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Das Bierglasmodell
von Marcus Zacher
Ich bin Ingenieur in der Batterieentwicklung für Elektrofahrzeuge und betreibe seit anderthalb Jahren den Blog Generation Strom, der sich mit Themen rund um die Elektromobilität befasst.
Die elektrochemische Zelle ist der wichtigste Bestandteil einer Batterie für Elektrofahrzeug. Doch wie funktionert so eine Zelle eigentlich und welchen Einfluss hat dies auf die Batterie? Mit Hilfe des „Bierglasmodells“ möchte ich die Funktionsweise veranschaulichen.
Die Zukunft der (Auto-)Mobilität ist elektrisch. Egal ob Hybrid, Plug-In-Hybrid, Elektroauto oder Brennstoffzellenfahrzeug – alle Fahrzeuge benötigen einen Energiespeicher, der die notwendige elektrische Energie speichert. Dabei haben Hybride und Elektrofahrzeuge völlig unterschiedliche Anforderungen an diesen Energiespeicher, welcher (fast) immer aus einem elektrochemischen Speicher besteht. Die wichtigsten Elemente dieser Energiespeicher sind dabei die elektrochemischen Zellen – die kleinsten Einheiten einer Batterie. Diese bedingen wesentliche Eigenschaften der Batterie und damit auch des (teil-)elektrifizierten Fahrzeugs: Leistung, Reichweite, Gewicht, Preis – um nur einige Punkte zu nennen. Aber wie funktioniert so eine Zelle eigentlich?
Um die Funktionsweise einer Zelle zu verdeutlichen, möchte ich euch anhand des Bierglasmodells die wichtigsten Eigenschaften erläutern.
Die Maß ist voll!
Fangen wir zunächst mit einem einfachen Wert an: dem Ladezustand. Der Ladezustand – oder State of Charge (kurz: SOC) – ist sowohl für Elektroautos- als auch für Smartphone-Nutzer eines der meistbeachteten Werte. Er zeigt an, welche Restmenge an elektrischer Ladung sich noch in der Batterie bzw. der Zelle befindet.
Analog dazu ist die Füllmenge eines Bierglases zu betrachten. Ist das Glas voll, spricht man üblicherweise von einem SOC von 100%. Ist das Glas leer, sind es entsprechend 0%. Dazwischen kann der SOC linear interpoliert werden.
Der Ladezustand zeigt also an, wie voll oder leer die Zelle ist. Um den Ladezustand einer Zelle festzustellen, muss ich die Spannung der Zelle ermitteln, da Ladezustand und Spannung der Zelle direkt zusammenhängen. Man stelle sich dazu die Füllhöhe eines Bierglases vor. Dieser Zusammenhang ist normalerweise – wie bei einem konisch geformten Bierglas – nicht linear. Um den Zusammenhang aus Spannung (= Füllstandshöhe) und Ladezustand (= Restmenge im Bierglas) zu linearisieren, muss ich die Füllstandshöhe auf den relativen Wert des Ladezustands übertragen: Man spricht von der SOC-OCV-Kennlinie.
Die unbelastete Spannung einer Zelle wird OCV genannt: Open Circuit Voltage. Dies bedeutet in der Sprache des Bierglasmodells, dass ich diese Spannung ermittle, wenn nicht aus dem Bierglas getrunken wird, da ich sonst keinen verlässlichen Messwert erhalte. Für die Zelle bedeutet dies, dass ich im Moment der Messung der Zelle keinen Strom entnehme.
Und noch einen wichtigen Zusammenhang gibt es: Die Spannung einer Zelle darf nie 0V werden, da die Zelle sonst irreparabel defekt wäre. Lithium-Ionen-Zellen werden üblicherweise in einem Spannungsbereich von ca. 3,0 Volt (SOC = 0%) bis 4,2 Volt (SOC = 100%) betrieben. Dies ist auch der Bereich, auf den sich die weiteren Kennwerte der Zelle beziehen.
Im Bierglasmodell würde das heißen, dass ich ein Bierglas mit 0,5 Litern Fassungsvermögen eigentlich nur im Bereich zwischen 0,3 und 0,5 Liter betreiben würde. Über die 0,5 Liter hinaus darf ich das Bierglas auch nicht befüllen, da es sonst Überladen wäre In diesem Bereich würde ich eine Zelle ebenfalls schädigen.
Zum besseren Verständnis, und weil es auch der üblichen vorgehensweise entspricht, definieren wir für den weiteren Beitrag das leere Bierglas mit dem SOC von 0% und das volle Bierglas mit dem SOC von 100%.
Merke:
- State of Charge (SOC): Status der Biermenge im Glas (linearer Zusammenhang zur verbleibenden Biermenge)
- Open Circuit Voltage (OCV): Füllstandshöhe im Bierglas (nicht-linearer Zusammenhang zur verbleibenden Restmenge)
Maß oder Kölsch?
Die vielleicht wichtigste Kennziffer einer Zelle betrifft die Kapazität, welche für gewöhnlich in der Einheit Amperestunden [Ah] angegeben wird. Diese beschreibt, wie viele elektrische Ladungen eine Zelle enthält und ich der Zelle entnehmen kann, um damit bspw. einen Motor anzutreiben. Nehmen wir einmal an, unsere Zelle würde über 50 Ah verfügen. Dann könnte ich dieser Zelle eine Stunde lang fünfzig Ampere (das entspricht der Ladungsmenge) entnehmen (50Ah / 50A = 1h). Würde ich 100A der Zelle entnehmen, so wäre diese nach 30 Minuten leer (50Ah / 100A = 0,5 h = 30 Minuten).
Die Kapazität der Zelle ist somit auch gleichzeitig ein Maß (jetzt ist nicht das Bierglas gemeint 😉 ) für die gespeicherte elektrische Energie. Je höher die Kapazität, desto größer ist auch die gespeicherte elektrische Energie, welche in der Sprache von Batterieentwicklern Energieinhalt genannt wird. Der Energieinhalt wird in Wattstunden (Wh) ausgedrückt und errechnet sich aus der Multiplikation der Kapazität mit der mittleren OCV-Spannung. Im Bierglasmodell wäre dies also ungefähr die Füllhöhe, die sich einstellt, wenn das Glas noch halb voll ist. Diese mittlere OCV-Spannung wird Nennspannung genannt und sehr häufig neben der Kapazität der Zelle angegeben. Eine Lithium-Ionen-Zelle weist hier üblicherweise Spannungen zwischen 3,6 und 3,7 Volt auf.
Als Analogon aus unserem Bierglasmodell möchte sich der geneigte Leser – Sie ahnen es – eine Maß und ein Kölschglas vorstellen. Das Volumen kann dabei als die Kapazität aufgefasst werden – also die maximale Menge an Ladungen, die ich in diesem Glas – bzw. der Zelle – speichern kann:
Die Maß entspricht dabei eher einer großen Zelle für ein Elektrofahrzeug, welches hohe Mengen an Ladungen speichern muss. Das Kölschglas kann man mit einer kleinen Zelle für ein Hybridfahrzeug gleichgesetzt werden.
Gemütlichkeit oder schneller Durstlöscher?
Damit kommen wir zu einer weiteren wichtigen Eigenschaft einer Zelle – der Leistung. Diese wird in Watt [W] angegeben. Die Leistung lässt sich wunderbar an einem Maß- und Kölschglas verdeutlichen. Wie bereits erwähnt, verfügen Hybridfahrzeuge eher über kleine Zellen, die über eine vergleichsweise geringe Kapazität verfügen. Im Gegenzug können diese Zellen aber sehr schnell ihre Energie abgeben oder eben wieder aufgefüllt werden.
Man stelle sich folgendes, zugegeben etwas stereotypisches Bild vor: Der gemütliche Bayer in seinem Bierzelt und seinem Maßkrug in der Hand hat dieses sicherlich nicht so schnell geleert wie fünf Kumpel, die nach einer langen Schicht mit verdorrten Kehlen aus der Grube kommen und ruck-zuck fünf Kölsch inhaliert haben. Beide Male wurde die gleiche Kapazität (= die gleiche Ladungsmenge) getrunken.
Ein Kölschglas ist nun mal schneller geleert und wieder gefüllt als eine Maß, allerdings muss hierfür ein höherer Aufwand betrieben werden. Um auf die gleiche Kapazität zu kommen, muss ich fünf Kölschgläser (= 5 Leistungszellen) parallel befüllen und habe damit auf dem Tablett (= Batterie) sicherlich mehr Platz verbraucht, als mit einem Maßkrug (= 1 Energiezelle). Das bedeutet: Leistungszellen sind zwar kleiner und schneller gefüllt bzw. geleert als Energiezellen, aber ich muss dafür mehr Aufwand betreiben und benötige mehr Platz und Gewicht. Daher ist es bei der Auslegung sehr wichtig zu wissen, was das Ziel ist: Entweder möchte ich schnell kleine Mengen an Strom speichern und wieder abgeben – wie bspw. bei einem Hybridfahrzeug – dann nehme ich Leistungszellen (Kölschglas). Möchte ich aber über einen langen Zeitraum kontinuierlich der Zelle Energie entnehmen – wie eben in einem Elektrofahrzeug – dann verbaue ich Energiezellen (Maßkrug). Liegen die gewünschten Eigenschaften irgendwo dazwischen, wie bspw. bei einem Plug-In-Hybrid, dann nehme ich entsprechend eine Zwischenlösung – z.B. ein klassisches 0,33er oder 0,5er Bierglas.
Druckbetankung
Vor allem für Elektroautos spielt die Schnellladefähigkeit eine zentrale Rolle. Von einer Schnellladung spricht man normalerweise im Zusammenhang mit einer Gleichstromladung mit hohen Leistungen, die derzeit vor allem durch die Tesla Supercharger bekannt ist.
Häufig wird dabei in Datenblättern die Ladezeit von 0 bis 80% SOC angegeben – aber warum eigentlich nur bis 80% und nicht bis 100%? Dies liegt am Innenwiderstand einer Zelle. Jede Zelle weist einen Innenwiderstand auf, der zwar sehr niedrig ist, aber in Kombination mit einem hohen Strom dennoch entscheidende Auswirkungen auf die Nutzbarkeit der Zelle hat.
Dazu kurz zur Theorie: Eine ideale Zelle würde einen Innenwiderstand von 0 Ohm aufweisen. Da wir aber nicht in einer idealen Welt leben, beträgt dieser einige Milliohm – also tausendstel Ohm. Das ist immer noch sehr niedrig.
Bei einem typischen Schnellladevorgang wird zunächst versucht die maximale Menge an Strom, die meine Ladesäule hergibt bzw. meine Batterie aufnehmen kann, in die Batterie zu laden. Das Laden mit einem konstanten Strom wird dabei als Constant-Current-Laden (kurz: CC-Laden) bezeichnet.
Nun benötigen wir das Ohmsche Gesetz: Beim Laden mit hohen Leistungen und somit hohen Strömen (Formelzeichen: I_Lade), fällt über den Innenwiderstand (R_i) eine Spannung (U_Ri) ab, was sich in folgender Formel ausdrückt: U_Ri = I_Lade * R_i. Dieser U_Ri addiert sich dabei zu meiner OCV-Spannung U_OCV meiner Zelle. Wie wir bereits festgestellt haben, steigt meine OCV-Spannung aber mit steigendem Ladezustand an. Das wäre alles nicht so schlimm, wenn nicht irgendwann durch die Summe von U_OCV und U_Ri eine so hohe Spannung erreicht würde, dass meine Zelle nachhaltig beschädigt oder sogar zerstört werden könnte. Da ich am Innenwiderstand nicht viel drehen kann (der ist nunmal einfach da), kann ich nur den Ladestrom verringern, wodurch sich wiederum U_Ri reduziert und somit auch meine Gesamtspannung aus U_OCV und U_Ri.
Dieses Justieren der maximalen Spannung wird übrigens Constant-Voltage-Laden genannt (kurz: CV-Laden). Die Kombination aus CC- und CV-Laden heißt demnach folgerichtig CC-CV-Laden.
Nun zu der Bierglasanalogie: Jeder Biertrinker weiß, wie er ein Weizenbier einzuschenken hat. Zunächst kann ich eine relativ große Menge aus der Weizenflasche in mein Glas gießen (CC-Laden). Der Füllstand (OCV) steigt schnell an, allerdings bildet sich auch sofort Schaum (Spannungsabfall über den Innenwiderstand U_Ri). Irgendwann steigt der Schaum der Bierkrone immer weiter nach oben, bis er den Bierglasrand erreicht (meine maximale Zellenspannung). Nun muss der Weizenbiertrinker den Ladestrom reduzieren und so langsam das Weizen nachfüllen, dass kein Bier aus dem Glas schwappt. Dies ist der Wechselpunkt vom CC- zum CV-Laden. Immer langsamer wird das Bier also ins Bierglas gegossen, bis es nur noch tröpfchenweise eingefüllt werden kann.
Nun bemerkt man schnell die Krux an der Sache: Das letzte Quentchen Bier in das Glas zu füllen hat fast soviel, wenn nicht sogar noch mehr Zeit gekostet, als die ersten 80% des Bieres. Aus genau diesem Grund wird die Schnellladung immer von 0 bis 80% angegeben, da dies der Bereich ist, in dem ich das Bierglas schnell befüllen kann. Wenn die Zeit knapp ist, lohnt es sich nicht mehr ewig auf die letzten 20% zu warten, weshalb man besser weiter trinkt (oder fährt), um dann bei einem nächsten Ladevorgang wieder die ersten, schnell nachladbaren 80% auszunutzen.
Wenn ihr euch also mal wieder fragen solltet, wie eine Zelle funktioniert, dann macht euch doch einfach eine Flasche Bier auf versucht die hier dargestellten Beispiele nachzubilden. Aber nicht vergessen: Don’t drink and drive!
Danksagung: Vielen Dank an Dominik für die Inspiration und an Kristin und Mario für die Unterstützung bei der Bier-Foto-Session.
Ein sehr schöner Artikel mit anschaulicher und interessanter Darstellung der Zusammenhänge.
Wunderbar anschaulich.
Mein Kompliment! Ich denke, besser kann es nicht gemacht werden. Fixplatz auf meiner Favoritenliste. Danke!
Sehr schöner Artikel. Auf die Idee CC- und CV-Laden mit dem Schaum beim Einschütten zu vergleichen war ich noch nicht gekommen, aber das gefällt mir. 🙂
Persönlich gefällt mir auch der kurze, prägnante Titel gut. Viele Wettbewerbsbeiträge haben (imho) zu lange und ausführliche Überschriften.
Ein Tipp noch: Formeln mit TeX (oder womit auch immer) zu rendern und dann als Bild einzufügen macht sie deutlich schöner zu lesen.
gut erklärt, und ohne ein buntes kabelgewirr oder eine lötstelle zu zeigen, hast du eine bierernste alternative aufgezeigt. gut so
die kleine frage am rande: warum kann man dann mit anderen tankstellen nicht so schnell laden, nur weil es wechselstrom ist? oder nur eine phase anliegt?
oder wäre so ein gleichrichter zu gross im auto, und würde dann zu heiss? wenn gleichstrom vorteile bietet, werum dann überhaupt andere tankstellen ??
man, jetzt dreht sich der e-gedanke aber im kopf …. ohne ein schluck bier.
Toller Artikel, schön erklärt, volle Punktzahl.
Wie sieht’s eigentlich mit der Lebensdauer von Akkus in Elektrofahrzeugen aus? In sämtlichen Handys, Kameras etc. die ich je benutzt habe, sank die verfügbare Kapazität innerhalb von zwei Jahren beträchtlich. Kann das beim Laden von Fahrzeug-Akkus vermieden werden? Oder mit wieviel Prozent Reichweiteneinbuße muss man so nach 5 bis 10 Jahren Betriebsdauer rechnen?
@Mars
Wenn sich ein Auto mit Wechselstrom laden lässt, dann muss auch ein Gleichrichter eingebaut sein. Reiner Wechselstrom direkt am Akku würde diesen gleichermaßen auf- und entladen und im Endeffekt nur Wärme produzieren. Lädt man nur an einer Phase, dann kann man maximal 16A nehmen (bei typischen Haushaltsanschlüssen, das kann aber auch mal abweichen). So dauert das Laden dann halt länger.
Eine Tankstelle die einfach nur einen Netzanschluss ohne Gleichrichtung bietet ist natürlich günstiger im Aufbau, weil weniger Elektronik benötigt wird.
Gut geschrieben, klasse Fotos! Hat mir gefallen.
@Tobias
direkt mit wechselstrom zu laden geht nicht, das ist klar. den rest hab ich mir so gedacht.
wenn man aber rechnet, dass dann in jedem auto (=bewegte masse) ein gleichrichter reinmuss, ist das ja nicht gerade effektiv.
bei evt mal 10 tsd ladesäulen im gegenzug zu 1 Mio fahrzeugen wäre das wohl leichter zu bewerkstelligen … und vernünftiger!
Sehr schön auf den Punkt gebracht und beweist wieder einmal die Richtigkeit des alten Mundlspruchs: „Mei Bier is net deppat.“
@Mars
Man kann halt Vorwissen nicht so gut erkennen, daher erklär ich dann meist lieber etwas zuviel. Also nichts für ungut. 🙂
Ich würde mal schätzen (in der Leistungselektronik bin ich nicht so drin), dass der Gleichrichter gar nicht so schwer ist. Zur Laderegelung werden sowieso Strom-/Spannungswandler benötigt, die dürften deutlich mehr Wärme produzieren und damit größere und schwerere Kühler brauchen als ein Gleichrichter.
@Marcus Zacher
Ein sehr guter Artikel. Ich habe ihn mit Interesse gelesen und etwas gelernt. Das größtmögliche Lob.
@Florian Freistetter
Der Wettbewerb wird meiner Meinung nach im Moment Opfer seines eigenen Erfolges. Mann erkennt oben den Profi bzw. den erfahrenen Blogger. Für mich entwickelt sich der Wettbewerb zu sehr in eine Richtung, wo sich zwei Gruppen herauskristalisieren, die Autoren mit Blogerfahrung und die ohne. Mit so einem Beitrag wie dem obigen kann kein Anfänger der sich ausprobieren möchte mithalten. Die Gruppe der Profis hat durch ihre Erfahrung den Amateuren gegenüber einen gefühlten unfairen Vorteil. Vielleicht sollte man zukünftig zwei Klassen ausschreiben, Amateure und Profis. Ja, da gibt es bestimmt Probleme und Unschärfen bei der Abgrenzung. Es würde aber den Wettbewerb als solches fairer gestalten. Nur mal so als Anregung für zukünftige Wettbewerbe, die hoffentlich stattfinden. Mir ist klar wie viel Arbeit für dich in dem Wettbewerb steckt und mein Vorschlag diese noch zusätzlich erhöhen würde.
@Mitdenker: „Ja, da gibt es bestimmt Probleme und Unschärfen bei der Abgrenzung. „
Da gibt es nicht nur „Probleme“. Das ist unmöglich umzusetzen. Wie willst du das definieren? Wie willst du das überprüfen? Und man darf nicht vergessen: Irgendwo ist der Punkt erreicht wo ich das alles nicht mehr alleine organisieren kann. Das ist jetzt alles schon sehr aufwendig; mit mehreren Kategorien würde es gar nicht mehr gehen.
Ich bin mir auch nicht sicher ob deine Einschätzung wirklich so zutrifft. Nimm die Beiträge von Alderamin: Die landen regelmäßig ganz oben – obwohl er kein „Profi“-Blogger ist. Genau so gibt es Beiträge von Bloggern die weiter unten landen. Wie gesagt: Die Trennung die du siehst existiert nicht.
Schöner Artikel. Und kann bei jedem Bierchen das man sich einschenkt wieder abgerufen werden..; )
@Marcus – Sorry ….
ich glaub das thema hatten wir in ähnlicher weise beim letzten mal auch so (oder wars das weihnachtsrätsel ..??)
ist auch egal, als nicht-profi, der aber das alles gerne liest, ist mir das erst mal egal.
denn ich unterscheide nicht nur nach faktisch korrektem inhalt, sondern gehe auch danach was mir bleibt, was mich fragen lässt, was ich lustig oder weniger gut fand
… und ich finde sogar gefallen an den meisten kommentaren, die das bild oft noch abrunden.
da schau ich nicht erst, ob das ein profi oder amateur oder ein 14-jähriges mädchen geschrieben hat, das kommt aber mit einem anteil auch in die wertung.
ich denke das abwägen muss da sowieso jeder selber finden, ich fände es sogar schade, das vorher zu trennen, denn ich könnte mir vorstellen, dass dann manchen zwar noch genauer, damit aber komplizierter, für den nicht-profi dann unverständlicher wird.
dann müssten auch die leser in den kategorien unterschieden werden
oder man vergibt handycaps – wo soll das enden.
Da mein Urteil eh 100% subjektiv ausfallen wird, würde es für mich absolut keinen Unterschied machen. Ganz im Gegenteil , müsste ich ja dann unterschiedliche Bewärtungsmasstäbe festlegen. Ich finds gut so wie es ist.
Sehr schöner Artikel! Um wenigstens eine Kleinigkeit zum Meckern zu haben: „Maß“ und „Kölsch“ werden nirgends definiert, sondern es wird vorausgesetzt, dass man weiß, wieviel das ist. Dass eine Maß ein Liter ist, war mir bekannt; aus dem Artikel kann ich indirekt entnehmen, dass ein Kölschglas 0,2 l fasst. Das ist häufig so, wenn man etwas durch Vergleiche mit Alltäglichem anschaulich machen will: man sollte sich nicht darauf verlassen, dass das Alltägliche wirklich für alle alltäglich ist – wer kein Bier trinkt oder noch nie in Köln oder Bayern war, hat hier vielleicht Wissenslücken. Manche amerikanische Autoren bringen seitenweise Baseball-Vergleiche, zum Beispiel Stephen Jay Gould in „Full House“, was Richard Dawkins in seiner Buchbesprechung folgendermaßen kommentiert hat:
@Lercherl
Eigentlich ist „Kölsch“, kurz für kölnisch, das Getränk (wenn’s nicht die Sprache oder das Adjektiv ist), das in als „Stangen“ bezeichneten Gläsern mit einfacher Zylinderform gereicht wird. Die üblichen Kölschstangen haben 0,2 l, es gibt aber auch (gelegentlich) 0,3 l und (selten) 0,4 l Stangen.
@ Florian Freistetter
Bei den meisten Punkten bin ich bei dir. Ich habe, wie zuvor bereits angedeutet, eine ungefähre Ahnung wie viel Arbeit in dem Wettbewerb steckt. Für deinen diesbezüglichen Einsatz bin ich dir sehr dankbar! Ich freue mich immer sehr über den Wettbewerb.
Wie du selbst schon geschrieben hast, der Wettbewerb kommt langsam an Grenzen wo man ihn der gewohnten Form kaum noch organisatorisch bewältigen kann oder wie ich schrieb, „Der Wettbewerb wird meiner Meinung nach im Moment Opfer seines eigenen Erfolges“.
Es ist dein Wettbewerb, den darfst du organisieren wie du alleine es für richtig hältst. Mein Vorschlag war als Denkanstoß für eine mögliche Verbesserung gedacht. Deinen Einwand hatte ich ja teilweise vorausgesehen. Die perfekte Lösung habe ich natürlich auch nicht. Aber so ist das nun mal mit den Denkanstösen. Sie sollen anstoßen . 😉
Grundsätzlich könnte ich mir vorstellen, dass durchaus Personen bereit währen dich zu unterstützen, solltest du den Wettbewerb etwas größer aufziehen bzw. auf einen neue Ebne bringen wollen. Das ist aber wie gesagt, alleine deine Entscheidung.
Für mich macht es nun mal einen Unterschied ob jemand mit Blogerfahrung zu einem Thema was schreibt in dem er auch noch hauptberuflich tätigt ist oder wenn er ein 17 jähriger Schüler ist, der sich neu in ein Thema einarbeiten muss. Es gibt ja auch einen Grund warum im Sport der Fairness halber meist in unterschiedlichen Klassen (Nach Alter, Gewicht, etc.) gekämpft wird.
Egal wie, genug genölt. Offensichtlich vertrete ich da eine Mindermeinung. Damit kann ich leben.
Dir noch mal vielen Dank für den Wettbewerb und Markus drücke ich die Daumen für die Abstimmung. Eine Stimme von mir wird er sicherlich bekommen.
@2xhinschauen
Siehste hier gehts um Bier. Ein ganz klarer Vorteil. ;))
Schöner Beitrag. Allerdings hatte ich nach der Einleitung Doch wie funktionert so eine Zelle eigentlich erwartet, etwas aus dem Bereich Chemie zu lesen. Macht nichts, vielleicht gibt es ja mal eine Fortsetzung. Das „Bierglasmodell“ hast du dir wirklich gut ausgedacht.
ist unter WordPress (und diversen anderen Blogsystemen (zumindest via codecogs)) völlig unnötig, Tobias, das geht auch direkt.
Irgendwie habe ich jetzt ziemlichen Durst…
Den schönen Artikel hab ich mir extra für den Abend aufgehoben. Die Bierbildchen waren zu animierend^^
Oha, KoinzidenzTag, rolak^^
@rolak
Wusste ich noch nicht, aber umso besser. Florian hatte mir nur letztes Jahr empfohlen, Formeln vorgerendert mitzusenden, darauf basierte jetzt mein Tipp.
Erst einmal vielen Dank an alle Leser für das Lob. Es freut mich sehr, wenn es Spaß gemacht hat, den Artikel zu lesen.
Zu euren Anmerkungen und Fragen:
@Tobias und @rolak: Vielen Dank für den Hinweis, den werde ich bei weiteren Formeln gerne berücksichtigen 🙂
@Mars: Das ganze Thema „Laden“ ist leider ziemlich komplex und mindestens einen eigenen Blockbeitrag wert, den ich auch schon geplant habe zu schreiben. Aber um deine Frage zu beantworten:
Unser Stromnetz führt bekanntlich Dreh- bzw. Wechselstrom, welches in jedem Falle für die Batterie in Gleichstrom gleichgerichtet werden muss. Dazu verfügen derzeit alle Fahrzeuge mit Stecker (PHEV, BEV) über einen On-Board-Lader (OBL), der genau dies tut (also AC in DC wandeln). Aufgrund von Bauraum, Kosten und Gewicht sind die OBLs in ihrer Leistung reduziert, weshalb die meisten Elektroautos nur über sehr kleine Lader verfügen (3,7kW bis 11kW). Wenige Ausnahmen haben einen 22kW-Lader, und die Renault Zoe sogar einen 43kW-Lader (wobei die Zoe ein Sonderfall ist, da hier über den Inverter der E-Maschine geladen wird). Aber grundsätzlich ist die Ladeleistung limitiert und mehr als 43kW werden wird hier nicht sehen. Jetzt liegt es nahe, den On-Board-Lader, den ich die meiste Zeit spazieren fahre und mir immer Gewicht, Geld und Bauraum kostet, nach außen zu verbannen. Hier habe ich keine Bauraum- und Gewichtsprobleme und die Kosten können sich mehrere Nutzer teilen (über die Ladekosten). Nun haben wir eine Gleichstrom-Ladesäule, die deutlich höheren Ladeleistungen ermöglich.t Bei Tesla sind dies bis zu 135kW, die geplante Schnellladeinfrastruktur in Deutschland soll sogar über 150kW und 350kW Ladeleistung verfügen. Das ist nur möglich, weil das gleichrichten eben außerhalb des Fahrzeugs stattfindet und ich hier viel aufwendigere und besser kühlbare Technik verbauen kann, die ich in einem Fahrzeug nie unterbringen könnte. So eine DC-Ladesäule kostet aber im Gegenzug schnell ein paar zehntausende Euro – weshalb es sinnvoll ist, diese Infrastruktur – ähnlich wie eine Zapfsäule – zu teilen.
Ich hoffe, ich konnte mit dieser Ergänzung das Thema etwas aufklären 😉
@Alderamin:
So gut wie jeder Hersteller gibt eine Garantie auf seine Batterie von 6 bis 10 Jahren. In dieser Zeit darf die Kapazität der Batterie nicht unter 75% bis 80% sinken – sonst würde die Batterie ausgetauscht. Allzu viel Felderfahrung gibt es leider bisher nicht, da die meisten E-Autos erst seit 3 bis 4 Jahren auf den Straßen unterwegs sind. Von Tesla gibt es jedoch Berichte, dass die 80% Restkapazität teilweise erst gemäß Prognosen nach über 300.000 km erreicht werden.
Bei Renault, Nissan und dem „alten“ smart ed kann die Batterie gemietet werden, d.h. man bekommt in jedem Fall bei einem Defekt oder Kapazitätsverlust eine neue Batterie spendiert – auch außerhalb der Garantie.
Die Batterie in Elektroautos halten grundsätzlich aber länger als in Consumer Produkten, da diese viel aufwendiger entwickelt und geprüft werden. Außerdem werden diese in einem kleineren SOC-Bereich betrieben, was die Haltbarkeit erhöht, und verfügen über ein aufwendiges Batteriemanagement und häufig über eine Kühlung/Heizung, welche die Zellen in ihrem idealen Temperaturbereich halten. Über solche Features verfügt ein Smartphone normalerweise nicht – wobei der Akku hier eben nach zwei Jahren auch kostengünstig ersetzt werden kann. 😉
danke erst mal für die – kleine – erweiterung
… mal unter uns Ingenieuren:
und wenn du in der entwicklung sitzt, hast du evt irgendwann ??? die möglichkeit das ladesystems ebenfalls zu beeinflussen / mitzuwirken
denn ich mache mir sorgen, wenn ich sehe, dass ein 2 tonnen SUV mit einer 60 kg Mutti für kind und einkauf durch die stadt fahren muss, das ganze irgendwann elektrisch gehen soll, und dann noch immer unnötiger balast herumgefahren wird, der woanders besser genutzt werden kann.
@Mars: Das liegt nur bedingt in meiner Macht, aber du kannst sicher sein, dass man immer versucht, das Optimum aus einem Fahrzeug herauszuholen 😉
@Marcus
nen, das sollte man denken, ist aber leider nicht so
weiß ich aus eigener erfahrung aus der automobilbranche, wo selbst optimales das nicht gewünscht wird, in der schublade verschwindet.
sonst dürften nur noch 5oo kg fahrzeuge mit 2-3 ltr verbrauch herumfahren – das wäre optimal.
Völig normal, Tobias, ich habs ja auch irgendwann erfahren bzw abgeguckt…
1A
Toller Artikel. Sehr gut erklärt.
Super Beitrag ! Sehr Informativ
Sehr gelungener Artikel!! Daumen hoch!!
Hier sieht man sehr gut die Kunst der einfachen Beschreibung des komplexen Sachverhalts!!
Jetzt habe ich Lust auf Kölsch!!^^
Hi Marcus,
endlich mal ne Erklärung die man versteht- auch wenn man nicht Biertrinker ist. Hoffen wir mal das die Biertresen (sprich Ladesäulen) so dicht stehen werden, das man immer nach 80% Füllung weiter fahren kann um Zeit zu sparen. Da ist noch viel zu tun. Auf weitere Beiträge von Dir.