Lithium-Ionen-Batterie für Elektrofahrzeuge

Batterie für Elektrofahrzeuge

Eine Elektrofahrzeugbatterie (EVB, auch Traktionsbatterie genannt) ist eine Batterie, die verwendet wird, um die Elektromotoren eines batterieelektrischen Fahrzeugs (BEV) mit Strom zu versorgen. Diese Batterien sind normalerweise wiederaufladbare Batterien und sind typischerweise Lithium-Ionen-Batterien. Diese Batterien sind speziell für eine hohe Amperestunden- (oder Kilowattstunden-) Kapazität ausgelegt.

Batterien für Elektrofahrzeuge unterscheiden sich von Starter-, Beleuchtungs- und Zündbatterien (SLI), da sie darauf ausgelegt sind, über längere Zeiträume Strom zu liefern, und zyklenfeste Batterien sind. Batterien für Elektrofahrzeuge zeichnen sich durch ihr relativ hohes Leistungsgewicht, spezifische Energie und Energiedichte aus; Kleinere, leichtere Batterien sind wünschenswert, weil sie das Gewicht des Fahrzeugs reduzieren und daher seine Leistung verbessern. 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.

Geschichte der Fahrzeugbatterie

Die gängigsten Batterietypen in modernen Elektrofahrzeugen sind Lithium-Ionen und Lithium-Polymer, aufgrund ihrer hohen Energiedichte im Vergleich zu ihrem Gewicht. Andere Arten von wiederaufladbaren Batterien, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden, umfassen Blei-Säure ("geflutete", zyklenfeste und ventilregulierte Blei-Säure), Nickel-Cadmium, Nickel-Metallhydrid und seltener Zink-Luft und Natriumnickel Chlorid ("Zebra")-Batterien.[1]Die in Batterien gespeicherte Elektrizitätsmenge (dh elektrische Ladung) wird in Amperestunden oder in Coulomb gemessen, wobei die Gesamtenergie oft in Kilowattstunden gemessen wird. Seit den späten 1990er Jahren wurden Fortschritte in der Lithium-Ionen-Batterietechnologie durch die Nachfrage von tragbaren Elektronikgeräten, Laptops, Mobiltelefonen und Elektrowerkzeugen vorangetrieben. Der BEV- und HEV-Markt hat von diesen Fortschritten sowohl bei der Leistung als auch bei der Energiedichte profitiert. Im Gegensatz zu früheren Batteriechemien, insbesondere Nickel-Cadmium, können Lithium-Ionen-Batterien täglich und bei jedem Ladezustand entladen und wieder aufgeladen werden.

Batterie für rein elektrische Fahrzeugbatterien mit niedriger Geschwindigkeit

Interne Komponenten

Batteriepack-Designs für Elektrofahrzeuge sind komplex und variieren stark je nach Hersteller und spezifischer Anwendung. Sie enthalten jedoch alle eine Kombination aus mehreren einfachen mechanischen und elektrischen Komponentensystemen, die die grundlegenden erforderlichen Funktionen des Pakets ausführen.

Die eigentlichen Batteriezellen können unterschiedliche chemische Eigenschaften, physikalische Formen und Größen haben, wie von verschiedenen Packungsherstellern bevorzugt. Batteriepakete enthalten immer viele diskrete Zellen, die in Reihe und parallel geschaltet sind, um die gesamten Spannungs- und Stromanforderungen des Pakets zu erfüllen. Batteriepakete für Elektrofahrzeuge mit Elektroantrieb können mehrere hundert Einzelzellen enthalten. Jede Zelle hat je nach chemischer Zusammensetzung eine Nennspannung von 3-4 Volt.

Um die Herstellung und den Zusammenbau zu unterstützen, wird der große Zellstapel typischerweise in kleinere Stapel gruppiert, die als Module bezeichnet werden. Mehrere dieser Module werden in einem Paket zusammengefasst. Innerhalb jedes Moduls werden die Zellen zusammengeschweißt, um den elektrischen Pfad für den Stromfluss zu vervollständigen. Module können auch Kühlmechanismen, Temperaturwächter und andere Geräte enthalten. Module müssen für eine optimale Leistung innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs bleiben. In den meisten Fällen ermöglichen Module auch die Überwachung der von jeder Batteriezelle im Stapel erzeugten Spannung mithilfe eines Batteriemanagementsystems (BMS).

Der Batteriezellenstapel hat eine Hauptsicherung, die den Strom des Stapels im Kurzschlusszustand begrenzt. Ein „Service Plug" oder „Service Disconnect" kann entfernt werden, um den Batteriestapel in zwei elektrisch isolierte Hälften zu teilen. Wenn der Wartungsstecker entfernt ist, stellen die freigelegten Hauptanschlüsse der Batterie keine hohe potenzielle elektrische Gefahr für Wartungstechniker dar.

Der Batteriesatz enthält auch Relais oder Schütze, die die Verteilung der elektrischen Energie des Batteriesatzes zu den Ausgangsanschlüssen steuern. In den meisten Fällen gibt es mindestens zwei Hauptrelais, die den Batteriezellenstapel mit den positiven und negativen Hauptausgangsanschlüssen des Pakets verbinden, die dann den elektrischen Antriebsmotor mit hohem Strom versorgen. Einige Packungsdesigns enthalten alternative Strompfade zum Vorladen des Antriebssystems über einen Vorladewiderstand oder zum Speisen eines Hilfsbusses, der auch seine eigenen zugeordneten Steuerrelais hat. Aus Sicherheitsgründen sind diese Relais alle normalerweise offen.

Das Batteriepaket enthält auch eine Vielzahl von Temperatur-, Spannungs- und Stromsensoren. Das Sammeln von Daten von den Packsensoren und die Aktivierung der Packrelais werden durch die Battery Monitoring Unit (BMU) oder das Battery Management System (BMS) des Packs erreicht. Das BMS ist auch für die Kommunikation mit dem Fahrzeug außerhalb des Batteriepacks verantwortlich.

Bereichsparität

Reichweitenparität bedeutet, dass das Elektrofahrzeug die gleiche Reichweite hat wie ein durchschnittliches Vollverbrennungsfahrzeug mit Batterien mit einer spezifischen Energie von mehr als 1 kWh/kg. Eine höhere Reichweite bedeutet, dass die Elektrofahrzeuge ohne Aufladen mehr Kilometer zurücklegen würden.

Kosteneinsparung

In Bezug auf die Betriebskosten beträgt der Strompreis für den Betrieb eines BEV nur einen kleinen Bruchteil der Kraftstoffkosten für gleichwertige Verbrennungsmotoren, was eine höhere Energieeffizienz widerspiegelt.