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Batteriealterung verstehen
Hallo zusammen,
ich habe hier im Forum wiederholt diverse Mythen und Fragen zur Batteriealterung gelesen und habe dazu ein recht interessantes Video vom Helmholtz-Institut für Batterieforschung gefunden:
https://www.youtube.com/watch?v=XuoBfSl-Fto
Für diejenigen, die lieber lesen und nicht unbedingt 30min Zeit fürs Video haben habe ich versucht, es zusammenzufassen:
• Smartphone vs. Auto:
Smartphone-Akkus legen Fokus auf max. Energiedichte. Dies geht zu Lasten der Lebensdauer: Auslegung der Batteriechemie, möglichst Hohe Spannung, dickere Elektrode (die wird dadurch aber brüchig)
• Was passiert bei Batteriealterung?:
Es bildet sich das Solid Electrolite Interface (SEI) – Auf Elektrode (Graphit) bildet sich Lithium-Verbindung (Elektrolyt wird fest). Dieses Li steht nicht mehr in Form von Ionen zur Verfügung für Ladung. Diese Schicht wächst mit der Zeit (schneller bei hoher Temperatur und Spannung bzw. SOC)
Das Elektrolyt oxidiert mit der Zeit– insbesondere bei hohen Temperaturen.
Rissbildung – Bei hohen Strömen bilden sich kleine Risse auf Elektrode. Dadurch mehr Oberfläche und mehr SEI-Bildung.
Lithium plating – Li lagert sich metallisch auf Kathode ab statt sich einzulagern. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen und hohen Strömen (Schnellladen bei Frost)
• Was kann man dagegen tun?:
Auslegung: Chemien wie LFP sind weniger anfällig, Titan-Elektrode ist robuster gegen Risse (kostet aber Geld und Energiedichte)
Vermeiden hoher oder niedriger Temperaturen (ideale Wohlfühltemperatur 10-20°C)
Vermeiden von Laden bei niedrigen Temperaturen
Vermeiden sehr hoher oder sehr niedriger Spannung (Ladestand SOC)
Vermeiden sehr hoher Ströme (Laden, Betrieb), wobei hier durch Auslegung (Elektrode dünner) entgegengewirkt werden kann
Worstcase: Hoher SOC bei hohen Temperaturen
• Was bedeutet das fürs E-Auto?
Es gibt 2 Mechanismen: Zeit und Zyklen. Vielfahrer haben eher zyklischen verschleiß, Wenig- und Normalfahrer eher Verschleiß durch Batteriealter
• Ist Batterieheilung möglich?
Bei täglich beanspruchten Batterien ein wenig: Li ist ungleich verteilt. Lagert man die Batterie längere Zeit ohne Beanspruchung, wandert Li aus „teilnahmslosen“ Bereichen und steht wieder zur Verfügung. Andere Verschleißmechanismen sind nicht umkehrbar
• Schnellladen vs. Batterieverschleiß
Nichtlinearer Zusammenhang – Es gibt so etwas wie den idealen Punkt, wo eine hohe Ladegeschwindigkeit nur leicht höhere Alterung verursacht. Leichte Erhöhung der Ladegeschwindigkeit darüber hinaus führt zu erheblich höherem Verschleiß.
Schnelladen in E-Autos ist nicht wirklich schnell aus Batteriesicht, daher ist der Unterschied im Verschleiß im Vergleich zu z.B. Laden über Nacht relativ gering (etwas mehr Verschleiß). Fällt zudem oft nicht ins Gewicht aufgrund primär Alterung über Zeit.
Letztlich ist natürlich vieles Bekannt: Lade nicht auf 100% und fahre nicht in die Tiefentladung. Ich denke aber, die Hintergründe zu verstehen hilft Vielen hier dennoch, ihren Akku besser zu behandeln.
Und ich denke, es hilft auch, die Ladekurve zu verstehen und weshalb der Hersteller bei niedrigen Temperaturen die Ladeleistung herunterregelt.
5 Antworten
Zitat:
Schnelladen in E-Autos ist nicht wirklich schnell aus Batteriesicht, daher ist der Unterschied im Verschleiß im Vergleich zu z.B. Laden über Nacht relativ gering (etwas mehr Verschleiß).
Das ist interessant. Ich habe mich bislang gefragt, ob es bei Langstrecke besser ist nur mit 80% zu starten und einmal etwas mehr zu laden, zB von 20 wieder auf 80 oder vor dem Start auf 100 zu laden und weniger kWh Schnell zu laden, also von 20 auf 60 in meinem Beispiel. Wenn ich es richtig verstehe, wäre der 2. Weg etwas besser.
Es deckt sich zumindest mit den Erfahrungen eines Tesla Model S - Fahrers, der mit seinem 1. Akku 600.000 km geschafft hat.
Der hat immer nur auf 90% geladen, aber das stets am Schnelllader dank gratis Supercharger. Also war auch hier Schnellladen kein Problem.
Ob Schnellladen ein Problem ist oder nicht hängt von der Auslegung ab. Grundsätzlich birgt es das Risiko von Plating und ein wenig Plating gibt es mit jedem Ladevorgang. Ich würde sagen langsam auf 100% laden (und dann losfahren) ist auf jeden Fall besser als unterwegs schnell zu laden.
Das LFP besser hält ist auch ein Mythos. Das kann man so nicht sagen. Bei richtiger oder falscher Auslegung kann es so oder so altern oder eben auch nicht.
Grundsätzlich mal die Frage: Was versteht man unter schnell und langsam laden? Ist langsam laden immer nur mit 11 kW (Wallbox) zu verstehen, oder bin ich mit schonendem langsam laden bis max. 50 kW noch in einem akzeptablen Bereich?
Ist das Laden von 40 % auf 80 % ein voller Ladezyklus, oder nur das Laden von 20 % auf 80 % bzw. auf 100 %?
Macht es Sinn bei niedrigen Temperaturen vor dem Laden den Akku warm zu fahren (ohne Wärmepumpe), oder hat dies keine unbedingt positiven Auswirkungen auf die Lebensdauer der Batterie?
Ja, das mit der Auslegung wird auch angerissen. Der Hersteller hat den Zielkonflikt. Macht er die Elektrode dünn, verträgt die Batterie höhere Ströme, büßt aber Leistungsdichte ein.
Dass die Elektrode insbesondere bei tiefen Temperaturen und hohen Strömen zu Plating neigt, heißt für mich, möglichst nicht den knackig kalten Akku an den Schnelllader zu hängen.
Natürlich kennt der Hersteller die Zusammenhänge aber auch und begrenzt den Ladestrom Temperaturanhängig. Aber weniger Strom ist dennoch sicher besser für die Lebensdauer.
Was die Zyklen angeht, kenne ich die Expertenaussage, dass das relativ zu sehen und nicht linear ist. Wenn 0-100% ein voller Zyklus ist, ist 10-90 beim Verschleiß schon nur noch ein halber usw. Um 50% rum sind nahezu unendliche Zyklen möglich.
Schafft der Akku nach Auslegung 1000 volle Zyklen, kannst du ihn schon doppelt so lang leben lassen, wenn du nie voll lädst.
Im Video relativiert er jedoch auch, dass die großen Akkus halt schon durch ihre Größe nicht sooo viele Zyklen bekommen.
Letzte Info, die ich hab: Laut einer Firma, die E-Auto- Akkus von Fahrern analysieren und überwachen, verlieren jedoch Akkus, die immer auf 100% geladen werden um die 3-5% Energieinhalt pro Jahr. Willste auch nicht.