Batterie für Elektrofahrzeuge

Eine Elektrofahrzeugbatterie (EVB) oder Traktionsbatterie ist eine Batterie, die zum Antreiben von batterieelektrischen Fahrzeugen (BEVs) verwendet wird. Fahrzeugbatterien sind in der Regel eine Sekundärbatterie (wiederaufladbare Batterie). Traktionsbatterien werden in Gabelstaplern, elektrischen Golfwagen, Bodenwäschern, Elektromotorrädern, Elektroautos, Lastwagen, Lieferwagen und anderen Elektrofahrzeugen verwendet.

Batterien für Elektrofahrzeuge unterscheiden sich von Starter-, Beleuchtungs- und Zündungsbatterien (SLI), da sie dazu dienen, Energie über einen längeren Zeitraum abzugeben. Für diese Anwendungen werden anstelle von SLI-Batterien Deep-Cycle-Batterien verwendet. Traktionsbatterien müssen mit einer hohen Amperestundenkapazität ausgelegt sein. Batterien für Elektrofahrzeuge zeichnen sich durch ein relativ hohes Leistungsgewicht, spezifische Energie und Energiedichte aus; Kleinere, leichtere Batterien reduzieren das Gewicht des Fahrzeugs und verbessern die Leistung. Im Vergleich zu flüssigen Kraftstoffen haben die meisten aktuellen Batterietechnologien eine viel geringere spezifische Energie, was sich häufig auf die maximale rein elektrische Reichweite der Fahrzeuge auswirkt. Metall-Luft-Batterien haben jedoch eine hohe spezifische Energie, da die Kathode durch den umgebenden Sauerstoff in der Luft bereitgestellt wird. Wiederaufladbare Batterien, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, umfassen Blei-Säure (“Flooded”, Deep-Cycle und VRLA), NiCd, Nickel-Metallhydrid, Lithium-Ionen, Li-Ionen-Polymer und, seltener, Zink-Luft und geschmolzene Batterien. Salzbatterien. Die in Batterien gespeicherte Strommenge (elektrische Ladung) wird in Amperestunden oder in Coulomb gemessen, wobei die Gesamtenergie oft in Wattstunden gemessen wird.

Die Batterie macht beträchtliche Kosten für BEVs aus, die sich im Gegensatz zu Autos mit fossilen Brennstoffen tiefgreifend als Preis der Reichweite manifestieren. Seit 2018 sind die wenigen Elektroautos mit über 500 km Reichweite wie das Tesla Model S fest im Luxussegment. Seit den späten 1990er Jahren wurde der Fortschritt der Batterietechnologie durch die Nachfrage nach tragbarer Elektronik wie Laptop-Computern und Mobiltelefonen vorangetrieben. Der BEV-Markt hat die Vorteile dieser Fortschritte in Bezug auf Leistung und Energiedichte genutzt. Die Batterien können täglich entladen und aufgeladen werden. Am bemerkenswertesten ist, dass die Batteriekosten gesunken sind und die Kosten für Elektrofahrzeugbatterien von 2008 bis 2014 um mehr als 35% gesunken sind.

Der prognostizierte Markt für Fahrzeugantriebsbatterien liegt 2020 bei über 37 Milliarden US-Dollar.

In Bezug auf die Betriebskosten beträgt der Preis für den Betrieb eines Elektrofahrzeugs nur einen Bruchteil der Kraftstoffkosten für gleichwertige Verbrennungsmotoren, was eine höhere Energieeffizienz widerspiegelt. Die Kosten für den Austausch der Batterien dominieren die Betriebskosten.

Batterietypen

Blei-Säure
Geflutete Blei-Säure-Batterien sind die billigsten und in der Vergangenheit am häufigsten verwendeten Traktionsbatterien. Es gibt zwei Haupttypen von Blei-Säure-Batterien: Starterbatterien für Automotoren und Tiefzyklusbatterien. Wechselstromgeneratoren für Automobile sind so ausgelegt, dass Starterbatterien hohe Aufladegeschwindigkeiten für schnelle Ladevorgänge bieten, während Deep-Cycle-Batterien, die für Elektrofahrzeuge wie Gabelstapler oder Golfwagen verwendet werden, und als Zusatzhausbatterien in Wohnmobilen unterschiedliche mehrstufige Ladevorgänge erfordern. Keine Blei-Säure-Batterie sollte unter 50% ihrer Kapazität entladen werden, da sie die Lebensdauer der Batterie verkürzt. Überflutete Batterien erfordern eine Überprüfung des Elektrolytstandes und gelegentlichen Austausch von Wasser, das während des normalen Ladezyklus entweicht.

Traditionell haben die meisten Elektrofahrzeuge Blei-Säure-Batterien aufgrund ihrer ausgereiften Technologie, hohen Verfügbarkeit und niedrigen Kosten verwendet (Ausnahme: einige frühe Elektrofahrzeuge, wie der Detroit Electric, verwendeten eine Nickel-Eisen-Batterie.) Wie alle Batterien haben diese Batterien eine Umweltbelastung durch Bau, Verwendung, Entsorgung oder Recycling. Auf der Oberseite liegt die Recyclingquote von Fahrzeugbatterien in den USA bei über 95%. Bleibatterien mit hohem Ladezyklus sind teuer und haben eine kürzere Lebensdauer als das Fahrzeug selbst. Sie müssen normalerweise alle 3 Jahre ausgetauscht werden.

Blei-Säure-Batterien in EV-Anwendungen machen einen erheblichen Anteil (25–50%) der endgültigen Fahrzeugmasse aus. Wie alle Batterien haben sie eine deutlich geringere spezifische Energie als Erdölbrennstoffe – in diesem Fall 30–40 Wh / kg. Während der Unterschied nicht so groß ist, wie es zuerst aussieht, ist der leichtere Antriebsstrang in einem Elektrofahrzeug, sogar der Die besten Batterien führen bei Fahrzeugen mit normaler Reichweite zu höheren Massen. Der Wirkungsgrad (70–75%) und die Speicherkapazität der aktuellen Generation herkömmlicher Bleibatterien mit tiefen Zyklen sinkt bei niedrigeren Temperaturen und die Umleitung der Energie zum Betrieb einer Heizspule verringert den Wirkungsgrad und die Reichweite um bis zu 40%. Die jüngsten Fortschritte in Bezug auf die Batterieeffizienz, Kapazität, Materialien, Sicherheit, Toxizität und Haltbarkeit ermöglichen wahrscheinlich die Anwendung dieser überlegenen Eigenschaften in EV-Fahrzeugen in Fahrzeuggröße.

Das Laden und der Betrieb von Batterien führt typischerweise zur Emission von Wasserstoff, Sauerstoff und Schwefel, die natürlich vorkommen und normalerweise normal sind, wenn sie ordnungsgemäß entlüftet werden. Frühe Citicar-Besitzer stellten fest, dass unangenehme Schwefelgerüche sofort nach dem Laden in die Kabine gelangen könnten, wenn sie nicht ordnungsgemäß entlüftet würden.

Blei-Säure-Batterien wurden mit solchen frühneuzeitlichen Elektrofahrzeugen betrieben wie die Originalversionen des EV1 und des RAV4 EV.

Nickelmetallhydrid
Nickel-Metallhydrid-Batterien gelten heute als relativ ausgereifte Technologie. Sie sind zwar weniger effizient (60–70%) beim Laden und Entladen als Blei-Säure, haben aber eine spezifische Energie von 30–80 Wh / kg, die weit über der von Blei-Säure liegt. Bei richtiger Verwendung haben Nickel-Metall-Hydrid-Batterien eine außergewöhnlich lange Lebensdauer, wie ihre Verwendung in Hybridfahrzeugen und überlebenden NiMH-RAV4-EVs gezeigt hat, die nach 160.000 km (100.000 Meilen) und über ein Jahrzehnt Service noch gut funktionieren. Nachteile sind die schlechte Effizienz, hohe Selbstentladung, sehr wählerische Ladezyklen und schlechte Leistung bei kaltem Wetter.

GM Ovonic produzierte die NiMH-Batterie der zweiten Generation EV-1 und Cobasys stellt eine nahezu identische Batterie her (zehn 1,2 V, 85 Ah NiMH-Zellen in Serie im Vergleich zu elf Zellen für Ovonic-Batterie). Das hat im EV-1 sehr gut funktioniert. Die Belastung durch Patente hat die Verwendung dieser Batterien in den letzten Jahren eingeschränkt.

Zebra
Die Natrium- oder “Zebra” -Batterie verwendet als Elektrolyten geschmolzenes Chloraluminatnatrium (NaAlCl 4). Diese Chemie wird gelegentlich auch als “heißes Salz” bezeichnet. Die Zebra-Batterie ist eine relativ ausgereifte Technologie und hat eine spezifische Energie von 120Wh / kg und einen angemessenen Serienwiderstand. Da die Batterie für den Betrieb erwärmt werden muss, beeinflusst kaltes Wetter den Betrieb nicht, außer die Heizkosten steigen. Sie wurden in mehreren Elektrofahrzeugen verwendet. Zebras können einige tausend Ladezyklen andauern und sind nicht toxisch. Die Nachteile der Zebra-Batterie sind die geringe Gewichtskraft (<300 W / kg) und die Notwendigkeit, den Elektrolyten auf etwa 270 ° C (520 ° F) aufheizen zu müssen. zeitliche Speicherung von Gebühren. Zebra-Batterien werden seit ihrer Produktion im Jahr 2006 im Nutzfahrzeug Modec eingesetzt. Lithium-Ionen Lithium-Ionen-Akkus (und ähnliche Lithium-Polymer-Akkus), die durch ihre Verwendung in Laptops und in der Unterhaltungselektronik weithin bekannt sind, dominieren die jüngste Gruppe von Elektrofahrzeugen in der Entwicklung. Die traditionelle Lithiumionenchemie umfasst eine Lithiumkobaltoxidkathode und eine Graphitanode. Dies ergibt Zellen mit einer beeindruckenden spezifischen Energie von 200+ Wh / kg und einer guten spezifischen Leistung sowie einem Lade- / Entladewirkungsgrad von 80 bis 90%. Die Nachteile herkömmlicher Lithium-Ionen-Batterien umfassen kurze Lebensdauern (Hunderte bis einige Tausend Ladezyklen) und eine erhebliche Alterung. Die Kathode ist auch etwas giftig. Traditionelle Lithium-Ionen-Akkus können auch ein Brandrisiko darstellen, wenn sie unsachgemäß punktiert oder aufgeladen werden. Diese Laptop-Zellen akzeptieren oder liefern keine Ladung, wenn sie kalt sind. In einigen Klimazonen können Heizungen erforderlich sein, um sie zu erwärmen. Die Reife dieser Technologie ist moderat. Der Tesla Roadster (2008) verwendet "Klingen" herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus, die je nach Bedarf einzeln ausgetauscht werden können. Die meisten anderen Elektrofahrzeuge nutzen neue Variationen der Lithium-Ionen-Chemie, die spezifische Energie und spezifische Leistung opfern, um Feuerbeständigkeit, Umweltfreundlichkeit, sehr schnelle Ladungen (nur wenige Minuten) und sehr lange Lebensdauer zu bieten. Es wurde gezeigt, dass diese Varianten (Phosphate, Titanate, Spinelle usw.) eine viel längere Lebensdauer haben. A123 erwartet, dass ihre Lithium-Eisenphosphat-Batterien mindestens 10 Jahre und 7000+ Ladezyklen halten, und LG Chem erwartet ihr Lithium -Mangan-Spinellbatterien für bis zu 40 Jahre. Im Labor wird an Lithium-Ionen-Batterien viel Arbeit geleistet. Lithium-Vanadiumoxid hat bereits seinen Weg in den Subaru-Prototyp G4e gefunden und verdoppelt damit die Energiedichte. Silizium-Nanodrähte, Silizium-Nanopartikel und Zinn-Nanopartikel versprechen ein Vielfaches der Energiedichte [Klärungsbedarf] in der Anode, während Verbund- und Supergitterkathoden auch signifikante Dichteverbesserungen versprechen. Besonderheiten Interne Komponenten Batteriepacks für Elektrofahrzeuge (EV) sind komplex und variieren je nach Hersteller und spezifischer Anwendung. Sie enthalten jedoch alle eine Kombination aus mehreren einfachen mechanischen und elektrischen Komponentensystemen, die die grundlegenden erforderlichen Funktionen der Packung erfüllen. Die tatsächlichen Batteriezellen können unterschiedliche Chemie, physikalische Formen und Größen aufweisen, wie sie von verschiedenen Packherstellern bevorzugt werden. Der Akkupack enthält immer viele diskrete Zellen, die in Reihe und parallel geschaltet sind, um den gesamten Spannungs- und Strombedarf des Packs zu erreichen. Akkupacks für alle Elektroantriebs-EVs können mehrere hundert Einzelzellen enthalten. Um die Herstellung und Montage zu erleichtern, wird der große Zellenstapel normalerweise in kleinere Stapel, die als Module bezeichnet werden, gruppiert. Einige dieser Module werden in einem einzigen Paket untergebracht. In jedem Modul sind die Zellen miteinander verschweißt, um den elektrischen Pfad für den Stromfluss zu vervollständigen. Module können auch Kühlmechanismen, Temperaturwächter und andere Geräte enthalten. In den meisten Fällen ermöglichen die Module auch die Überwachung der von jeder Batteriezelle im Stapel erzeugten Spannung durch das Battery Management System (BMS). Der Batteriezellenstapel verfügt über eine Hauptsicherung, die den Strom des Packs bei einem Kurzschluss begrenzt. Ein "Service Plug" oder "Service Disconnect" kann entfernt werden, um den Batteriestapel in zwei elektrisch isolierte Hälften aufzuteilen. Wenn der Servicestecker entfernt ist, stellen die freiliegenden Hauptanschlüsse der Batterie keine potenzielle elektrische Gefahr für Servicetechniker dar. Der Akku enthält außerdem Relais oder Schütze, die die Verteilung der elektrischen Energie des Akkus auf die Ausgangsklemmen steuern. In den meisten Fällen gibt es ein Minimum von zwei Hauptrelais, die den Batteriezellenstapel mit den positiven und negativen Hauptausgangsanschlüssen der Baugruppe verbinden, dh den elektrischen Antriebsmotor mit hohem Strom. Einige Packungsdesigns enthalten alternative Strompfade zum Vorladen des Antriebssystems über einen Vorladewiderstand oder zum Speisen eines Hilfsbusses, dem auch eigene Steuerrelais zugeordnet sind. Aus offensichtlichen Sicherheitsgründen sind diese Relais normalerweise geöffnet. Der Akku enthält außerdem verschiedene Temperatur-, Spannungs- und Stromsensoren. Die Datenerfassung von den Packsensoren und die Aktivierung der Packrelais erfolgt durch die Battery Monitoring Unit (BMU) oder das Battery Management System (BMS) des Packs. Das BMS ist auch für die Kommunikation mit der Welt außerhalb des Akkus verantwortlich. Aufladung Batterien in BEVs müssen regelmäßig aufgeladen werden. BEVs werden am häufigsten über das Stromnetz aufgeladen (zu Hause oder an einem Ladepunkt für Straßen oder Geschäfte), das wiederum aus verschiedenen inländischen Ressourcen wie Kohle, Wasserkraft, Atomkraft und anderen Quellen erzeugt wird. Heim- oder Netzstrom, wie Photovoltaik-Solarzellenpaneele, Mikrohydro oder Wind, können ebenfalls verwendet werden und werden aufgrund von Bedenken hinsichtlich der globalen Erwärmung gefördert. Mit geeigneten Stromversorgungen wird eine gute Lebensdauer der Batterie in der Regel bei Geschwindigkeiten erreicht, die etwa "0,5 ° C" nicht überschreiten. Dies dauert zwei bis drei Stunden für eine vollständige Ladung, aber eine schnellere Aufladung ist möglich. Die Ladezeit ist oft durch die Kapazität der Netzverbindung begrenzt. Eine normale Haushaltssteckdose liefert 1,5 Kilowatt (in den USA, Kanada, Japan und anderen Ländern mit 110-Volt-Versorgung) und 3 Kilowatt (in Ländern mit 230-V-Versorgung). 1995 haben einige Ladestationen BEVs innerhalb einer Stunde aufgeladen. Im November 1997 kaufte Ford ein von AeroVironment hergestelltes Schnellladesystem mit dem Namen "PosiCharge", um seine Flotte von Ranger EVs zu testen, die ihre Blei-Säure-Batterien innerhalb von sechs bis fünfzehn Minuten auflud. Im Februar 1998 kündigte General Motors eine Version seines "Magne Charge" -Systems an, das NiMH-Akkus in etwa zehn Minuten aufladen kann und eine Reichweite von sechzig bis einhundert Meilen bietet. Im Jahr 2005 wurde behauptet, Handheld-Gerätebatterien von Toshiba seien in der Lage, eine Ladung von 80% in nur 60 Sekunden zu akzeptieren. Die Skalierung dieser spezifischen Leistungscharakteristik auf das gleiche EV-Paket mit einer Leistung von 7 Kilowattstunden würde dazu führen, dass für diese 60 Sekunden eine Spitze von 340 Kilowatt Leistung aus einer beliebigen Quelle benötigt wird. Es ist nicht klar, dass solche Batterien direkt in BEVs funktionieren, da sie durch Hitzeentwicklung unsicher werden können. Ladezeit Elektroautos wie Tesla Model S, Renault Zoe, BMW i3 usw. können ihre Batterien an Schnellladestationen innerhalb von 30 Minuten auf 80 Prozent aufladen. Forscher aus Singapur haben 2014 einen Akku entwickelt, der nach 2 Minuten auf 70 Prozent aufgeladen werden kann. Die Batterien basieren auf der Lithium-Ionen-Technologie. Die Anode und der negative Pol in der Batterie bestehen jedoch nicht mehr aus Graphit, sondern aus Titandioxidgel. Das Gel beschleunigt die chemische Reaktion erheblich und sorgt so für eine schnellere Ladung. Insbesondere sollen diese Batterien in Elektroautos eingesetzt werden. Bereits 2012 haben Forscher der Ludwig-Maximilian-Universität in München das Grundprinzip entdeckt. Wissenschaftler der Stanford University in Kalifornien haben einen Akku entwickelt, der innerhalb einer Minute aufgeladen werden kann. Die Anode besteht aus Aluminium und die Kathode aus Graphit (siehe Aluminium-Ionen-Akku). Das Elektroauto Volar-e der Firma Applus + IDIADA, basierend auf dem Rimac Concept One, enthält Lithium-Eisenphosphat-Batterien, die innerhalb von 15 Minuten aufgeladen werden können. Laut Hersteller BYD wird die Lithium-Eisenphosphat-Batterie des Elektroautos e6 an einer Schnellladestation innerhalb von 15 Minuten auf 80% geladen, nach 40 Minuten bei 100%. Verbinder Die Ladeleistung kann auf zwei Arten an das Fahrzeug angeschlossen werden. Die erste ist eine direkte elektrische Verbindung, die als leitende Kopplung bekannt ist. Dies kann so einfach sein wie ein Netzkabel in eine wetterfeste Steckdose durch spezielle Hochleistungskabel mit Steckverbindern, um den Benutzer vor hohen Spannungen zu schützen. Der moderne Standard für das Aufladen von Fahrzeugen in Fahrzeugen ist der leitfähige Steckverbinder SAE 1772 (IEC 62196, Typ 1) in den USA. Der ACEA hat sich für den Einsatz in Europa für den VDE-AR-E 2623-2-2 (IEC 62196 Typ 2) entschieden, der ohne Verriegelung unnötigen zusätzlichen Strombedarf für den Verriegelungsmechanismus bedeutet. Der zweite Ansatz ist als induktives Laden bekannt. Ein spezielles "Paddel" wird in einen Schlitz am Auto eingesetzt. Das Paddel ist eine Wicklung eines Transformators, während die andere in das Auto eingebaut ist. Wenn das Paddel eingesetzt ist, schließt es einen Magnetkreis ab, der den Akku mit Strom versorgt. Bei einem induktiven Ladesystem ist eine Wicklung an der Unterseite des Wagens angebracht und die andere bleibt auf dem Boden der Garage. Der Vorteil des induktiven Ansatzes besteht darin, dass keine Gefahr eines Stromschlags besteht, da keine freiliegenden Leiter vorhanden sind, obwohl Verriegelungen, spezielle Steckverbinder und Erdschlussdetektoren die leitfähige Kopplung nahezu genauso sicher machen können. Induktives Laden kann auch das Fahrzeuggewicht reduzieren, indem mehr Ladekomponenten abgesetzt werden. Ein Befürworter des induktiven Ladens von Toyota behauptete 1998, dass die Gesamtkostenunterschiede minimal waren, während ein Befürworter des konduktiven Ladens von Ford die Kosten des konduktiven Ladens für günstiger hielt. Aufladen von Punkten In Frankreich installieren Électricité de France (EDF) und Toyota Ladestationen für PHEVs auf Straßen, Straßen und Parkplätzen. EDF arbeitet außerdem mit Elektromotive, Ltd. zusammen, um ab Oktober 2007 250 neue Ladepunkte in London und anderswo in Großbritannien zu installieren. Aufladepunkte können auch für bestimmte Zwecke wie in Taxiständen installiert werden. Reichweite vor dem Aufladen Die Reichweite eines BEV hängt von der Anzahl und dem Typ der verwendeten Batterien ab. Das Gewicht und der Fahrzeugtyp sowie das Gelände, das Wetter und die Leistung des Fahrers wirken sich ebenso aus wie auf die Kilometerleistung herkömmlicher Fahrzeuge. Die Umwandlungsleistung von Elektrofahrzeugen hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Batteriechemie: Blei-Säure-Batterien sind am meisten verfügbar und kostengünstig. Solche Umwandlungen haben im Allgemeinen eine Reichweite von 30 bis 80 km (20 bis 50 mi). Produktions-EVs mit Blei-Säure-Batterien können pro Ladung bis zu 130 km lang sein. NiMH-Batterien haben eine höhere spezifische Energie als Blei-Säure. Prototyp-EVs bieten eine Reichweite von bis zu 200 km. Neue mit Lithium-Ionen-Batterien ausgestattete Elektrofahrzeuge bieten eine Reichweite von 320 bis 480 km (200 bis 300 Meilen) pro Ladung. Lithium ist auch weniger teuer als Nickel. Nickel-Zink-Batterien sind billiger und leichter als Nickel-Cadmium-Batterien. Sie sind auch billiger (aber nicht so leicht) als Lithium-Ionen-Akkus. Die Ermittlung des wirtschaftlichen Gleichgewichts zwischen Reichweite, Leistung, Batteriekapazität, Gewicht und Batterietyp im Vergleich zu den Kosten fordert jeden EV-Hersteller heraus. Mit einem Wechselstromsystem oder Advanced DC-Systemen kann durch regeneratives Bremsen die Reichweite unter extremen Verkehrsbedingungen um bis zu 50% erhöht werden, ohne dass das Fahrzeug vollständig gestoppt wird. Ansonsten wird die Reichweite im Stadtverkehr um etwa 10 bis 15% und im Autobahnbetrieb je nach Gelände nur unwesentlich erweitert. BEVs (einschließlich Busse und Lastwagen) können auch Genset-Anhänger und Schubanhänger verwenden, um bei Bedarf die Reichweite zu erhöhen, ohne das zusätzliche Gewicht bei normaler Verwendung im Nahbereich. Entladene Baset-Trailer können in einem Routenpunkt durch aufgeladene ersetzt werden. Bei Anmietung können die Wartungskosten an die Agentur zurückgestellt werden. Solche BEVs können je nach Anhänger, Fahrzeugtyp und Antriebsstrang zu Hybridfahrzeugen werden. Der Tesla Roadster (Baujahr 2008–2012) kann pro Ladung 244 Meilen fahren. Das Tesla Model S mit 85 kWh Batterie hat eine Reichweite von 510 km. Tesla Model S wird seit 2012 gebaut. Der Preis liegt bei rund 100.000 US-Dollar. Der Supersportwagen Rimac Concept One mit 82 kWh Batterie hat eine Reichweite von 500 km. Das Auto wird seit 2013 gebaut. Das reine Elektroauto BYD e6 mit 60 kWh Batterie hat eine Reichweite von 300 km. Der Bestseller Nissan Leaf Modelljahr 2016 mit 30 kWh Batterie hat eine Reichweite von 172 km. Anhänger Die in Anhängern mitgeführte axiale Akkukapazität kann die Gesamtreichweite des Fahrzeugs erhöhen, erhöht jedoch auch den durch den Luftwiderstand entstehenden Leistungsverlust, erhöht die Gewichtstransfereffekte und verringert die Traktionskapazität. Thermische effekte Der Innenwiderstand einiger Batterien kann bei niedrigen Temperaturen erheblich erhöht werden, was die Reichweite des Fahrzeugs und die Lebensdauer der Batterie spürbar verringern kann. Austauschen und entfernen Eine Alternative zum Aufladen besteht darin, leere oder fast leere Batterien (oder Verlängerungsmodule für Batterie) mit vollständig aufgeladenen Batterien auszutauschen. Dies wird als Batterieaustausch bezeichnet und wird in Wechselstationen durchgeführt. Auf der anderen Seite hat MIRA ein Retrofit-Hybrid-Umrüstkit angekündigt, das abnehmbare Akkus enthält, die zum Aufladen in eine Steckdose eingesteckt werden. Auch XP Vehicles verwendet einen Hot-Swap-Akku, der das Aufladen ohne Kabel ermöglicht (austauschbares Netzteil zum Aufladen zu Hause ohne Verlängerungskabel). Merkmale der Austauschstationen sind: Der Verbraucher ist nicht mehr mit den Kapitalkosten der Batterie, dem Lebenszyklus, der Technologie, der Wartung oder der Gewährleistung beschäftigt. Das Tauschen ist weitaus schneller als das Aufladen: Von der Firma Better Place hergestellte Batterietauschgeräte haben automatisierte Tauschvorgänge in weniger als 60 Sekunden gezeigt. Austauschstationen erhöhen die Realisierbarkeit verteilter Energiespeicher über das Stromnetz; Bedenken hinsichtlich Swap-Stationen sind: Betrugspotenzial (die Batteriequalität kann nur über einen vollständigen Entladezyklus gemessen werden; die Batterielebensdauer kann nur über wiederholte Entladezyklen gemessen werden; diejenigen, die in der Swap-Transaktion tätig sind, können nicht wissen, ob sie eine abgenutzte Batterie mit verminderter Wirksamkeit erhalten), und die Qualität der Batterie nimmt langsam ab Zeit, so dass abgenutzte Batterien allmählich in das System gezwungen werden) Hersteller sind nicht gewillt, den Zugriff auf Batterie / Implementierung zu vereinheitlichen Sicherheits-Bedenken Nachfüllen Zink-Brom-Flow-Batterien können mit einer Flüssigkeit gefüllt werden, anstatt sie über Anschlüsse aufzuladen. Das spart Zeit. Leasing Drei Unternehmen arbeiten an Batteriepachtplänen. Greenstop hat Tests des ENVI-Netzes durchgeführt, mit dem Verbraucher Batterien von Elektrofahrzeugen problemlos überwachen und aufladen können. Think Car USA plant, die Batterien für sein Elektroauto City zu leasen, um nächstes Jahr in den Verkauf zu kommen. Better Place schafft ein System, mit dem Verbraucher einen Dienst "abonnieren" können, der Ladestationen und Batteriewechsel anbietet. Die Energieversorger erwägen Pläne, die die Bereitstellung von Elektrofahrzeugen (zu einem niedrigen Preis) einschließen und ihren Gewinn aus dem Verkauf der Energie erzielen. V2G und After Use Dank des intelligenten Stromnetzes können BEVs jederzeit mit Strom versorgt werden, insbesondere: Während der Spitzenlastzeiten (wenn der Verkaufspreis für Strom sehr hoch sein kann. Diese Fahrzeuge können dann außerhalb der Stoßzeiten zu günstigeren Tarifen aufgeladen werden und helfen dabei, übermäßige Nachtzeit zu absorbieren. Hier dienen die Fahrzeuge als verteiltes Batteriespeichersystem) Pufferleistung.) Bei Stromausfällen als Backup Pacific Gas and Electric Company (PG & E) hat vorgeschlagen, dass Energieversorger gebrauchte Batterien für Backup- und Lastnivellierungszwecke kaufen könnten. Sie behaupten, dass diese verbrauchten Batterien zwar in Fahrzeugen nicht mehr verwendbar sind, ihre Restkapazität jedoch immer noch einen erheblichen Wert hat. Lebensdauer Einzelne Batterien sind normalerweise in großen Batteriepacks mit verschiedenen Produkten für Spannung und Amperestunde angeordnet, um die erforderliche Energiekapazität bereitzustellen. Die Batterielebensdauer sollte bei der Berechnung der erweiterten Betriebskosten berücksichtigt werden, da sich alle Batterien abnutzen und ausgetauscht werden müssen. Die Rate, mit der sie ablaufen, hängt von einer Reihe von Faktoren ab. Die Entladetiefe (DOD) ist der empfohlene Anteil des gesamten verfügbaren Energiespeichers, für den die Batterie ihre Nennzyklen erreicht. Bleibatterien mit tiefem Zyklus sollten im Allgemeinen nicht unter 20% der Gesamtkapazität entladen werden. Modernere Formulierungen können tiefere Zyklen überstehen. Im realen Einsatz haben einige Toyota RAV4 EV von Flotten, die Nickel-Metallhydrid-Batterien verwenden, mehr als 160.000 km (100.000 Meilen) mit einem geringen Verschleiß in ihrer täglichen Reichweite überschritten. Zitieren der abschließenden Beurteilung dieses Berichts: "Der Test mit fünf Fahrzeugen demonstriert die Langlebigkeit von Nickel-Metallhydrid-Batterien und elektrischen Antriebssträngen. Bisher wurde bei vier von fünf Fahrzeugen nur ein geringfügiger Leistungsabfall beobachtet Alle fünf Fahrzeuge werden die Marke von 160.000 km (100.000 Meilen) überschreiten. Die positive Erfahrung von SCE weist auf die sehr hohe Wahrscheinlichkeit einer 240.000 km (240.000 km) langen Nickel-Metallhydrid-Batterie und der Lebensdauer des Antriebsstrangs hin oder die Lebensdauer der vergleichbaren Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor überschreiten. "Im Juni 2003 wurden die 320 RAV4 EV der SCE-Flotte hauptsächlich von Zählerlesern, Service-Managern, Außendienstmitarbeitern, Service-Planern und Postbearbeitern sowie für Sicherheitspatrouillen und Fahrgemeinschaften eingesetzt. In fünf Jahren Betrieb hatte sich die RAV4 EV-Flotte angemeldet mehr als 6,9 Millionen Meilen, wodurch rund 830 Tonnen Luftschadstoffe eliminiert werden und mehr als 3.700 Tonnen Kohlendioxidemissionen im Auspuffrohr vermieden werden. Angesichts des erfolgreichen Betriebs seiner Elektrofahrzeuge plant SCE, sie weiterhin gut zu nutzen, nachdem sie alle 100.000 Tonnen erreicht haben. Meilen." Lithium-Ionen-Batterien sind bis zu einem gewissen Grad verderblich. Sie verlieren einen Teil ihrer maximalen Speicherkapazität pro Jahr, auch wenn sie nicht genutzt werden. Nickel-Metallhydrid-Batterien verlieren viel weniger Kapazität und sind billiger für ihre Speicherkapazität, haben jedoch bei gleichem Gewicht zunächst eine geringere Gesamtkapazität. Jay Lenos 1909 Baker Electric (siehe Baker Motor Vehicle) arbeitet noch immer mit seinen ursprünglichen Edison-Zellen. Die Kosten für den Batteriewechsel von BEVs können teilweise oder vollständig durch die fehlende regelmäßige Wartung ausgeglichen werden, wie z. B. Öl- und Filterwechsel, die für ICEVs erforderlich sind, und durch die höhere Zuverlässigkeit von BEVs aufgrund ihrer weniger beweglichen Teile. Sie verzichten auch auf viele andere Teile, die normalerweise in einem normalen Auto gewartet und instand gesetzt werden müssen, wie z. B. Getriebe, Kühlsystem und Motortuning. Und wenn Batterien endgültig ersetzt werden müssen, können sie durch spätere Generationen ersetzt werden, die möglicherweise bessere Leistungseigenschaften bieten. Lithium-Eisenphosphat-Batterien erreichen laut Hersteller mehr als 5.000 Zyklen bei einer Entladungstiefe von jeweils 70%. BYD, der weltweit größte Hersteller von Lithium-Eisenphosphat-Batterien, hat eine breite Palette von Zellen für Präzisionsanwendungen entwickelt . Solche Batterien werden in stationären Speichersystemen verwendet. Nach 7500 Zyklen mit einer Entladung von 85% haben sie noch eine freie Kapazität von mindestens 80% bei einer Rate von 1 C; was bei einem vollen Zyklus pro Tag einer Lebensdauer von min entspricht. 20,5 Jahre. Die Lithium-Eisenphosphat-Batterie von Sony Fortelion hat nach 10.000 Zyklen bei 100% Entladungsgrad noch eine Restkapazität von 71%. Dieser Akku ist seit 2009 auf dem Markt. Verwendung in Solarbatterien Lithium-Ionen-Batterien haben teilweise eine sehr hohe Zyklenfestigkeit von über 10.000 Lade- und Entladezyklen und eine lange Lebensdauer von bis zu 20 Jahren. Plug-in America hat unter den Treibern des Tesla Roadster (2008) eine Umfrage zur Lebensdauer der eingebauten Batterie durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass die Batterie nach 100.000 Meilen = 160.000 km noch eine verbleibende Kapazität von 80 bis 85 Prozent hatte. Dies war unabhängig davon, in welcher Klimazone das Auto bewegt wird. Der Tesla Roadster wurde zwischen 2008 und 2012 gebaut und verkauft. Für die 85-kWh-Batterien des Tesla Model S gibt es 8 Jahre Garantie auf unbegrenzte Kilometer. Varta Storage verzichtet darauf, dass seine Familie und seine Familie eine Garantie von 14.000 vollen Zyklen und eine Nutzungsdauer von 10 Jahren haben. Seit Dezember 2016 ist der Nissan Leaf das meistverkaufte Elektroauto der Welt. Seit seiner Einführung im Jahr 2010 wurden mehr als 250.000 Einheiten verkauft. Nissan gab 2015 an, dass bis zu 0,01 Prozent der Batterien wegen des Problems ersetzt werden mussten Ausfälle oder Probleme und dann nur wegen äußerlich verursachter Schäden. Es gibt einige Fahrzeuge, die bereits mehr als 200.000 km zurückgelegt haben. Keines davon hatte Probleme mit der Batterie. Recycling Am Ende ihrer Nutzungsdauer können Batterien recycelt werden. Sicherheit Die Sicherheitsaspekte von batterieelektrischen Fahrzeugen werden größtenteils durch die internationale Norm ISO 6469 behandelt. Dieses Dokument ist in drei Teile gegliedert, die sich mit spezifischen Themen befassen: Bordspeicher für elektrische Energie, dh die Batterie Funktionale Sicherheitsmittel und Schutz vor Ausfällen Schutz von Personen vor elektrischen Gefahren. Feuerwehrleute und Rettungskräfte werden speziell geschult, um mit den höheren Spannungen und Chemikalien umzugehen, die bei Unfällen mit Elektro- und Hybridfahrzeugen auftreten. Während bei BEV-Unfällen ungewöhnliche Probleme auftreten können, z. B. Brände und Dämpfe infolge schneller Batterieentladung, sind sich viele Experten einig, dass BEV-Batterien in handelsüblichen Fahrzeugen sicher sind und bei Auffahrunfällen sicherer sind als Fahrzeuge mit Benzinmotor und einem hinteren Benzintank . In der Regel umfasst das Testen der Batterieleistung Folgendes: Ladezustand (SOC) Gesundheitszustand (SOH) Energieeffizienz Performance-Tests simulieren die Fahrzyklen für die Antriebsstränge von BEV (Battery Electric Vehicles), Hybrid-Elektrofahrzeugen (HEV) und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEV) gemäß den erforderlichen Spezifikationen der Automobilhersteller (OEMs). Während dieser Fahrzyklen kann eine kontrollierte Kühlung der Batterie durchgeführt werden, um die thermischen Bedingungen im Fahrzeug zu simulieren. Darüber hinaus gewährleisten Klimakammern konstante Umgebungsbedingungen während der Charakterisierung und ermöglichen die Durchführung der Simulation für den gesamten Fahrzeugtemperaturbereich, der die klimatischen Bedingungen abdeckt. Patente Patente können verwendet werden, um die Entwicklung oder den Einsatz dieser Technologie zu unterdrücken. Patente, die für die Verwendung von Nickel-Metallhydrid-Zellen in Kraftfahrzeugen relevant sind, wurden beispielsweise von einem Ableger der Chevron Corporation, einem Mineralölunternehmen, gehalten, das bei einem Verkauf oder einer Lizenzierung der NiMH-Technologie ein Vetorecht beibehielt. Forschung, Entwicklung und Innovation Die renommierten R & D 100 Awards des R & D Magazine - auch "Oscars of Invention" genannt - für 2008: Das Argonne National Laboratory wurde für die Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterie von EnerDel / Argonne für Hybrid-Elektrofahrzeuge ausgezeichnet - ein äußerst zuverlässiges und extrem sicheres Gerät, das leichter ist, kompakter, leistungsfähiger und länger haltbar ist als Nickel-Metallhydrid (Ni-MH) -Batterien, die heutzutage in Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen. Lawrence Berkeley National Laboratory: Nanostrukturiertes Polymerelektrolyt für wiederaufladbare Lithiumbatterien - Ein Polymerelektrolyt, der die Entwicklung wiederaufladbarer Lithiummetallbatterien mit einer spezifischen Energie ermöglicht, die "hoch genug ist, um elektrische batteriebetriebene Transporttechnologie zu ermöglichen". Zukunft Für batteriebetriebene Fahrzeuge (wie der Nissan Leaf) wird ein jährlicher Verkauf von 100.000 Einheiten in den USA und 1,3 Millionen weltweit im Jahr 2020 prognostiziert - 1,8 Prozent der 71 Millionen Autos, die im Jahr 2020 verkauft werden sollen. Weitere 3,9 Millionen Plug-Ins und Hybride werden weltweit verkauft. Damit wird der gesamte Elektro- und Hybridmarkt auf rund 7 Prozent aller im Jahr 2020 verkauften Autos steigen. Bolloré, ein französischer Automobilzulieferer, entwickelte ein Konzeptfahrzeug "Bluecar" mit Lithium-Metall-Polymer-Batterien, das von einer Tochtergesellschaft Batscap entwickelt wurde. Es hatte eine Reichweite von 250 km und eine Höchstgeschwindigkeit von 125 km / h.