Wie regulieren Schnellladestationen die Ladegeschwindigkeit?

Wenn Sie jemals mit einem toten oder sterbenden Elektroauto an einer Schnellladestation angehalten haben, nur um den Stecker anzuschließen und zu beobachten, wie der Bildschirm des Ladegeräts eine Minute später von 150 kW auf 80 kW springt, haben Sie sich wahrscheinlich gefragt: Warum ändert sich die Geschwindigkeit? Als Anbieter von Schnellladestationen erhalte ich diese Frage ständig von neuen Besitzern von Elektrofahrzeugen, neugierigen Passanten und sogar anderen Geschäftsinhabern, die ihre eigene Ladeinfrastruktur installieren möchten. Die Wahrheit ist, dass die Schnellladegeschwindigkeit nicht festgelegt ist – es ist ein dynamisches Hin und Her zwischen der Ladestation, Ihrem Auto und sogar externen Faktoren wie dem Wetter und der Netznachfrage. Lassen Sie uns erläutern, wie das funktioniert und warum es für jeden wichtig ist, der sich darauf verlässtSchnelles Laden für Elektroautosum ihre Reisen auf Kurs zu halten.

Beginnen wir zunächst mit dem größten Akteur in diesem Tanz: dem Batteriemanagementsystem oder BMS Ihres Elektrofahrzeugs. Stellen Sie sich das BMS als das Gehirn Ihres Akkus vor. Seine Aufgabe besteht darin, jede einzelne Zelle in der Batterie zu überwachen – Temperatur, Ladezustand (SOC), Spannung und sogar wie viel Strom jede Zelle zu einem bestimmten Zeitpunkt sicher verarbeiten kann. Wenn Sie ein Schnellladegerät anschließen, führen das BMS und die eigene Steuereinheit des Ladegeräts (oft als Power Control Unit oder PCU bezeichnet) eine schnelle Kommunikation über ein Standardprotokoll wie CCS oder CHAdeMO. Dieser Chat ist nicht verhandelbar: Er teilt dem Ladegerät mit: „Hey, mein Akku kann im Moment X Energie aufnehmen – geben Sie mir nicht mehr als das, sonst riskiere ich eine Überhitzung oder eine Beschädigung der Zellen.“

Wenn Sie beispielsweise mit einer völlig leeren Batterie an einer Station ankommen, teilt das BMS dem Ladegerät mit, dass die Batterie bereit ist, die volle Leistung aufzunehmen – beispielsweise 350 kW, was bei neueren Elektrofahrzeugen mit großer Reichweite üblich ist. Aus diesem Grund sind neue Besitzer von Elektrofahrzeugen oft schockiert, wenn sie innerhalb von 10 Minuten von 0 % auf 50 % steigen. Aber sobald die Batterie einen Ladezustand von etwa 80 % erreicht, ändert sich die Chemie. Lithium-Ionen-Batterien laden sich am schnellsten auf, wenn ein hoher Ionenfluss von der Kathode zur Anode stattfindet. Sobald die Anode jedoch fast vollständig mit Ionen gesättigt ist, kann sie nicht mehr so ​​viele aufnehmen, ohne dass die Gefahr einer Lithiumplattierung besteht – ein Prozess, bei dem sich Lithiummetall auf der Anode ansammelt, was im Laufe der Zeit zu Kurzschlüssen führen kann. Um dies zu verhindern, weist das BMS das Ladegerät an, die Stromversorgung zurückzuschalten. Plötzlich pumpt das 350-kW-Ladegerät 100 kW ab, und der Ladevorgang für die restlichen 20 % dauert 20 oder 30 statt 10 Minuten. Das ist kein Fehler des Ladegeräts – es ist das BMS, das Ihre Batterie auf lange Sicht schützt. Aus diesem Grund sollte jeder, der eine zuverlässige, skalierbare Infrastruktur sucht, einen Blick darauf werfenSchnellladestationen für ElektroautosEntwickelt, um mit einer breiten Palette von BMS-Kommunikationsprotokollen zu arbeiten.

Als nächstes: die Hardware und das Design des Ladegeräts. Nicht alle Schnellladegeräte sind gleich und ihre Fähigkeit, die Geschwindigkeit im Handumdrehen anzupassen, hängt davon ab, wie sie gebaut sind. Bei den meisten modernen öffentlichen Schnellladegeräten handelt es sich um Gleichstrom-Schnellladegeräte (DCFC), die das Bordladegerät Ihres Autos umgehen und Gleichstrom direkt an die Batterie senden – das ermöglicht die hohen Geschwindigkeiten, auf die wir alle angewiesen sind. Aber selbst der leistungsstärkste DCFC hat Grenzen und kann nur so schnell Strom liefern, wie seine internen Komponenten bewältigen können. Beispielsweise ist ein 50-kW-Ladegerät aufgrund seiner Leistungsmodule, seines Kühlsystems und seiner Verkabelung darauf beschränkt, in der Spitze nur 50 kW zu liefern. Aber selbst ein 150-kW-Ladegerät liefert nicht einfach 150 kW in jedes angeschlossene Auto. Seine PCU ist so programmiert, dass sie die Leistungsabgabe in Echtzeit anpasst, basierend auf den Signalen, die sie vom BMS erhält, aber auch auf der eigenen Hardwarekapazität. Wenn die Innentemperatur des Ladegeräts zu hoch wird – weil es beispielsweise drei Stunden lang ununterbrochen bei 35 Grad Hitze mit 150 kW läuft – drosselt es die Leistung, um Überhitzung und Schäden zu vermeiden. Deshalb sieht man manchmal, dass ein Ladegerät, das hohe Geschwindigkeiten bewältigen sollte, an heißen Sommertagen langsamer läuft: Es schützt sich selbst und damit auch Ihr Auto.

Für diejenigen, die das Laden lieber zu Hause bevorzugen, gilt die gleiche Logik, allerdings bei niedrigeren Leistungsstufen. A50-kW-Heimladegerätarbeitet mit Ihrem BMS zusammen, um die Geschwindigkeit anzupassen. Da das Laden zu Hause jedoch häufig über Nacht erfolgt, wenn Sie die Geschwindigkeit nicht so dringend benötigen, priorisieren diese Ladegeräte in der Regel die Effizienz gegenüber der Spitzenleistung. Sie passen sich trotzdem an: Wenn Ihr BMS anzeigt, dass die Batterie kalt ist, liefern sie möglicherweise weniger Strom, bis die Batterie warm ist, um Schäden zu vermeiden. Wenn im Stromnetz eine Spitzenlast herrscht (z. B. an einem heißen Sommerabend, an dem alle mit Wechselstrom versorgt werden), drosselt Ihr Heimladegerät möglicherweise auch die Leistung etwas, um eine zusätzliche Belastung des örtlichen Stromnetzes zu vermeiden. DeshalbLadestationen zu HauseMit Smart-Grid-Funktionalität ausgestattete Geräte erfreuen sich immer größerer Beliebtheit – sie können sich mit Energieversorgern abstimmen, um die Ladegeschwindigkeit entsprechend den Netzanforderungen anzupassen. Dadurch können Sie außerhalb der Hauptverkehrszeiten oft günstiger laden und gleichzeitig Ihre Batterie gesund halten.

Auch externe Faktoren spielen eine große Rolle dabei, wie Schnellladestationen ihre Geschwindigkeit anpassen, und einer der am meisten unterschätzten Faktoren ist die Temperatur. Batterien sind empfindlich: Sie laden sich nicht gut, wenn es zu kalt oder zu heiß ist. Bei Minustemperaturen bewegen sich Lithiumionen viel langsamer, sodass die chemische Reaktion nicht mithalten kann, selbst wenn Ihr BMS bereit ist, hohe Energie aufzunehmen. Infolgedessen begrenzt das BMS die Ladegeschwindigkeit, um Schäden zu vermeiden. Aus diesem Grund kann es sein, dass Sie mitten an einem kalten Wintertag feststellen, dass Ihr Schnellladegerät in den ersten 10 Minuten des Ladevorgangs nur die Hälfte seiner üblichen Leistung liefert. Wenn die Batterie dagegen zu heiß ist – etwa nach einer 30-minütigen Fahrt auf der Autobahn bei 100 Grad Hitze –, kann der Ionenfluss instabil werden, sodass das BMS den Ladevorgang verlangsamt, bis die Batterie abgekühlt ist. Einige fortschrittliche Schnellladegeräte verfügen außerdem über eine integrierte Batterievorkonditionierung, die die Batterie vor Beginn des Ladevorgangs mit Strom aus dem Netz erwärmt oder kühlt. Wenn Sie mit einem kalten Akku an ein öffentliches Ladegerät fahren, verzögert das Ladegerät möglicherweise die Spitzenleistung um einige Minuten, um den Akku auf die optimale Temperatur (ca. 20–25 °C) zu bringen, bevor es die Geschwindigkeit erhöht, was Ihnen auf lange Sicht Zeit spart.

Ein weiterer wichtiger externer Faktor, insbesondere für öffentliche Schnellladestationen, ist die Netznachfrage. Zu Spitzenzeiten (in der Regel mittags und am frühen Abend) berechnen Energieversorger häufig höhere Strompreise. Um eine Überlastung des Netzes zu vermeiden, installieren viele Ladestationsbetreiber Ladegeräte, die die Leistungsabgabe an die Netzkapazität anpassen können. Wenn ein lokales Netz beispielsweise nur 1 MW Leistung für eine Gruppe von Ladegeräten unterstützen kann und es 10 DCFCs mit jeweils 150 kW gibt, wird das Netzmanagementsystem die Leistung dynamisch zuteilen. Wenn nur ein Auto lädt, kann es die vollen 150 kW erreichen. Wenn zwei Autos gleichzeitig angeschlossen werden, teilt das System die verfügbare Leistung – beispielsweise jeweils 100 kW – auf, sodass keines davon ausgehungert wird und das Netz nicht überlastet wird. Dies ist ein wichtiger Grund, warum moderne öffentliche Ladegeräte intelligenter sind als ältere Modelle. Sie können nicht nur mit Ihrem Auto, sondern auch mit dem örtlichen Stromnetz kommunizieren, um die Geschwindigkeit in Echtzeit anzupassen und so sicherzustellen, dass das Laden für alle effizient ist. Als Lieferant vonÖffentliche Gleichstrom-SchnellladestationLösungen entwerfen wir unsere Einheiten mit integrierten Netzmanagementmodulen, die diese dynamische Anpassung nahtlos ermöglichen, sodass sich Betreiber keine Sorgen machen müssen, dass Netzbeschränkungen die Ladegeschwindigkeit ihrer Kunden beeinträchtigen.

Es ist auch wichtig, mit einem weit verbreiteten Mythos aufzuräumen: Ein Ladegerät mit höherer Leistung ist nicht immer schneller. Ein 350-kW-Ladegerät ist nur so schnell, wie Ihre Batterie Strom aufnehmen kann. Wenn das BMS Ihres Elektrofahrzeugs bei einem bestimmten Ladezustand nur 100 kW verarbeiten kann, erhalten Sie beim Anschließen an ein 350-kW-Ladegerät nur maximal 100 kW, unabhängig von der Leistung des Ladegeräts. Aus diesem Grund sind neuere Elektrofahrzeuge mit größeren, fortschrittlicheren Batteriepaketen für höhere Leistungsniveaus ausgelegt, sodass sie die Vorteile der schnellsten Ladegeräte auf dem Markt nutzen können. Beispielsweise kann ein Tesla Model 3 mit einer 75-kWh-Batterie bis zu 250 kW aufnehmen, während ein älterer Nissan Leaf mit einer 40-kWh-Batterie maximal etwa 50 kW leistet. Wenn ein Leaf also an ein 350-kW-Ladegerät angeschlossen wird, lädt er den größten Teil der Ladung nur mit 50 kW, bis er die obere SOC-Grenze erreicht, und verlangsamt dann noch mehr. Diese Diskrepanz ist beabsichtigt und es geht um die Langlebigkeit und Sicherheit der Batterie.

Was bedeutet das also für Sie als Fahrer eines Elektrofahrzeugs oder als Unternehmen, das eine Ladeinfrastruktur installieren möchte? Wenn Autofahrer wissen, wie sich die Ladegeschwindigkeit anpasst, können sie lange Fahrten stressfreier gestalten. Wenn Sie an einem Ladegerät ankommen und es langsamer läuft als angegeben, ist es fast nie ein defektes Ladegerät – es liegt am BMS, das Ihren Akku schützt, am Ladegerät, das sich selbst kühlt, oder an einem Faktor wie der Temperatur. Für Unternehmen bedeutet die Auswahl der richtigen Ladestationen, mit Lieferanten zusammenzuarbeiten, die Ladegeräte bauen, die effektiv mit allen modernen EV-BMS-Systemen kommunizieren, externe Netzanforderungen bewältigen und sich an reale Bedingungen anpassen können.

Wenn Sie bereit sind, in die Schnellladeinfrastruktur für Ihr Unternehmen, Ihre Immobilie oder Ihren Fuhrpark zu investieren, sind wir für Sie da. Unser Sortiment an Schnellladestationen für Elektroautos ist mit modernsten Kommunikationsprotokollen, intelligenter Leistungsanpassung und integrierten Sicherheitsfunktionen ausgestattet, um jederzeit ein zuverlässiges Laden jedes Elektroautos zu gewährleisten. Ganz gleich, ob Sie nach öffentlichen Gleichstrom-Schnellladegeräten oder Heimladelösungen wie unserem 50-kW-Heimladegerät suchen oder Hilfe bei der Auswahl der richtigen Konfiguration für Ihre Anforderungen benötigen, unser Team kann Sie durch jeden Schritt des Prozesses begleiten. Kontaktieren Sie uns, um mehr darüber zu erfahren, wie unsere Ladelösungen Ihre Anforderungen erfüllen und Ihre Kunden oder Fahrer aufgeladen und mobil halten können.

Referenzen

1. Nationales Labor für erneuerbare Energien (NREL). (2022). Gleichstrom-Schnellladeleistung und Batteriesicherheit. US-Energieministerium.
2. Internationale Energieagentur (IEA). (2023). Schnellladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge: Technologie, Einsatz und Politik.
3. Gesellschaft der Automobilingenieure (SAE). (2021). Standard für konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge (SAE J1772/CCS).
4. Batterieuniversität. (2022). Grundlagen zum Laden von Lithium-Ionen-Batterien. Cadex Electronics Inc.
5. Internationale Elektrotechnische Kommission (IEC). (2020). Sicherheitsanforderungen für Gleichstrom-Schnellladestationen (IEC 61851-23).