Ladevorgang

Ladezyklus [8][21]

Der Ladevorgang einer Lithium-Ionen-Zelle ist ein komplexer physikalischer Prozess, der maßgeblich von der Zellchemie, der Temperatur und der gewählten Ladestrategie beeinflusst wird. 

C-Rate [21]

Die C-Rate ist kapazitätsnormierte Einheit, die das Verhältnis zwischen dem Ladestrom und der Gesamtkapazität der Batterie beschreibt. Sie gibt an, wie schnell eine Batterie im Bezug zu ihrer Gesamtgröße geladen oder entladen wird.

Eine C-Rate von 1 entspricht einer vollständigen Ladung der Batterie in einer Stunde. Bei einer 450 kWh Batterie müsste somit konstant ein Ladestrom von 450 kW anliegen, um eine C-Rate von 1 zu erreichen.

Ab einer C-Rate von 2 spricht man von einem Schnellladevorgang. Dieser theoretische Ladevorgang hat eine Dauer von nur 30 Minuten. 

In aktuellen Elektrofahrzeugen und elektrischen Baumaschinen ist die C-Rate meist auf 1C bis 1,5C begrenzt. Höhere Laderaten sind meist zwar möglich, wirken jedoch auf Dauer deutlich batterieschädigend. Ein Fahrzeug, welches ausschließlich schnellgeladen wird weist eine deutlich erhöhte Alterung verglichen mit einem nur langsam geladenen Fahrzeug auf. Wenn die C-Rate zu hoch oder die Ladetemperatur zu niedrig ist, können die Ionen nicht schnell genug an die Anode diffundieren. Es kommt zu Lithium-Plating, bei dem sich metallisches Lithium auf der Oberfläche der Anode ablagert, anstatt in sie einzudringen. Dies führt zu dauerhaften Kapazitätsverlusten und kann interne Kurzschlüsse durch Dendritenbildung verursachen.

Baustellenladeinfrastruktur [10][22]

Der neue Volvo EC230 Electric weist eine maximale Ladeleistung von 250 kW auf. Um diese Ladeleistung auf einer Baustelle zu erreichen, benötigt man eine stabile Stromversorgung auf der Baustelle selbst. Ist diese Voraussetzung nicht gegeben, kann die Baumaschine gegebenenfalls nicht schnell genug aufgeladen werden, um effizient eingesetzt werden zu können. 

Standardmäßig liegt die Lösung vor, die Baumaschine langsam über Nacht aufzuladen. Diese Lösung schont die Batterie und kann beispielsweise durch ein mobiles 40 kW-Ladegerät realisiert werden. Die 450 kWh Batterie des Volvo EC230 Electric kann so in knapp 9 Stunden von 0 auf 100 % geladen werden. Es liegt eine C-Rate von lediglich 1/9 vor. Diese Lösung setzt allerdings voraus, dass die Batterielaufzeit der Baumaschine den gesamten Tag über ausreicht. 

Eine weitere Lösung für die allermeisten Baustellen ist der Einsatz einer mobilen Ladeeinheit als Pufferspeicher. Eine Lösung kommt ebenfalls von Volvo direkt, der PU500. Diese Speichereinheit verfügt über einen internen 540 kWh Speicher und ist in der Lage, extern Baumaschinen mit bis zu 240 kW zu laden.

Ein weiterer Vorteil eines mobilen Stromspeichers ist die Pufferung von hohen Strompreisen zu Lastspitzen. Strom kann mit Hilfe eines flexiblen Stromvertrags günstig in Zeiten geringer Auslastung eingekauft und gespeichert werden. So wird auch die Schnellladung eines großen Baugeräts zu Zeiten hoher Auslastung nicht teurer als geplant. Dank zweier Gabelöffnungen ist der Transport des mobilen Speichers ebenfalls einfach, so kann er immer dort eingesetzt werden, wo er gebraucht wird.