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Schnelles Laden ermüdet die Batterie vorzeitig

Auf den ersten Blick erscheint das Schnellladen von Elektrofahrzeugen als ein idealer Weg, um die Reichweitenangst der Autofahrer zu beseitigen. Aber eine verkürzte Ladezeit und die Verfügbarkeit von Schnellladesäulen machen das Fahren mit Elektroautos nicht wirklich bequemer und attraktiver. Denn in Wahrheit sind die Schnelladesäulen mit ihren klobigen Steckern und schweren Ladekabeln nicht nur unkomfortabel in der Handhabung, sondern bergen durch den Starkstrom auch größere Gefahren für Mensch und Material.

Bei einer Schnellladung wird in einer kurzen Zeit mit hohen Stromdichten geladen, aber der Zeitvorteil gegenüber der Langsamladung wird auf Kosten einer nicht vollständig aufgeladenen Batterie und einer sehr hohen Beanspruchung des Energiespeichers realisiert. Vergleichsweise geringen Ladezeiten – meistens zwischen ca. 30 Minuten und 1 Stunde für 80% SOC - stehen eine um 20% verminderte Fahrstrommenge bzw. Reichweite und ein höherer Verschleiß gegenüber.Je schneller Zellen geladen werden, desto weniger Elektrizität und chemische Energie nehmen sie auf. Durch die hohen Stromstärken kommt es beim Laden zu steigenden Innenwiderständen in den Zellen und in deren Folge zu einer starken Wärmeentwicklung. Der erhöhte Widerstand beschleunigt wiederum die Erhitzung. Selbst mit großer Kühlleistung lässt sich diese Spirale von mehr Wärme und Widerstand nur für wenige Minuten dämpfen. Dann muss zwingend der Strom heruntergefahren werden. Dies geschieht über die Ladekennlinie in der Steuerung des Ladegerätes. Der Ladevorgang ist nur solange sicher wie Steuerung und verschiedene Notaus-Einrichtungen funktionieren (vgl. Abschlussbericht Kabelloses Laden, S. 127-129).

Die beim Starkstromladen entstehende thermische Energie löst die Entstehung von Dendriten aus, die irreversibel sind, weil sie die Poren der Elektroden verschließen und damit deren Funktionalität mindern. Bei Ladevorgängen, das heisst bei Wärmeentwicklung, lagert sich metallisches Lithium in Form poröser und nadelförmiger Metallabscheidungen an der negativen Elektrode an, die zu lokalen Kurzschlüssen in der Batterie bzw. bei zu hoher Temperatur zu explosionsartigen Reaktionen mit dem Elektrolyten führen können. Darüber hinaus verschlechtert die Schnellladung auch den Ladewirkungsgrad, das heisst das Verhältnis zwischen dem aus dem Netz entnommenen Strom und der anschließend tatsächlich in der Batterie vorhandenen Energie. Eine Schnellladung wird bei Erreichen eines Füllstandes von 80% SOC der Kapazität automatisch abgebrochen, um die Batterie vor der Gefahr einer Überhitzung zu schützen, was bedeutet, dass eine schnelle Vollladung auf 100% Kapazität überhaupt nicht möglich ist: Eine Schnellladung (20% SOC bis 80% SOC) stellt nur 60% der Kapazität einer Batterie zur Verfügung, wenn davon ausgegangen wird, dass moderne Batteriemagementsysteme die Entladung eines Fahrzeugspeichers auf unter 20% SOC von vorneherein aus Sicherheitsgründen verhindern.

Eine Schnellladung (20% SOC auf 80% SOC) und eine anschließende Langsamladung (80%SOC bis 100% SOC) erzielen gegenüber einer reinen Langsamladung (20% SOC bis 100% SOC) von Anfang an keinen überzeugenden Zeitvorteil. Die Ladung der letzten 20% SOC dauert schätzungsweise drei bis vier Mal länger als die der ersten 80% SOC, was den Vorsprung gegenüber dem Langsamladen minimiert. Auch vor diesem Hintergrund erscheint der irreversible thermische Stress, dem eine Batterie durch Schnellladung wiederholt ausgesetzt wird, nicht gerechtfertigt, es sei denn, Kosten (zum Beispiel in Form eines vorzeitig „“verendeten“ Akkus) spielen keine Rolle.