Elektrisch: Warum langsames Laden schneller ans Ziel führt?

Warum ermöglicht langsames Aufladen eines Elektroautos mehr gefahrene Kilometer als schnelles Aufladen? Eine Frage der Energieeffizienz.

Ob bei Elektrofahrzeugen (EV) oder Smartphones: die Ladegeschwindigkeit einer Batterie beeinflusst direkt, wie effizient Energie gespeichert und genutzt wird. Im Allgemeinen ermöglicht langsames Laden, die Reichweite zu optimieren und die Gesundheit der Batterie zu erhalten, während schnelles Laden, obwohl praktisch, zu Energieverlusten und vorzeitigem Verschleiß der Batterie führt. Doch über die reine Frage der Haltbarkeit hinaus gibt es einen subtilen, aber wichtigen Unterschied in der Energieeffizienz, der den Eindruck erwecken kann, dass die beim Schnellladen zugeführte Energie „weniger dicht“ oder weniger wirksam ist.

Wärmeverluste: ein entscheidender Faktor

Einer der Hauptfaktoren, der die Effizienz des Schnellladens beeinflusst, ist die entstehende Wärme. Ob bei einem Elektroauto oder einem Smartphone: Schnellladen bedeutet hohe Stromstärken. Das führt zu einem deutlichen Temperaturanstieg innerhalb der Batterie, was mehrere schädliche Auswirkungen haben kann.

Das thermische Management von Batterien ist entscheidend, um Überhitzung zu vermeiden, die die Zellen beschädigen könnte. Beim Schnellladen wird ein Teil der Energie für die Kühlung der Batterie umgeleitet, wodurch die Gesamteffizienz des Ladevorgangs sinkt. Mit anderen Worten: ein Teil der Energie, die man vermeintlich in die Batterie einspeist, wird tatsächlich zur Wärmeabfuhr verwendet, was den Eindruck erweckt, dass Schnellladen eine geringere Reichweite bietet oder die eingespeiste Energie weniger „dicht“ ist.

Bei langsamerem Laden hingegen fällt die entstehende Wärme deutlich geringer aus. Dadurch kann ein größerer Anteil der zugeführten Energie tatsächlich zum Aufladen der Batterie verwendet werden, was die Energieeffizienz erhöht. Das führt zu einer höheren Reichweite bei gleicher zugeführter Energiemenge, sei es bis 80 % oder bis zur vollen Ladung.

Interne Polarisation und erhöhte Widerstände

Beim Schnellladen erfahren Batterien zudem ein als Polarisation bezeichnetes Phänomen, das mit der Erhöhung des Innenwiderstands der Zellen infolge hoher Stromstärken zusammenhängt. Diese Polarisation bedeutet, dass ein Teil der zugeführten Energie als Wärme verloren geht oder zur Kompensation dieses Widerstands verwendet wird, statt als nutzbare Energie gespeichert zu werden.

Beim langsamen Laden ist dieses Phänomen weitaus weniger ausgeprägt, sodass die Energie gleichmäßiger und effizienter in allen Zellen der Batterie gespeichert werden kann. Dieser kontrolliertere Ladevorgang optimiert die Fähigkeit der Batterie, Energie möglichst effizient bereitzustellen.

Die Degradation der Batterie: langfristige Auswirkungen

Ein weiterer entscheidender Aspekt des Schnellladens ist der vorzeitige Verschleiß der Batterien. Bei hohen Ladegeschwindigkeiten werden die internen chemischen Reaktionen der Batterie beschleunigt, wodurch das Risiko von Degradation steigt. Dies äußert sich in einer allmählichen Verringerung der maximalen Batteriekapazität über die Ladezyklen hinweg und damit in einer geringeren Reichweite. Diese Degradation beschleunigt sich, wenn die Batterie regelmäßig Schnellladezyklen ausgesetzt wird.

Langsames Laden hingegen ist deutlich schonender für die Batterie. Indem Temperaturanstieg und innere Belastungen begrenzt werden, trägt es dazu bei, die maximale Kapazität der Batterie langfristig zu erhalten, während es kurzfristig eine vollständigere und effizientere Ladung ermöglicht.

Optimierung der Energieeffizienz

Beim langsamen Laden können Energiemanagementsysteme, sowohl in Elektrofahrzeugen als auch in Smartphones, die Energie gleichmäßiger auf die Batteriezellen verteilen. Das maximiert die Ladeeffizienz und stellt sicher, dass jede Zelle darauf optimiert ist, möglichst viel Energie bereitzustellen.

Beim Schnellladen dagegen sind die Zellen einer starken Belastung ausgesetzt, und einige können sich schneller aufladen als andere. Das kann zu Ungleichgewichten innerhalb der Batterie führen, die Menge der tatsächlich nutzbaren Energie verringern und den Eindruck erwecken, die Batterie enthalte weniger Energie oder die Energie sei weniger „dicht“.

Fazit

Das Gefühl, dass die beim Schnellladen zugeführte Energie weniger „dicht“ sei, ist nicht bloß eine Einbildung. Es hängt mit realen Phänomenen zusammen, wie Wärmeverlusten, interner Polarisation, erhöhtem Widerstand und einer weniger effizienten Energieverwaltung unter Schnellladebedingungen. Ob beim Smartphone oder beim Elektrofahrzeug: langsames Laden trägt nicht nur dazu bei, die Batterie langfristig zu schonen, sondern optimiert auch kurzfristig die Energieeffizienz. Die Wärmeverluste werden minimiert, die Energie besser auf die Zellen verteilt und die Gesamteffizienz der Batterie erhöht.

Obwohl Schnellladen zwar sehr praktisch ist, um Zeit zu sparen, ist es in Bezug auf Energieeffizienz und reale Reichweite weniger effektiv. Um sowohl die unmittelbare Leistung als auch die Lebensdauer der Batterie zu maximieren, bleibt langsames Laden, wenn möglich, die beste Option.

ZUM WEITERLESEN : Tesla Superchargers : quelles intérêts à devenir un hôte ?