Die Zukunft von Hochvolt-Elektrofahrzeugen (EVs): Die Bedeutung von Batterieleistung und Sicherheitsmaßnahmen

In den letzten Jahren haben Elektrofahrzeuge (EVs) als Symbol der Elektrifizierung im Zuge der Weiterentwicklung technologischer Innovationen, die unter dem Sammelbegriff „CASE“ zusammengefasst werden und Konnektivität, Automatisierung, gemeinsame Nutzung und Elektrifizierung umfassen, besondere Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Man kann sagen, dass die weitverbreitete Nutzung von Elektrofahrzeugen ein wichtiger Schritt hin zu einer nachhaltigen Gesellschaft ist. In diesem Artikel werden die Rolle von Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen, die Hintergründe des Trends zu höheren Batteriespannungen und Sicherheitsmaßnahmen, einschließlich der Lösungen von Dexerials, ausführlich beleuchtet.

Die Verbreitung von Elektrofahrzeugen (EVs)

Die Verbreitung von Elektrofahrzeugen beschleunigt sich, da die Länder als Reaktion auf die nachhaltigen Entwicklungsziele, Umweltbelange und den Trend zur Reduzierung der Kohlendioxid-Emissionen Subventionen gewähren. Neben der starken politischen Unterstützung durch die Regierung trägt auch das wachsende Umweltbewusstsein der Verbraucher zum Wachstum des Marktes für Elektrofahrzeuge bei. Darüber hinaus fördert der Eintritt neuer Hersteller von Elektrofahrzeugen aus Nordamerika, China und Südostasien in verschiedene nationale Märkte, darunter auch Japan, ihre Verbreitung. Vor diesem Hintergrund gibt es heute mehr Möglichkeiten, Elektrofahrzeuge auf Automessen, in Autohäusern, bei Veranstaltungen und in Sonderbereichen in Einkaufszentren zu sehen.
Da Elektrofahrzeuge über Batterien und Motoren angetrieben werden, sind sie sowohl innerhalb als auch außerhalb des Fahrzeugs leiser als benzinbetriebene Fahrzeuge und gelten als umweltfreundlich, da sie keine Abgase ausstoßen. Durch die Einführung neuer Subventionen konnte der hohe Preis des Geräts abgefedert werden, was den Kauf für den Normalverbraucher erleichterte. Laut der Internationalen Energieagentur (IEA) werden die weltweiten Verkäufe neuer Elektrofahrzeuge (nur Personenkraftwagen) im Jahr 2023 etwa 14 Millionen Einheiten erreichen, was einem Anstieg von 35 % gegenüber dem Vorjahr entspricht*. Insbesondere China verzeichnete mit 8,1 Millionen Einheiten die höchsten Verkaufszahlen von Elektrofahrzeugen, gefolgt von Europa mit 3,3 Millionen Einheiten und den Vereinigten Staaten mit 1,39 Millionen Einheiten. Fast 60 % des weltweiten Absatzes von Elektrofahrzeugen entfallen auf China, gefolgt von Europa und den Vereinigten Staaten.
*Quelle: Trends bei Elektroautos – Global EV Outlook 2024 – Analyse – IEA

Lithium-Ionen-Batterien in Elektrofahrzeugen (EVs)

Batteriepacks mit Lithium-Ionen-Batterien spielen auf dem schnell wachsenden Markt für Elektrofahrzeuge eine entscheidende Rolle. Verbesserungen der Batterieleistung stehen in direktem Zusammenhang mit Reichweite, Gewicht und Ladekosten. Die Automobilhersteller versuchen, sich durch ihre eigenen, einzigartigen Designmethoden von der Konkurrenz abzuheben.
In der Anfangsphase des Marktes dominierten Elektrofahrzeuge mit prismatischen Batteriepaketen den Markt. Ein nordamerikanischer Hersteller von Elektrofahrzeugen entwickelte jedoch später ein Batteriepaket, das aus mehreren Tausend zylindrischen Lithium-Ionen-Batterien bestand und sich schnell auf dem Markt verbreitete. Jedes dieser Pakete war daraufhin in der Lage, sich durch die Verwendung eigener, einzigartiger Designmethoden von der Konkurrenz abzuheben. In jüngster Zeit experimentieren chinesische Hersteller mit unterschiedlichen Formen und Designs, darunter auch klingenförmigen Batterien.

Die Technologie der Lithium-Ionen-Akkus hat sich erheblich weiterentwickelt. Es bestehen Forderungen nach höherer Energiedichte, schnelleren Ladegeschwindigkeiten und längerer Akkulebensdauer. So wird beispielsweise erwartet, dass Festkörperbatterien mit festen Elektrolyten sicherer sind und eine höhere Energiedichte aufweisen als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Dadurch lässt sich die Reichweite von Elektrofahrzeugen noch weiter steigern.
Darüber hinaus sind auch die Zellanordnung und effiziente Kühlsysteme wichtige Faktoren beim Batteriedesign. Die Zellanordnung maximiert die Energiedichte, während das Kühlsystem für eine angemessene Temperaturregelung sorgt, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern und die Sicherheit zu gewährleisten. Diese technologischen Fortschritte machen Elektrofahrzeuge immer leistungsfähiger.

Erhöhung der Spannung von Fahrzeugbatterien auf 800 V

Derzeit verfügen einige Elektrofahrzeuge über eine Batteriespannung, die von den herkömmlichen 400 V auf 800 V erhöht wird. Dies ermöglicht kürzere Ladezeiten und größere Reichweiten. Durch die Spannungserhöhung auf 800V wird die Effizienz der Ladeinfrastruktur verbessert und der Nutzerkomfort deutlich gesteigert.
Die Erhöhung der Spannung auf 800 V bietet unter anderem folgende Vorteile:

• Kürzere Ladezeiten: Mit einem 800-V-System kann eine Reichweite von 400 km in rund 20 Minuten erreicht werden
• Verbesserte Leistungscharakteristik: Hohe Spannung ermöglicht kleinere und leichtere Antriebsmotoren
• Effizientere Ladeinfrastruktur: Höhere Spannungen reduzieren den Strom, der zur Übertragung der gleichen Energie benötigt wird, was eine geringere Erwärmung der Kabel und effizientere Ladegeräte bedeutet.

Das Ziel für Elektrofahrzeuge besteht darin, eine Reichweite von 400 bis 500 km zu erreichen, die mit der von herkömmlichen Benzinfahrzeugen vergleichbar ist. Durch die höhere Spannung ist ein schnelles Aufladen möglich, wodurch in kurzer Zeit eine ausreichende Reichweite gewährleistet ist. Darüber hinaus lässt sich durch eine Erhöhung der Spannung die Stromstärke reduzieren, wodurch die vom Kabel erzeugte Wärmemenge verringert werden kann und die Drähte leichter und dünner gemacht werden können. Dadurch wird auch die Gesamteffizienz des Fahrzeugs verbessert und seine Reichweite kann möglicherweise noch weiter erhöht werden.
Andererseits muss auch die Ladeinfrastruktur 800V kompatibel sein. In Europa werden zunehmend Ladegeräte mit einer hohen Leistung von 150 kW und 800 V-Kompatibilität installiert und etablieren sich dort als Mainstream. In Japan sind Ladegeräte mit 50 kW (400 V, 125 A) weit verbreitet, es entstehen jedoch auch Ladestandards, die 400 kW (1000 V, 400 A) unterstützen. Aus diesen Gründen heißt es, dass in Japan und China der Grundstein für die Umstellung von Elektrofahrzeugen auf 800 V gelegt werde. Im Gegensatz dazu verläuft der Ausbau der Ladeinfrastruktur in Nordamerika eher schleppend*.
*Referenz: SBD Explores: Der Trend zu 800-V-Elektrofahrzeugen – sollten die Automobilhersteller ihn übernehmen?

Probleme im Zusammenhang mit der 800-V-Hochspannung und Lösungen von Dexerials

Bei der Einführung von 800-V-Batterien muss jedoch die Sicherheit berücksichtigt werden. Höhere Spannungen erhöhen das Risiko von Isolationsdurchschlägen und Lichtbogenentladungen, die zu Bränden oder Explosionen führen können. Daher sind geeignete Isoliermaterialien und fortschrittliche Sicherheitssysteme unverzichtbar.
Dexerials entwickelt derzeit Sekundärschutzsicherungen mit einer Nennspannung von 800 V. Diese neuen Produkte werden das Geschäft der Elektrofahrzeughersteller beschleunigen und die Entwicklung der Mobilität unterstützen. Da Sicherheitsmaßnahmen mit der zunehmenden Verbreitung von Hochvolt-Elektrofahrzeugen immer wichtiger werden, tragen unsere Lösungen dazu bei, diese Herausforderung zu meistern.
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