Warum das Laden von Elektrofahrzeugen nach 80 Prozent langsamer wird

Jede DC-Schnellladung folgt einer ähnlichen Form. Die Leistung steigt auf das, was das Gehäuse und das Fahrzeug vereinbaren, hält eine Weile und fällt dann lange weg, bevor die Batterie voll ist. Fahrer deuten diesen Fall oft als Fehler oder als absichtlich drosseln des Chargers.

Beides ist normalerweise nicht der Fall. Das Ladegerät folgt einer im Fahrzeug festgelegten Begrenzung, und diese Begrenzung dient dem Schutz der Zellen. Die nützliche Frage ist nicht, warum die Leistung abfällt, sondern wo die Ecke an einem bestimmten Tag liegt und warum sie sich bewegt.

Wie die Ladekurve tatsächlich aussieht

Eine Schnellladung ist kein durchgehender Prozess. Sie verläuft in zwei Regimen, und der Übergang zwischen ihnen nennt man die Kurve.

Im ersten Regime hält das Fahrzeug einen festen Strom und lässt die Spannung steigen, wenn das Paket sich füllt. Da die Leistung die Spannung multipliziert mit dem Strom ist und der Strom konstant ist, während die Spannung steigt, steigt auch die Ausgangsleistung mit. Deshalb beginnt eine Sitzung oft mit einem bescheidenen Betrag und baut sich in den ersten Minuten auf die Kabinettsbewertung zu.

Irgendwann erreicht die Zellspannung ihre obere Grenze. Von dort aus wechselt das Fahrzeug die Strategie: Es hält die Spannung stabil und lässt stattdessen den Strom abfallen. Die Spannung steigt nicht mehr an, sodass die Leistung im Gleichschritt mit dem Strom übergeht. In diesem zweiten Regime tritt der sichtbare Abfall auf, und er kann dramatisch wirken, weil der Strom zunächst schnell abfällt und sich dann abflacht, wenn das Feld sich dem Vollpack nähert.

Die Ecke zwischen den beiden wird oft Knie genannt. Es ist ein Übergang, kein Schalter, und es ist selten ein scharfer Punkt auf einem Graphen.

Warum die Batterie den vollen Strom bei hohem Ladezustand nicht aufnehmen kann

Laden füllt keinen Tank. Sie bewegt Lithiumionen in die Zwischenräume des Elektrodenmaterials, und diese Räume sind endlich. Wenn das Rucksack fast voll ist, sind die meisten davon vergeben.

Strom schneller hereindrücken, als sich die Ionen absetzen können, und sie werden nicht höflich in die Warteschlange gelegt. Einige von ihnen lagern sich als Lithiummetall auf der Oberfläche ab, anstatt in die Struktur einzudringen. Diese Anzahlung ist schwer rückgängig zu machen. Er entzieht dauerhaft die Kapazität und schafft unter falschen Bedingungen einen Weg für interne Kurzschlüsse. Das Batteriemanagementsystem existiert teilweise, um dies zu verhindern, und tut dies, indem der geforderte Strom beim Auffüllen der Zellen gesenkt wird.

Es gibt einen zweiten Grund, der in diese Richtung hindeutet: Der interne Widerstand steigt nahe der vollen Ladung. Der gleiche Strom erzeugt in einem fast vollen Pack mehr Wärme als in einem leeren, und Wärme ist das, was die Lebensdauer der Zellen verkürzt. Der Taper schützt also zwei Dinge gleichzeitig: Kapazität und Temperatur.

Ist 80 Prozent eine Einstellung oder ein Zufall

Es ist eher ein Zufall, der zur Gewohnheit geworden ist.

In den meisten öffentlichen Ladesystemen kennt das Ladegerät den Ladezustand des Fahrzeugs nicht. Das Fahrzeug weiß es, und das Fahrzeug ist die Seite, die entscheidet, wie viel Strom angefordert wird. Das Ladegerät liefert, was gewünscht wird, bis zu seiner eigenen Fähigkeit. Ein fester Schnitt bei einem bestimmten Ladezustand ist also nichts, was der Ladegerät vorschreibt; Es ist nicht in der Lage dazu.

Was passiert, ist, dass bei vielen Packs das Knie irgendwo im oberen Bereich liegt, und 80 Prozent werden zur Kurzform dafür in Fahrertipps und Fahrzeugeinstellungen, die ein Ladelimit anbieten. Bei einem anderen Rucksack oder demselben Rucksack an einem anderen Tag kann die Ecke deutlich höher oder tiefer liegen.

Vier Dinge beeinflussen es: Packtemperatur, der Ladezustand der Sitzung, wie gut die Zellen ausbalanciert sind und die Chemie der Zellen. Ein Fahrzeug, das mit 60 Prozent ankommt, sieht keinen flachen Teil der Kurve, da es bereits hinter dem Knie beginnt. Ein Kaltpack kann sich deutlich früher ablassen, als die Fahrer erwarten.

Chemie ist wichtiger, als die meisten Fahrer denken. Packs mit einer sehr flachen Spannungskurve geben dem Managementsystem weniger Arbeitsaufwand bei der Ladungsschätzung, sodass die Strategie für den oberen Bereich anders aussehen kann als bei einem Pack, dessen Spannung stetig steigt. Das ist einer der Gründe, warum zwei Autos auf demselben Ladegerät sichtbar unterschiedliche Kurven erzeugen können.

Die zwei Zahlen, die es wert sind, auf der Seite gelesen zu

Wenn eine Sitzung falsch aussieht, reicht eine Zahl nicht aus, um zu sagen, wer verantwortlich ist. Zwei sind: der Strom, den das Fahrzeug anfordert, und der Strom, den das Ladegerät tatsächlich liefert.

Gemeinsam gelesen, trennen sie die drei wichtigen Fälle:

• <starker Stil="Farbe: #2f3b38;">Beide fallen zusammen. Das Fahrzeug reduziert seine Anfrage. Das Ladegerät liefert, was gewünscht wurde, und das Limit liegt im Paket.
• <strong style="color: #2f3b38;">Die Anfrage bleibt hoch, während die Lieferung sinkt. Das Ladegerät ist die begrenzende Seite. Das weist auf die Schranktemperatur, den Modulstatus, die Kabeltemperatur oder eine Zuweisung auf Standortebene hin, und es ist ein Gespräch für den Lieferanten und nicht für den Treiber.
• Beide sind von der ersten Minute an niedrig. Nichts verjüngt sich; Die Sitzung erreichte keinen hohen Wert. Das ist ein anderes Problem – Connector, Handshake oder ein Standort, der die Kapazität zwischen den Connectoren teilt.

Eine Vorsicht bei der ersten Zahl. Die Anfrage ist nur sichtbar, wenn Fahrzeug und Ladegerät sie im Rahmen einer hochrangigen Kommunikationssitzung austauschen. Bei einem einfachen Händedruck weiß das Ladegerät, wie viel Strom das Fahrzeug aufnehmen kann, aber nicht, warum es sich ändert. In diesem Fall vergleichen Sie das Ladegeräteprotokoll mit den eigenen Angaben des Fahrzeugs für die gleichen Minuten.

Ein einziger Screenshot beweist in beide Richtungen sehr wenig. Zwanzig Minuten beider Werte, zusammengespielt, zeigen, wo sich die beiden Linien trennen, und genau in diesem Moment erscheint die Antwort.

Warum manche Fahrzeuge früher verjüngen als andere

Zwei Autos im selben Schrank bei derselben Startladung können Kurven erzeugen, die sich kaum ähneln. Die Gründe sind hauptsächlich Eigenschaften des Fahrzeugs.

Packgröße relativ zur Ladeleistung. Ein kleiner Pack, der einen großen Strom zieht, belastet jede Zelle härter als ein großer Pack, der denselben Strom zieht. Das kleine Rudel erreicht früher sein Limit pro Zelle, sodass sein Knie früher in der Sitzung ankommt.

Thermischer Pfad. Packs mit aktiver Kühlung können einen höheren Strom länger halten, weil sie die Wärme abziehen können, die der Strom erzeugt. Rucksäcke, die auf Luft angewiesen sind oder nach einer langen Fahrt heiß ankommen, lassen in der Regel schneller nach.

Management-Policy. Zwei Hersteller können dieselbe Zelle verwenden und unterschiedliche Grenzen festlegen. Einer ermöglicht mehr Strom und akzeptiert mehr Verschleiß; Das andere ist konservativ und schützt die Langlebigkeit. Beide sind technische Optionen, und keine ist auf einem Spezifikationsblatt sichtbar.

Zellbalance und Alter. Die schwächste Zelle im Paket setzt das Limit für das ganze Paket. Ein Paket mit driftenden Zellen erreicht seine obere Spannung auf einer Zelle, während die anderen noch Platz haben, und der Strom fällt frühzeitig ab, aus einem Grund, der nichts mit dem Ladegerät zu tun hat.

Was das für das Standortdesign bedeutet

Spitzenleistung ist eine Größenfigur. Was eine Seite tatsächlich verkauft, ist Energie, die innerhalb eines Zeitfensters geliefert wird, und die Kurve verbindet beides.

Zwei Standorte mit gleicher Leistung können in zwanzig Minuten deutlich unterschiedliche Energiemengen abgeben, weil eine ihre Figur länger vor dem Knie hält und die andere nicht. Wenn ein Standort ausschließlich um das Namensschild herum geplant ist, zeigt sich dieser Unterschied später als Warteschlangen zur geschäftigsten Stunde, wobei die Kabinette berichten, dass sie nicht mit voller Leistung waren.

Die praktischen Fragen für eine Seite beziehen sich daher auf die Fahrzeuge, die sie erwartet, nicht auf das Gehäuse: Mit welchem Ladezustand kommen Fahrer typischerweise an, wie lange bleiben sie und wie viel Energie in diesen Zustand passt. Ein Autobahngelände, auf dem Fahrer fünfzehn bis zwanzig Minuten bleiben, ist ein anderes Problem als ein Arbeitsplatz, an dem Autos sechs Stunden stehen und die Kurven nicht die gleiche Form haben.

Auf der Geräteseite lohnt sich eine Spezifikationszeile: das konstante Stromfenster. Er beschreibt das Spannungsband, über das das Ladegerät seine Nennleistung halten kann. Ein breites Fenster bedeutet, dass das Ladegerät weniger wahrscheinlich zur begrenzenden Seite wird, wenn die Packspannung zwischen verschiedenen Fahrzeugen steigt. Der Taper oberhalb des Knies gehört trotzdem zum Fahrzeug. Als Beispiel für diese Formulierung gibt der 120 kW und 180 kW DC-Modelle listen ein konstantes Leistungsfenster von DC von 300–1000 V an.

Nichts davon macht den Drop nach dem Knie zu einem zu lösenden Problem. Es ist die Form der Akzeptanz der Batterie, und die Ausrüstung folgt ihr. Was es wert ist, gelöst zu werden, ist die Diskrepanz, die entsteht, wenn eine Seite für einen Gipfel ausgelegt ist, den kein Fahrzeug davor lange nutzen kann.

Falls die Begriffe in diesem Artikel neu sind, werden die Definitionen von Ladeleistung, Geschwindigkeit und ihrer kommerziellen Verwendung separat in Was ein DC-Schnelllader ist.