2023 war ein unvergessliches Jahr mit Temperaturen auf der ganzen Welt – laut der NASA war 2023 das wärmste Jahr seit Beginn der Wetteraufzeichnungen.
Wie jeder Smartphone-Besitzer weiß, wirkt sich die Umgebungstemperatur auf die Akkuleistung aus (was auch der Grund für Temperaturwarnungen auf dem Display ist). Welchen Einfluss hat dementsprechend die Umgebungstemperatur auf EV-Batterien? Und wie wirken sich niedrige und hohe Temperaturen auf deine EV-Reichweite aus?
Legen wir los …
Lithium-Ionen-Batterien (kurz: Li-Ion-Batterien) sind das Kraftpaket für die meisten Elektrofahrzeuge. Ohne sie wäre es nicht möglich, Energie im Elektrofahrzeug zu speichern.
Eine Lithium-Ionen-Batteriezelle verfügt über zwei Arten von Elektroden: Anode und Kathode. Aufgrund ihrer bemerkenswerten Fähigkeit zur Speicherung von Lithium-Ionen (Energie) sind Anoden und Kathoden der Hauptgrund für den Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen.
Wesentlich für Lithium-Ionen-Batteriezellen ist ihr optimaler Temperaturbereich zwischen 15 und 45 Grad Celsius. Wie wird dieser überwacht und was geschieht, wenn die Temperaturen einen Wert außerhalb dieser Parameter erreichen?
Das strategisch angeordnete interne Wärmemanagementsystem (Internal Thermal Management System, ITMS) des Elektrofahrzeugs überwacht den Batteriezustand, um so die verbleibende Reichweite (Kilometerzahl) und Lebensdauer zu ermitteln. Vor allem reguliert es aber auch die Temperatur der Batterie und gewährleistet damit den sicheren und effizienten Betrieb.
Sowohl externe als auch interne Faktoren können sich auf die Batterietemperatur auswirken. Beim Laden der Batterie wird beispielsweise viel Wärme erzeugt (insbesondere bei der Verwendung der Schnell- und Ultraschnellladefunktion), wodurch die Batterie Schaden nehmen kann, wenn der Vorgang nicht überwacht wird. Sobald das ITMS eine hohe Temperatur erkennt, setzt das Elektrofahrzeug Kältemittel frei, um die Batterietemperatur herabzusetzen. Wird ein Elektrofahrzeug zum ersten Mal per Schnellladefunktion geladen, setzt es nach und nach Kältemittel frei, damit die Batterie ihre Temperaturgrenze nicht erreicht. Falls das Kältemittel nicht den gewünschten Erfolg bringt, verringert das Elektrofahrzeug seine Ladeleistung, um die Batterie zu schützen, auch wenn dies eine längere Ladezeit mit sich bringt.
Was passiert nun also, wenn die Temperaturen unter 15 °C fallen?
Basierend auf der Kinetik im Inneren der Batteriezelle wird die chemische Reaktion durch niedrigere Temperaturen verlangsamt.
Was bedeutet das in der Praxis? Die Reichweite wird um 10 bis 15 % herabgesetzt.
Somit verfügt beispielsweise der Tesla Model Y über eine Reichweite zwischen 475 Kilometern (im Sommer) und 345 Kilometern (im Winter), während der Smart EQ zwischen 95 Kilometern (im Sommer) und 70 Kilometern (im Winter) erreichen kann.
Du möchtest mehr wissen? Kein Problem. Das sagen unsere Freunde von Recurrent dazu:
„... Batterieanoden bestehen aus Materialien wie Graphit mit gitterähnlichen Strukturen. Das ist von großer Bedeutung, da die Lithium-Ionen beim Laden einer Batterie von der Kathode in die Anode wandern und in dieser gitterähnlichen Struktur gespeichert werden. Dieser Vorgang wird als ‚Interkalation‘ bezeichnet. Es ist Kraft (in diesem Fall Strom) erforderlich, um die Ionen in die Anode zu drücken und im Gitter einzulagern. Erfolgt dieser Prozess bei niedrigen Umgebungstemperaturen, gelangen die Ionen langsamer in die Anode, und bei der Bildung von Lithium an der Außenseite kann sich eine metallische Schicht bilden. Einige dieser Ionen gelangen mit der Zeit allmählich in die Anode, einige verbleiben jedoch in der Außenschicht, wodurch die Kapazität dauerhaft verringert und der interne Batteriewiderstand erhöht werden.“
Ähnlich wie bei Temperaturen über 45 °C gilt: Wenn die Umgebungstemperatur einer Elektrofahrzeug-Batterie unter 15 °C fällt, greift das ITMS ein und wärmt die Batterie langsam auf. Doch warum ist es nicht ratsam, die Batterie schneller aufzuwärmen?
Durch das Beschleunigen der chemischen Reaktion für einen kürzeren Ladevorgang kann das Lithium Dendriten bilden, wodurch wiederum ein Kurzschluss in der Zelle verursacht werden kann. Aus diesem Grund wärmt das ITMS die Batterie allmählich auf.
Leider haben niedrigere Temperaturen einen Einfluss auf die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien, doch mit ein paar Tricks kannst du die Reichweite und Effizienz deines Elektrofahrzeugs verbessern.
Wenn du möchtest, dass dein Elektrofahrzeug im Winter (wie auch im Sommer) Höchstleistungen erbringt, sorgst du am besten für die richtige Temperatur beim Laden. Außerdem solltest du während der Fahrt keine unnötige Batterieleistung verbrauchen.
In Anlehnung an den vorherigen Punkt solltest du wissen, dass es viel Energie benötigt, um dein gesamtes Fahrzeug zu heizen – insbesondere, wenn du allein unterwegs bist. Was wir dir empfehlen? Versuche es doch mal mit der Sitz- und Lenkradheizung anstelle der großen Gebläse.
Die meisten Elektrofahrzeuge verfügen über einen Eco-Modus – und den solltest du verwenden! Der Eco-Modus passt die Klimaeinstellungen automatisch an, um so die Reichweite des Elektrofahrzeugs optimal zu nutzen.
Wenn du das Glück hast, eine Garage oder einen Tiefgaragenstellplatz zu besitzen, dann nutze das! Auch wenn es dort nicht immer unbedingt warm ist, macht es doch einen Unterschied für die Batteriekapazität im Winter.
Kalte Batterien benötigen mehr Zeit zum Laden als warme Batterien, das ist Fakt. Versuche doch mal, dein Fahrzeug bei warm gelaufener Batterie (d. h. direkt nach dem Fahren) zu laden – das ist effizienter.
Tu der Batterie deines Elektrofahrzeugs das ganze Jahr über etwas Gutes, indem du sie immer nur auf 85 % lädst. Die letzten 10 bis 15 % dauern am längsten und verbrauchen deutlich mehr Energie. Indem du das ganze Jahr über auf die Batterie deines Elektrofahrzeugs achtest, kannst du das Risiko eines unnötigen Energieverbrauchs im Winter verringern.
Das sind z. B. starke Beschleunigung, schwere Zuladung oder Alter der Batterie. Weitere Informationen zu diesen Faktoren (und mehr) findest du in unserem Blog: Das Elektrofahrzeug-Toolkit – Was du vor dem Kauf wissen solltest.
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