Ladezeit Elektroautos

Störrische Akkus

Porsche Taycan Foto: Porsche

Warum laden manche Autos schneller als andere? Weil es nicht nur auf die Ladestärke ankommt, sondern auf viele weitere Faktoren.

Die Elektrochemie ist ein störrisches Gebiet: Während Energie in Form von Benzin oder Diesel extrem schnell nachgetankt werden kann, ist das Aufladen eines Akkus langwieriger. Das hat vor allem einen Grund: Während bei flüssigen Energieträgern nur ein Volumen befüllt wird, muss bei einer Lithium-Ionen-Batterie Strom in Form von Ionen in die Zellen eingebaut werden. Der Fachmann spricht von Interkalation, wenn die Lithium-Ionen reversibel in die Grafitstruktur des Minuspols eingefügt werden und den Akku damit aufladen. Das Problem ist nun, dass dieser Einbauprozess nicht beliebig schnell ablaufen kann.

Stellen wir uns vereinfacht die Lithium-Ionen als viele Autos auf einer mehrspurigen Zufahrt zu einem Parkhaus (Minuspol des Akkus) vor. Je mehr Zufahrtsstraßen und Parkplätze vorhanden sind, desto schneller können die Autos geparkt werden. Ein großer Akku kann in der gleichen Zeit also mehr Ionen speichern als ein kleiner. Für einen 100-kWh-Akku bedeuten 100 kW Ladeleistung den gleichen Ladestress wie 50 kW für einen 50-kWh-Akku. Wird das maximale Aufnahmetempo eines Parkhauses überschritten, kommt es zum Stau oder sogar zu Blechschäden. Im Fall des Akkus setzt sich bei zu hohen Strömen metallisches Lithium an der Oberfläche des Minuspols ab. Der Fachmann nennt diesen schädlichen Vorgang Plating.

Eine Batterie verträgt nur bis 80 Prozent Ladestand hohe Ströme. Danach muss Leistung reduziert werden

Solange das Parkhaus relativ leer ist, können die Autos mit höherer Geschwindigkeit einparken. Mit steigender Füllung muss das Tempo beim Parken aber gesenkt werden. Bei einem Akku ist das ähnlich: Hier können Ionen bis maximal 80 Prozent Ladestand mit hoher Geschwindigkeit eingelagert werden, danach muss der Ladestrom drastisch sinken, damit es nicht wieder zu Plating-Effekten kommt. Die letzten 20 Prozent der Ladung dauern deshalb oft so lang wie die ersten 80 Prozent.

Angenommen, es ist eisig kalt und schneit. Dann können die Autos im Parkhaus nur deutlich langsamer in ihre Lücken einfahren. Rücken aber die folgenden Autos mit unverminderter Geschwindigkeit nach, stauen sie sich, und es kommt wieder zu Blechschäden.

Beim Lithium-Ionen-Akku ist das nicht anders. Er hat eine Wohlfühltemperatur von ungefähr 20 bis 40 Grad Celsius. In diesem Fenster kann er den höchsten Strom aufnehmen. Bei niedrigen Temperaturen – vor allem bei Minusgraden – sinkt seine Fähigkeit zur Stromaufnahme jedoch drastisch. Daher muss die Ladeleistung erheblich gesenkt werden.

Geschieht dies nicht, kommt es wieder zum Plating. Dieser Vorgang ist zum Teil reversibel, aber mit der Zeit lagern sich eben immer mehr »Lithium-Wracks« vor dem Eingang ab. Sie stellen im Extremfall zudem ein Sicherheitsrisiko dar, da sie die Wahrscheinlichkeit eines thermischen Aufflammens des Akkus erhöhen. Mit anderen Worten: Sie erhöhen die Brandgefahr.

Es gibt zwei Methoden, dieses Kälteproblem zu lösen: Entweder senkt man die Ladeleistung drastisch ab, was BMW beispielsweise beim i3 vorsieht, oder man wärmt den Akku vor, wie Tesla in allen Modellen.

- Foto: Arturo Rivas
Große Akkus wie der des Porsche Taycan laden an warmen Tagen am schnellsten. Speziell, wenn sie relativ leer sind.

Zweigen von der gleichen Zubringerstraße mehrere Parkhäuser ab, so verteilt sich der Fahrzeugstrom. Die Parkhäuser füllen sich also langsamer. Gleiches gilt für Ladestationen. Je nachdem, welche Maximalleistung ein Standort mit mehreren Ladepunkten bietet, kann bei gleichzeitiger Nutzung durch mehrere Elektroautos die Ladeleistung für das einzelne Fahrzeug sinken.

Blockieren im Parkhaus bereits einige verbeulte Fahrzeuge den Weg, muss langsamer eingefahren werden. Beim Akku ist es ähnlich: Wenn er durch intensive Nutzung schon Plating- und damit auch Kapazitätsprobleme hat, muss der Stromfluss gebremst werden. Hat ein Akku 80 Prozent seiner Ursprungskapazität erreicht – abhängig von der Zellchemie –, ist er im Allgemeinen im Rentenalter angelangt, weshalb die Garantie vieler Hersteller greift, sobald die Kapazität der Batterie unter 80 Prozent fällt.

Das frisch geöffnete Parkhaus bekommt einen größeren Teil der Autos ab als die schon zum Teil gefüllten Häuser. Abhängig von der jeweiligen Lade­strategie kann es sein, dass ein neu angestöpseltes Elektroauto erst einmal eine höhere Ladeleistung erhält als jene, die schon geraume Zeit laden.

Beim Laden eines Elektroautos darf man sich also nicht von plakativen Maximalleistungsangaben täuschen lassen, denn die effektive Ladegeschwindigkeit wird von vielen Faktoren bestimmt. Grundsätzlich laden große Akkus an einem leeren Ladestandort im Sommer deutlich schneller als kleine Akkus an einem vollen Ladestandort im Winter.

Dieser Artikel stammt aus diesem Heft
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