkus
Die Lebensdauer eines Akkus hängt von unterschiedlichen Parametern ab. Man unterscheidet zwischen dem Verschleiß durch das Altern des Akkus sowie durch die Nutzung des Akkus in Form seiner Ladung bzw. Entladung.
Gerade beim Laden und Entladen haben wieder diverse Faktoren einen Einfluß auf die Lebensdauer. Hier spielen die Anzahl der Ladezyklen, die Temperaturen, sowie die Stromhöhe eine wesentliche Rolle.
Man geht davon aus, dass heutige Akkus durchaus 10 Jahre und mehr halten bzw. mindestens 100.000 Kilometer überstehen. Echte Erfahrungswerte in größerem Umfang fehlen zurzeit aber noch.
Wenn man von der Lebensdauer eine Batterie für Elektroautos redet, dann meint man in der Regel auch nur die Zeit, in der der Akku für das E-Auto verwendet werden kann. Ab einem Kapazitätsverlust von ca. 80% geht man davon aus, dass der Akku nicht mehr sinnvoll genutzt werden kann. Der Akku selbst ist dann aber immer noch nutzbar und muß nicht komplett entsorgt werden. Daher werden die Batterien von Elektroautos recycled und zum Beispiel für Batteriespeicher in diversen Anwendungsszenarien verwendet.
Umgang mit dem E-Auto Akku
Wie gerade erwähnt, gibt es einige Faktoren, die die Lebensdauer einer Batterie beeinflussen. Daher gibt es nachfolgend ein paar Tipps, zur optimalen Pflege eines Akkus für Elektroautos:
- Wohlfühltemperator des Akkus sind um die 25 Grad Celsius. In diesem Bereich verträgt er auch das Laden/Entladen am besten
- Möglichst keinen kalten Akku (Winter) mit hohem Strom laden. Schnelllader sollten daher genutzt werden, wenn man schon ein paar Kilometer gefahren ist und der Akku sich etwas aufgewärmt hat.
- Lieber mit weniger Strom laden als mit hohen Strömen. Insbesondere sollten Schnelllader, die das E-Auto mit hohem Gleichstrom laden, nicht für das regelmäßige Laden genutzt werden
- Idealerweise direkt nach einer Autofahrt den Akku laden
- Der optimale Ladezustand eines Akkus liegt bei ca. 30% – 60%. Daher gibt es auch die Empfehlung den Akku spätestens bei etwa 20% zu laden und diesen auch nur bis zu 80% aufzuladen
- Wenn der Akku für längere Strecken (Urlaub) zu 100% aufgeladen wird, dann sollte das Auto nicht über einen längeren Zeitraum mit diese Ladezustand stehen. Ideal ist es, wenn der Akku den Ladestand kurz vor Abreise erreicht
- Bei längeren Standzeiten von einigen Wochen sollte der Akku ungefähr eine Stand von ca. 50% haben
- Das Elektroauto sollte nicht über einen längeren Zeitraum in der prallen Sonne stehen, da der Akku keine hohen Temperaturen mag. Mit Kälte hat er weniger Probleme
- Bei E-Auto Akkus gibt es eigentlich keinen Memory-Effekt. Daher ist es unkritisch den Akku immer wieder mal kurz nachzuladen, was insbesondere in Verbindung mit einer PV-Anlage und dem Laden aus überschüssiger Sonnenenergie hilfreich ist.
In einem weiteren Artikel werde ich wohl nochmal auf ein paar Erklärungen zu den Hinweisen eingehen. Dies dürfte nur den Rahmen, des aktuellen Artikels ein wenig sprengen.
Begrifflichkeiten rund um den Akku
Beschäftigt man sich mit Elektroautos so wird man auch schnell über diverse Begrifflichkeiten und Abkürzungen stolpern, die man kennen sollte.
SOC / SOH / Degradation
Die Abkürzungen SOC und SOH stehen für „state of charge“ und „state of health“. SOC gibt also den aktuellen Ladestand des Akkus an und der SOH definiert, wie „gesund“ der Akku ist, bis zu wieviel Prozent er sich noch aufladen lässt.
Der „Verschleiß“ eines Akkus wird als Degradation bezeichnet. Ein neuer Akku hat einen SOH von 100%. Im Laufe der Zeit nimmt dieser Wert ab und die nutzbare Kapazität der Batterie sinkt.
Ladekurve / Ladezeit
Bei einem Elektroauto ist nicht nur die Kapazität entscheidend, wenn es um eine Gesamtreichweite einer Fahrt und der damit verbundenen Reisezeit geht. Das eingebaute Ladegerät ist mindestens genauso wichtig. Hierbei stellt sich die Frage, mit welchen Leistungen die Batterie aufgeladen werden kann. Hohe Leistung bedeutet eine kürzere Ladezeit.
Oben haben wir nun aber gelernt, dass hohe Ladeleistungen – also das Laden mit hohen Strömen – den Akku stressen. Hier kommt nun die sogenannte Ladekurve ins Spiel. Die Ladekurve wird vom Lademanagement des E-Autos erzeugt bzw. ergibt sich aus der Steuerug des Lademanagements.
Das Lademanagement sorgt dafür, dass der Akku möglichst schonend geladen wird. Hierbei kontrolliert er die Akkutemperatur, den Ladestrom sowie den Ladestand. Wenn die Temperatur bestimmte Grenzwerte erreicht oder wenn der Akku einen bestimmten Füllstand hat, dann wir die Leistung reduziert. Bei den meisten Autos, kann ein Akku von 20% auf 80% in etwa 30 bis 50 Minuten geladen werden kann. Für die restlichen 20% um auf 100% zu kommen kann man mindestens nochmal die gleiche Zeit einkalkulieren, da hier deutlich langsamer geladen wird.
Es kann durchaus hilfreich sein, die Ladekurve seine Elektroautos zu kennen. Dann kann man in etwa abschätzen, ab welchem Ladestand der Ladevorgang im Verhältnis zu einem zusätzlichen Ladestopp zu lange dauert. Bei unserem Kia habe ich festgestellt, dass man bereits bei ca. 73% SOC den Ladevorgang abbrechen kann. Hängt natürlich auch ein wenig von der noch verbleibenden Strecke ab und ob es sich grundsätzlich lohnt, noch einen Ladestopp einzulegen. Auch das Thema „Ladestrategie“ werde ich in einem der zukünftigen Beiträge dieser Artikelreihe behandeln.
