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21.04.2017 | Batterie | Kommentar | Onlineartikel

Es geht nicht nur um Spannung

Autor:
Dr. rer. nat. Andreas Eilemann

Je schneller der Ladevorgang bei einer Batterie, desto höher die Verlustleistung. Die Abwärme erhitzt die Batterie und lässt sie vorzeitig altern. Deshalb ist ein gutes Thermomanagement so wichtig, sagt Andreas Eilemann von Mahle Behr.

Die Automobilindustrie steht mit der Elektrifizierung des Antriebsstrangs derzeit vielleicht vor ihrem größten technologischen Umbruch. Vor allem in den letzten beiden Jahren hat dieser Trend an Fahrt aufgenommen, mehr und mehr Fahrzeuge oder Studien werden vorgestellt.

Ganz praktisch ergeben sich jedoch zwei entscheidende Argumente, die der Endkunden-Akzeptanz des reinen Elektroantriebs entgegenstehen: eine (zu) geringe Reichweite gekoppelt mit einer (zu) langen Ladezeit. Die sogenannte Schnellladung ist eine der entscheidenden Voraussetzungen für eine höhere Akzeptanz der elektrischen Mobilität und wird deshalb von den Fahrzeugherstellern und ihren Zulieferern mit Hochdruck entwickelt. 

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01.03.2017 | Gastkommentar | Ausgabe 3/2017

Es geht nicht nur um Spannung

Bei der Betrachtung der Schnellladung ist wichtig, sich den physikalischen Unterschied zwischen der Betankung eines Fahrzeugs mit einem fossilem Kraftstoff und dem elektrischen Laden zu vergegenwärtigen. Bisher sind wir es gewohnt, ein Fluid mechanisch von der Zapfsäule in den Tank des Fahrzeugs zu übertragen. Dies geht sehr schnell und ohne jeden Verlust oder Verschleiß. Bei der Übertragung elektrischer Energie sind Verluste aber unvermeidlich. Die physikalische Abhängigkeit des Verlustes von der Stromstärke bedeutet aber: je schneller der Ladevorgang, desto höher die Verlustleistung.

Je schneller der Ladevorgang, desto höher die Verlustleistung

Hier einige typische Zahlen, um dies zu verdeutlichen: Betrachtet man beispielsweise eine Schnellladung von 80 kWh (ausreichend für circa 400 km Reichweite) in 15 min, so entstehen bei typischen Batterien und 800 V Ladespannung mindestens 5 kWh Abwärme, welche die Batterie um rund 50 K erwärmen. Selbst bei moderaten Außentemperaturen würde die Batterie ohne Gegenmaßnahmen überhitzen und vorzeitig altern.

Um eine Schnellladung des elektrischen Speichers zu realisieren und ihn gleichzeitig vor einer vorzeitigen Alterung zu schützen, bedarf es also einer außentemperaturabhängigen, aktiven Kühlung. "Aktiv" deshalb, weil oftmals die Temperaturdifferenz zwischen warmer Batterie und Kühlmedium zu gering für eine rein passive Kühlung ist. Dabei gilt es nicht nur, die Absoluttemperatur in Bereichen der tolerierbaren Parameter zu halten, sondern auch innerhalb der Batterie für eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu sorgen. Dafür ist es wichtig, den gesamten Wärmeleitpfad von der Zelle über die Wärmeübertrager bis zur Umgebung zu betrachten und zu verstehen. Die Ansprüche an das Thermomanagement des Energiespeichers sind also entsprechend hoch; ein Vergleich zur komplexen Kühlung von Motorblock und Zylinderkopf des Verbrennungsmotors ist angebracht. Bei Letzterem ist die maximale Leistung des Antriebs ein gutes Verkaufsargument; schon möglich, dass in Zukunft neben der Reichweite auch die Tank- beziehungsweise Ladezeit eines werden. Und letztere wird durch gutes Thermomanagement direkt beeinflusst.

Der gleichlautende Kommentar ist erschienen in der ATZ 3-2017.

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Quelle:
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