University of California: Schnell-Ladung schädigt Batterien von E-Autos

Ingenieure der University of California (UC), Riverside, gaben in einer aktuellen Studie zu verstehen, dass kommerzielle Schnellladestationen E-Autobatterien hohen Temperaturen und einem hohen Widerstand aussetzen, die dazu führen können, dass sie brechen, auslaufen und ihre Speicherkapazität verlieren. Um diesem Fall vorzubeugen, haben die Forscher eine Methode entwickelt, bei denen mit niedrigen Temperaturen geladen werden kann, ohne, dass die Batterie Schäden nimmt.

Neuer Algorithmus führt zu besserer Akku-Lebenszeit

Mihri Ozkan, ein Professor für Elektro- und Computertechnik und Cengiz Ozkan, ein Professor für Maschinenbau am Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, haben jeweils einen Satz entladener zylindrischer Panasonic NCR 18650B Lithium-Ionen-Batterien (Tesla) verwendet und diesen mit einer Industriellen Schnellladung, als auch der eigens entwickelten UC Riverside Battery Team-Lademethode geladen. Die Ergebnisse könnten unterschiedlicher nicht ausfallen.

Zu erwähnen ist hierbei, dass die eigens entwickelte Lademethode auf einen Algorithmus setzt, welcher in Abhängigkeit der Grundlage des Innenwiderstands der Batterie den Ladevorgang beeinflusst, da dieser den Elektronenfluss stören kann. Der Innenwiderstand einer Batterie schwankt je nach Temperatur, Ladezustand, Batteriealter und anderen Faktoren. Ein hoher Innenwiderstand kann Probleme beim Laden verursachen. Das System der UC lernt von der Batterie, indem es den Innenwiderstand der Batterie während des Ladevorgangs überprüft. Dabei wird der Ladevorgang in eine Ruhephase versetzt, wenn der Innenwiderstand eine festgelegte Grenze überschreitet, um den Verlust von Ladekapazität zu eliminieren.

Während der ersten 13 Ladezyklen blieben die Speicherkapazitäten der Batterien für beide Ladetechniken ähnlich. Danach jedoch führte die Schnellladetechnik der Industrie dazu, dass die Kapazität viel schneller abbaute. Nach 40 Ladezyklen behielten die Batterien nur noch 60% ihrer Speicherkapazität. Batterien, die mit der UC-Lademethode geladen wurden, behielten nach dem 40. Zyklus mehr als 80% ihrer Kapazität. Ausgehend davon, dass Batterien mit 80 Prozent Restkapazität nicht mehr für E-Autos zum Einsatz kommen, kann man von einem Ende der Lebensdauer ausgehen.

44 Prozent längere Lebenszeit als Industrie-Schnellladung

Dies als Maßstab lässt erkennen, dass die Schnell-Lademethode der Industrie den Punkt bereits nach 25 Ladezyklen erreicht, während die Batterie, welche mit der UC Riverside Battery Team-Lademethode geladen wurde erst nach 36 Ladezyklen an diesem Punkt angelangt ist. „Die industrielle Schnellladung wirkt sich aufgrund des erhöhten Innenwiderstands der Batterien negativ auf die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien aus, was wiederum zur Wärmeentwicklung führt“, sagte Doktorand und Mitautor Tanner Zerrin.

„Kapazitätsverlust, interne chemische und mechanische Beschädigungen und die hohe Hitze für jede Batterie sind große Sicherheitsbedenken, besonders wenn man bedenkt, dass es 7.104 Lithium-Ionen-Batterien in einem Tesla-Model S und 4.416 in einem Tesla-Model 3 gibt“, so Mihri Ozkan zu den Ergebnissen der Studie. Die Aufladung mit internem Widerstand führte zu viel niedrigeren Temperaturen und keinen Schäden an der Batterie. „Unser alternativer adaptiver Schnelllade-Algorithmus reduzierte den Kapazitätsschwund und beseitigte Brüche und Veränderungen in der Zusammensetzung der kommerziellen Batteriezellen“, sagte Cengiz Ozkan.

Quelle: Chemie.de – Schnell-Ladung schädigt Batterien von Elektroautos