Optimales Thermomanagement der Batterie Alltagstauglichkeit des Elektrofahrzeugs im Fokus

Ladeleistung kontra Ladegeschwindigkeit: 
Was macht eine hohe Ladeperformance aus?
Ladeleistung kontra Ladegeschwindigkeit: Was macht eine hohe Ladeperformance aus?

Wie alltagstauglich ist ein Stromer insbesondere in Hinblick auf den Ladevorgang? Wer auf eine kurze Standzeit an der Ladesäule wert legt, sollte genau hinzuschauen, denn die Ladegeschwindigkeit ist aussagekräftiger als die reine Ladeleistung.

Die meisten Ladevorgänge eines Elektroautos finden in der Regel zu Hause oder am Arbeitsplatz statt, wo die Ladezeit keine wesentliche Rolle spielt. Hingegen zählt auf der Langstrecke jede Minute und schnelles Aufladen ist essentiell. Nach einer kurzen Pause sollte das Auto wieder bereit für die nächste Etappe sein. Viele Nutzer orientieren sich daher an der maximalen Ladeleistung des Elektroautos, um die Ladeeigenschaften zu beurteilen. Doch dieser Wert ist nur bedingt aussagefähig, wenn es um das zügige Tanken von Reichweite an einer Schnellladesäule geht. Wichtig für eine kurze Ladedauer ist eine hohe Ladegeschwindigkeit über den gesamten Ladevorgang. Sprich: Eine hohe Ladeleistung muss über einen möglichst langen Zeitraum anliegen. Hier überzeugen Audis e-tron Modelle, wie der Hersteller betont.

Die Fähigkeit des High-Power-Chargings (HPC) mit möglichst hoher Leistung an der Ladesäule ist zwar eine notwendige Voraussetzung, aber nicht der alles entscheidende Faktor. Mindestens genauso wichtig ist die hohe Stromaufnahme der Batterie über einen weiten Bereich des Ladevorgangs. Lädt das Auto hingegen nur in einem vergleichsweise kleinen Fenster mit Höchstleistung und muss frühzeitig herunterregeln, nimmt damit gleichzeitig auch die Ladegeschwindigkeit ab. Somit ist die Ladegeschwindigkeit durch eine ideale Ladekurve mit lange anliegender Höchstleistung das wichtigere Kriterium in Sachen Ladeperformance und letztendlich der Garant für eine kurze Standzeit an der Ladesäule. Neben dem Durchschnittsverbrauch hängt von ihr ab, wie viel Reichweite im Schnitt über einen definierten Zeitraum, beispielsweise innerhalb von zehn Minuten, nachgeladen werden kann.

Die Ladekurve macht den Unterschied: Die Kurve an einer HPC-Säule mit 150 kW Leistung zeichnet sich durch Kontinuität auf hohem Niveau aus. Das Auto lädt bei idealen Bedingungen im Bereich von 5 bis 70 Prozent Ladezustand an der Schwelle der maximalen Leistung, bevor das intelligente Batteriemanagement die Stromstärke absenkt. Ein großer Unterschied zu anderen Konzepten, die ihre volle Leistung meist nur für kurze Zeit – im sogenannten Peak – erreichen und bereits weit vor Erreichen der 70-Prozent-Schwelle deutlich herunterregeln. Im Alltag bedeutet das einen elementaren Vorteil: Für rund 110 km Reichweite steht man im Idealfall knapp 10 Minuten an der Ladesäule. Die 80 Prozent-Marke erreicht der Audi e-tron 55 nach circa 30 Minuten. Obwohl es aus technischen Gründen deutlich mehr Zeit in Anspruch nimmt, die verbleibenden 20 Prozent einer Lithium-Ionen-Batterie zu füllen, dauert das Vollladen (5 bis 100 Prozent Ladezustand) an einer HPC-Säule rund 45 Minuten.

Schnelleres Laden durch optimiertes Thermomanagement

Die Lithium-Ionen-Batterie des Audi e-tron 55 hat eine Bruttokapazität von 95 kWh (netto 86,5 kWh) und ist auf eine lange Lebensdauer ausgelegt. Ihr  Thermomanagement legt die Basis für eine ausgewogene Performance und Dauerhaltbarkeit. Eine Flüssigkeitskühlung sorgt dafür, dass sich die Batterietemperatur auch bei hoher Belastung oder tiefen Temperaturen im optimalen Wirkungsbereich von 25 bis 35 °C bewegt. In den insgesamt 40 m Kühlleitungen der vier Kühlkreisläufe zirkulieren 22 l Kühlmittel. Beim Gleichstromladen mit 150 kW führt kaltes Kühlmittel die Wärme ab, die durch elektrische Innenwiderstände in der Batterie entsteht. Das Herzstück des Kühlsystems sind Strangpressprofile – optisch vergleichbar mit einem Lattenrost – die von unten an das Batteriesystem geklebt sind. Ein neu entwickelter, wärmeleitfähiger Klebstoff verbindet die Kühleinheit mit dem Batteriegehäuse. Den Kontakt zwischen Gehäuse und den darin platzierten Zellmodulen stellt wiederum der Gap-Filler her – ein wärmeleitfähiges Gel, das unter jedem Zellmodul den Zwischenraum zum Gehäuse füllt. Es leitet die entstehende Abwärme der Zellen gleichmäßig über das Batteriegehäuse in das Kühlmittel. Die räumliche Trennung von kühlwasserführenden Elementen und Batteriezellen erhöht zudem die Sicherheit des Gesamtsystems. Ein weiterer positiver Nebeneffekt dieser Konstruktion ist die hohe Widerstandskraft im Crashfall.