Neue Studie zur Lebensdauer von NCA Akkus in E-Fahrzeuge

[egn]

Ich wurde gebeten meinen Beitrag aus dem TFF auch hier zu posten.

Vor kurzem habe ich eine neue Studie gefunden die doch einige der Dinge die hier im Forum bezüglich der Batterielebensdauer diskutiert werden experimentell untersucht hat und teilweise überraschende Ergebnisse ergab. Diese machen auch einige Änderungen die Tesla über die Zeit hinsichtlich Behandlung der Batterie vorgenommen hat, verständlicher.

Impact of Dynamic Driving Loads and Regenerative Braking on the Aging of Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles Peter Keil and Andreas Jossen Institute for Electrical Energy Storage Technology, Department of Electrical and Computer Engineering, Technical University of Munich, 80333 Munich, Germany

Damit nicht jeder den sehr langen Text lesen muss möchte ich die wesentlichen Erkenntnisse daraus hier im Beitrag darstellen. Wenn die Details interessieren dann kann man ja den kompletten Text lesen.

Grundlage für die Tests ist die Verwendung von Panasonic NCR18650PD Zellen. Diese dürfte mehr oder weniger der Urvater der heutige Tesla Zelle sein, so dass das Verhalten in den Tests doch relativ ähnlich ist, auch wenn wohl Tesla in Zusammenarbeit mit Tesla einige Verbesserungen vorgenommen haben dürfte.

Anstatt wie in anderen Tests einen konstanten Strom zum Laden und Entladen zu nehmen, wird hier der American US06 driving cycle verwendet, der als worst case Szenario gesehen wird, da sehr viele starke Beschleunigungen und Verzögerungen vorkommen.

[attachment=4]US06.JPG[/attachment]

Die folgenden Parameter wurden variiert:

• Variation der stärke der Rekuperation
• drei verschiedene maximale Ladezustände (3,7V/45%, 3,9V/68%, 4,1V/87%)
• Entladetiefe (24,8% ohne Rekuperation, 20,4 % mit höchster Rekuperation, 2x, 3x)
• Temperatur (10° C, 25° C, 40° C)

Zusätzlich wurde die kalendarische Alterung mit den Parametern für die Laufzeit der Tests bestimmt um die zyklische Alterung und kalendarische Alterung voneinander unabhängig bewerten zu können.

Hier ist die Übersicht aller Tests:
[attachment=3]Keil-Tests.JPG[/attachment]

Ein US06 Zyklus entspricht etwa 13 km und es wurden immer mindestens zwei solche Zyklen gefahren bevor die Zellen wieder auf den maximalen Ladezustand für den Zyklus geladen wurden. Ohne Rekuperation wurden damit immer etwa 1/4 der Zellkapazität entladen. Ein Equivalent Full Cycle entspricht einer Distanz von ungefähr 100 km. Es wurde bis zu einer Distanz von 2000 EFC (200.000 km) gemessen.

Temperatureinfluss

[attachment=2]Keil-Temperatur.JPG[/attachment]

Nach 50.000 km ergibt sich eine Degradation von etwa 5,5 % bei niedrigem SoC, 6,3 - 7,2 % bei mittlerem SoC, und 8 - 12 % bei hohem SoC. Neben dem Cycle Aging hat auch die kalendarische Alterung einen deutlichen Einfluss, insbesondere bei hohem Ladezustand und hohen Temperaturen. Dies wurde ja auch schon in anderen Studie festgestellt. Aber besonders interessant ist das hohe Cycle Aging bei 10° C und hohem Ladezustand. Ganz generell kann man sagen dass die beste Performance bei etwa 25° C erzielt wird. Bei niedrigeren Temperaturen ist zwar die kalendarische Alterung niedriger, es nimmt aber die zyklische Alterung zu, bei höheren Temperaturen dominiert die kalendarische Alterung.

Der Innenwiderstand der Zellen hat sich nur um etwa maximal 15 % verschlechtert, wobei die Veränderung bei 10° C am größten war. Dies ist weitgehend unabhängig vom Ladezustand.

Einfluss der Rekuperation

[attachment=1]Keil-Rekuperation.JPG[/attachment]

Bei 40° C und Low/Medium Ladezustand gibt es nahezu keinen Unterschied bei unterschiedlich starker Rekuperation. Bei High Ladezustand ergibt sich dagegen dass die Degradation umso geringer ist je höher die Rekuperation ist. Dies dürfte sich damit aus der geringeren Entladetiefe ergeben. Bei 25 und 10 ° C ergeben sich größere Unterschiede. Interessant ist hier wieder der Wert bei 10° C und High Ladezustand. Wird ohne Rekuperation gearbeitet dann ergibt sich die höchste Degradation, bei maximaler Rekuperation die geringste Degradation.

Einfluss der Entladetiefe

[attachment=0]Keil-Entladetiefe.JPG[/attachment]

Diese Tests wurden jetzt mit 1200 EFC (120.000 km) und unbegrenzter Rekuperation durchgeführt. Das beste Ergebnis wurde mit Low Ladezustand und nur nur 20 % Entladetiefe erzielt. Auch hier ist wieder der Test bei 10° C interessant, denn hier gibt es vorzeitige Ausfälle von Zellen, bei hohem Ladezustand und großer Entladetiefe.
Ganz generell ist das Laden auf hohen Ladestand mit darauf folgender großer Entladetiefe eine Ursache für eine hohe Degradation. Hier gibt es auch einen signifikanten Anstieg des Innenwiderstandes was bei hoher Belastung zu einem starken Spannungseinbruch führt.

Langzeittest

[attachment=0]Keil-LongTerm.JPG[/attachment]

Der Langzeittest geht jetzt über etwa 200.000 km bei 25° C. Hier wird die starke Abhängigkeit von der Entladetiefe deutlich. Je höher der Ladezustand und je tiefer die Entladung umso stärker ist die Degradation. Allerdings kann ein Teil des Verlustes durch Pausen wieder zurück gewonnen werden.

Der Innenwiderstand steigt insbesondere bei hohem Ladestand und großer Entladetiefe an..

Zusammenfassung

• Zyklische Alterung reduziert sich mit der Temperatur, wobei es bei 10° C aber auch zu einer beschleunigten Alterung kommt.
• Rekuperation verbessert die Zelllebensdauer
• Die Entladetiefe ist ein dominierender Fakter bei der Degradation, insbesondere bei hohem Ladezustand.
• Kapazitätsverluste reduzieren sich wieder langsam in Nutzungspausen.

Zitat:

Operating conditions for long cycle life.—
For cycle life estimations for an EV, cells have been cycled up to 2000 EFC which is far beyond the USABC development goals for future EV batteries of 1000 cycles. The 2000 EFC could be achieved at 25?C with less than 20% capacity fade for cycle depths up to approx. 60%. Moreover, it has to be considered that for softer load patterns than the constant US06 highway driving, battery aging is expected to be lower. Overall, the best cycle life has been obtained for a low cycle depth in combination with a low average SoC. In general, avoiding the SoC regimes of lowest anode potential reduces calendar aging and also the susceptibility to lithium plating.

Möge jeder seine eigenen Konsequenzen daraus ziehen. Ich werden jedenfalls dafür sorgen, dass die Batterie immer gut vor geheizt wird, weiterhin nur so viel laden wie unbedingt nötig und möglichst flache Zyklen fahren.

Weitere Studien zur Alterung:
http://jes.ecsdl.org/content/163/9/A1872.full
http://m.jes.ecsdl.org/content/164/1/A6066.full.pdf
http://batteryuniversity.com/.../subscribe_thx
https://www.google.de/url?...
https://www.researchgate.net/.../...Through_Optimized_Partial_Charging
https://www.researchgate.net/.../...artial-state-of-charge-cycling.pdf

Ist zwar älter aber vielleicht doch noch interessant Infos aus dem Tesla Tech Talk (06/13):

Zitat:

1) battery degrades everyday
2) battery degradation is non-linear over time; meaning it starts very very slow, but after 4-5 years, it gets faster
3) after the first 5 years, degradation may be as low as 5%. But by the 8th year, they expect about 30% degradation.
4) every evening, performance statistics are collected from all the cars and battery performance is assessed. If a few cars are degrading substantially faster than the cohort, TM will proactively call the customer and ask him/her to come over for a battery inspection/replacement.
5) there is an average rate of battery degradation that they expect (their models predict), but they are not publicizing that. The actual rate of degradation will be determined by the average performance of all the cars.
6) last, but not least, because TM really cares about its reputation and credibility, if they feel degradation on a car is normal, but the customer is very unsatisfied, for reputation's sake, TM will most likely provide a replacement.

[egn]

Erst kürzlich ist wieder jemand der genau eine solche Ladestrategie hat und oft auf 0 fährt zum 2. Mal mit einer Restreichweite > 0 kurz vor dem SuC liegen geblieben. Ein kurzes Beschleunigen bei 150 km/h AP zum Überholen an einer 3 % Steigung haben genügt. Die Batterie ist gerade mal etwa 180.000 km alt.

Dieser und auch andere Fälle zeigen dass auch die Tesla Zellen einer Alterung unterliegen und das globale Trendbild mit den Typical Werten nicht wirklich viel aussagt. Die Batterie dieses Fahrzeugs ist übrigens dort auch eingetragen mit einem Wert der deutlich über dem Durchschnitt liegt.

@Chris:
Ich halte diese sogenannten Kalibrierungsmaßnahmen für sinnlos und letztlich auch für schädlich.
Sinnlos deswegen weil es völlig egal ist ob jetzt +-10 typical km angezeigt werden. Dies ändert nichts an der Restkapazität des Akkus, nur an der Anzeige.
Schädlich deswegen weil sowohl das tiefe Entladen als auch das langsame Laden bis 100 % negative Auswirkung auf die Lebensdauer der Zellen hat.

Vor ein paar Monaten hat auch jemand eine solche Kalibrierungsfahrt gemacht und danach hatte der Akku deutlich weniger Typical wie vorher. Die Analyse durch Tesla hat dann ergeben dass der Akku überarbeitet werden muss, was letztlich wohl nichts anderes bedeutet entweder Zellen teilweise oder komplett auszutauschen.

Klar, bei Leasing Autos kann es einem egal sein, aber der Gebrauchtkäufer ist deutlich im Nachteil und muss dann eventuell außerhalb der Garantie nach 8 Jahren für eine Ersatzbatterie tief in die Tasche greifen. Leider hat Tesla auch keine Anzeige die eine Aussage über die Gesundheit der Batterie gibt.

Und es ist auch nicht auszuschließen dass Tesla weitere Maßnahmen ergreift, die alle dann betreffen, wenn sich solche Fälle häufen. Dies kann von Einschränkung der nutzbaren Kapazität bis hin zu Schnarchladung wenn eine gewisse Restkapazität unterschritten wurde. Das wäre sehr schade.

[ballex]

Nur nochmal zur Einordnung: Ich habe ja auch nicht geschrieben, dass ich empfehlen würde immer bis 0% zu fahren...idR wurde es bei uns bisher nie weniger als 20-10% Akkustand vor dem nächsten Laden und die 100% Ladungen kann ich bisher an einer Hand abzählen. Mit meinem Beitrag wollte ich nur nochmal darauf hinweisen, dass es keiner ausgefeilten Ladestrategie bedarf um einen Tesla/ein E-Auto im Alltag im Rahmen des normalen Verschleißes bewegen zu können - das könnte Interessenten sonst nur unnötig "verschrecken".

Alles was an Vorsorgemaßnahmen bzgl. Degradation darüber geht ist gut, begrüßenswert und sinnvoll, aber nicht unbedingt notwendig. Letztendlich muss der Hersteller dafür sorgen, dass die technischen Systeme in Kundenhand die Arbeit übernehmen eine möglichst lange Lebenszeit des Systems zu garantieren.

[MartinBru]

Pro Tip: Wenn sich der Akku 0% nähert, nicht mehr zu viel Leistung abrufen, da sonst die Spannung einbricht und die Brick Protection den Stecker zieht. Das BMS reduziert zwar die maximal abrufbare Leistung, aber 200kW ist in der Situation dann wohl noch zu viel.

Bjørn hat dazu ein Video auf Youtube. Dem ist das gleiche passiert. Aber bei ordentlichen Minusgraden und mit Hänger am Model X.

Das mit den Akkus ist keine so exakte Wissenschaft, da sollte man selbst immer etwas Reserve einplanen. Ich versuche immer zwischen 90% und 10% SoC zu bleiben. Auf 0 hinzielen bringt zeitlich fast nichts und erhöht nur das Risiko und die Batterieabnutzung.

[316!RHCP]

Ich denke eher dass ein technischer Defekt vorliegt.
Sehr häufig werden die Teslas bis auf 0% heruntergefahren. Außerdem sollte doch davor eine Warnung kommen ala „Leistung wird gedrosselt“.

Gibt ja auch genügend YouTube Videos von Tesla Fahrern die um den Supercharger kreiseln bis wirklich die Anzeige bei 0% ist.

[Schwarzwald4motion]

Ein Balancing das die Anzeige wieder verlässlicher wird ist sicherlich mal angeraten, so alle 60.tkm?

[PS-Schnecke48324]

Zitat:

@Schwarzwald4motion schrieb am 27. Dezember 2017 um 19:19:32 Uhr:

Ein Balancing das die Anzeige wieder verlässlicher wird ist sicherlich mal angeraten, so alle 60.tkm?

Kann man so ein Balancing anstossen, oder was genau meinst du? Ist das einfach von 0 auf 100% zu laden?
Danke!

[MartinBru]

Zitat:

@Domidragon schrieb am 30. Dezember 2017 um 20:46:27 Uhr:

Kann man so ein Balancing anstossen, oder was genau meinst du? Ist das einfach von 0 auf 100% zu laden?

Nach diesem

Video

sollten keine Fragen mehr offen sein.

Aber Vorsicht: Diese 35 Minuten deines Lebens gibt es nicht zurück. 😉

[PS-Schnecke48324]

Danke 🙂

[egn]

Jetzt kann man die Dissertation von Peter Keil lesen. Sie enthält noch mehr interessante Informationen zu NCA Zellen.

Wer nicht alles lesen möchte dem reichen vielleicht die Hinweise zur Ladestrategie.

Zitat:

Strategies for Maximizing the Battery Life in Electric Vehicles
To maximize battery life, calendar aging as well as cycle aging has to be minimized. The results of the experimental studies presented in the three preceding chapters have revealed valuable insights into the predominant mechanisms of battery aging under different operating conditions. Based on the findings of the three aging studies, ideal operating strategies are deduced in this chapter.
Moreover, battery life estimations are made that demonstrate under which operating conditions, the USABC development goals of 15 years battery life and 1000 cycles for 2020 EV batteries [7] can already be reached with today’s battery technology.

Reducing Calendar Aging
The calendar aging studies have shown that the capacity fade results predominantly from a loss of cyclable lithium owing to side reactions at the anode. Keeping the SoC at a low or medium level and lowering the battery temperature minimizes calendar aging.

Avoiding the SoC Regime Corresponding to the Lowest Anode Potential
The side reactions at the anode have shown a strong dependency on the anode potential and aggravate with lower potentials. As the anode potential exhibits certain plateaus, a reduction of the storage SoC does not automatically reduce these side reactions. Instead, SoC regions covering more than 20–30% of the cell’s nominal capacity, exhibit a rather constant degradation. As the LiC6/LiC12 two-phase regime represents the lowest voltage plateau, an SoC in this regime leads to the fastest capacity fade. As a consequence, the degree of lithiation of the graphite anode should be kept below 50% when the cells are kept at the same SoC for a longer time, e.g., during parking.
The low-voltage plateau of the anode typically starts at 55–80% SoC, depending on the electrode balancing of the cell. To identify the beginning of the low-voltage plateau of the graphite anode in the full-cell, a DVA measurement should be performed. The characteristic central graphite peak indicates directly the beginning of the LiC6/LiC12 two-phase regime which is associated with a higher rate of side reactions. DVA measurements should be repeated from time to time because the balancing of the electrodes often changes with the aging of the cells.
For a battery at 25°C, a capacity fade after 15 years of 8–9% has been projected for low and medium SoCs. By contrast, a capacity fade of 16% has been estimated for 15 years of calendar aging at a high SoC within the LiC6/LiC12 two-phase regime.

Keeping the Battery Temperature Low during Nonoperating Periods
As the side reactions at the anode aggravate with higher temperature, the EV battery should be kept cool when the battery is not operated. For the cell type examined in this thesis, lowering the battery temperature from 25°C to 10°C has decreased the capacity fade in the 15-years projections by ca. 40%.

Avoiding Very High States of Charge
For SoCs above 80%, an increasing cathode degradation has been observed. This has led to coupled side reactions and a marked increase of the charge transfer resistance of the NCA cathode. If the SoC cannot be kept in the low or medium SoC regime during long-lasting nonoperating periods to avoid accelerated side reactions at the anode, at least the very high SoCs of 80% and above should be avoided to reduce cathode degradation. However, the beneficial effects of this mean remain limited as the anodic side reactions remain the dominant driver for capacity fade.

Timing of Battery Charging
As a low SoC reduces calendar aging, the battery life can be improved be an intelligent timing of battery charging. When the battery is always recharged directly after driving, it spends the subsequent nonoperating periods at higher SoCs. Thus, a delayed charging, which keeps the battery at a low SoC as long as possible and completes the charging procedure shortly before the next driving period, also helps to reduce calendar aging.

Zitat:

Reducing Cycle Aging
The aging owing to charging and discharging the EV battery is substantially more complex than pure calendar aging. In addition to SoC and temperature, charge throughput, cycle depth, and current rates have a considerable impact on cycle aging.
Less Cycle Aging at Higher Temperatures Cycling cells at different temperatures with a highway driving load profile has revealed that the capacity fade in addition to that owing to calendar aging decreases with higher temperature. This is in contrast to calendar aging, where a higher temperature generally accelerates degradation. As a consequence, the battery should be kept warm during cycling. This means that a battery does not have to be cooled down to 25°C during driving or charging. Instead, a heating of the battery to 40°C can reduce the stress and degradation caused by the intercalation and deintercalation processes.
When the EV is parked after a driving sequence, the battery should cool down again to minimize calendar aging during the nonoperating periods. As the operating periods are rather short compared to the nonoperating periods for a typical passenger car, a higher battery temperature during charging or discharging does not have a considerable impact on calendar aging.

Applying Reasonable Charging Currents
High-energy lithium-ion cells are typically more susceptible to lithium plating due to their thick anodes with low porosity. High charging currents should be avoided, particularly at low temperatures and high SoCs, which correspond to the lowest anode potential. But even when higher charging currents are applied only at low SoC, this usually leads to considerably higher stress for the battery cells. Charging with high currents leads to a degradation of the anode active material and lithium plating. Thus, fast-charging protocols should only be applied occasionally and not be used for every-day charging, unless the cell is explicitly designed for high charging currents. In the latter case, however, the required electrode design is generally associated with a lower energy density.
Standard CCCV charging protocols typically provide a reasonable compromise between charging duration and cycle life. The study on charging protocols has shown that below a certain current value, lower charging currents do not further improve battery life.

Lowering Cycle Depth Reduces Resistance Increase
The resistance increase of the lithium-ion cells examined in this thesis has originated largely from rising charge transfer resistances of the NCA cathode. Particularly for large cycle depths and deep discharging, the resistances have increased markedly. When reducing the typical cycle depth to 20–40%, the resistance rise of an EV battery can be minimized. This maintains a higher power ability of the battery also for an aged battery.
Hence, a frequent recharging of the battery can be beneficial as it reduces the average cycle depth.
However, this keeps the average SoC at a higher level, which might provoke a faster calendar aging. The combination of a low cycle depth and a low average SoC leads to the longest battery life. However, performing only partial charging is only applicable when not the entire driving range of
the EV is needed.
Deep discharging is typically not such a critical issue for EVs as the drivers typically do not drive until the battery is completely discharged, but recharge the vehicle much earlier under most operating conditions. Moreover, the vehicle manufacturers usually program their battery management systems in such a way that a certain capacity reserve remains which is not accessible during the driving operation to prevent a deep discharging and an overdischarging of the battery.

Maximum Utilization of Regenerative Braking Beneficial for Battery Life
The extensive investigations on the impact of regenerative braking on battery aging have shown that regenerative braking always had a beneficial effect on battery life. As a consequence, high recharging peak currents during braking periods should be tolerated, also at low temperatures of 10°C or even 0°C, as they did not harm the battery but reduced the overall cycle depth. The improvements in battery life owing to regenerative braking have been observed particularly at low temperatures and high SoCs. It has been concluded that the shorter recharging sequences at the charging station helped to minimize lithium plating.

Optimizing Capacity Utilization
The aging study comparing different charging protocols has demonstrated that a lower charging voltage reduces the relative capacity fade at the cost of a lower absolute available capacity, which represents the driving range of the EV. After 1000 EFC, the cell with the maximum charging voltage specified in the datasheet still provided a higher remaining driving range than the cells with a lower charging voltage.
From the viewpoint of mathematical optimization, there is no advantage of reducing the charging voltage when it does not retain a higher driving range for aged batteries. However, when taking also effects from psychology and behavioral economics into account, a reduced charging voltage can yet have its benefits. According to the endowment effect, there is the tendency for people who own a good to value it more than people who do not [268?,269]. Transferred to battery degradation, this means that losing part of the driving range possessed at the beginning of the vehicle life can be perceived as a more severe loss than a reduced driving range from the very beginning. Such a reduced driving range can result from a restricted utilization of the available battery capacity by a lower harging voltage; this represents an unused driving range the customer has never possessed. This demonstrates that defining the charging protocol for an EV is not only a mathematical optimization problem but also has to take the psychological perception of the customers into account.

Zitat:

Battery Life Estimations
For EVs in 2020, the USABC development goals demand a cycle life of 1000 cycles and a battery life of 15 years. For a battery operation at 25°C, different battery life projections can be made based on the results from the aging studies on calendar aging and driving operation. Moreover, the impact of higher and lower temperatures on battery life is discussed.

Cycle Depth of 60% in Combination with Storage at Medium SoC
According to the results of the aging study on driving operation for a cycle depth of 61% CN at 25°C, 1000 EFC have been achieved with ca. 13% capacity fade (see Figure 88a, p.127). Together with ca. 10% capacity fade from calendar aging after 15 years, when the battery is kept at medium SoCs during nonoperating periods (see Figure 44b, p.69), a total capacity fade of about 23% is obtained.

Cycle Depth of 40% in Combination with Storage at High SoC
When the battery is operated with smaller cycles of only up to 40% CN but is kept at high SoC during nonoperating periods, Figure 88a has shown that cycle aging decreases by ca. 2 percentage points whereas calendar aging over 15 years increases by ca. 5 percentage points in Figure 44. Thus, the long times at high SoC decrease battery life more than the smaller cycles can prolong it. This demonstrates that always recharging to a high SoC after every short drive does not maximize battery life, although it is beneficial for keeping the resistance increase low.

Cycle Depth of 40% in Combination with a Medium/Low SoC
Only when a reduced cycle depth is combined with an operation predominantly at medium and low SoCs, battery life improves notably. A cycle depth of ca. 40% CN at medium and low SoCs leads to 10% capacity fade from cycling, as illustrated in Figure 88a, plus ca. 10% of capacity fade owing to calendar aging, as shown in Figure 44b. With this way of operation, a battery life of 15 years and 1000 EFC can already be reached with the cell type examined in this thesis. Moreover, the resistance increase can be kept low

Impact of High Battery Temperatures
High battery temperatures increase calendar aging by accelerating parasitic side-reactions. Thus, the battery temperature should be kept low during the long nonoperating periods. During charging and discharging, a warm battery reduces cycle aging. As long as the battery is only at higher temperatures during operation and cools down again for the nonoperating periods, no disadvantages for the battery life have to be expected. Instead, the battery life prolongs by reducing the cycling-induced degradation. As a consequence, the USABC development goals can also be reached without a strict cooling of the EV battery during operation.

Low-Temperature Operation Remains Critical
While the USABC development goals for future EV batteries can already be reached today for operating temperatures of 25°C and above, low-temperature operation still remains a critical issue. Operating at temperatures of 10°C or lower does not only reduce the available capacity but also accelerates aging when the cells are cycled. This thesis has demonstrated that not only charging at low temperature, but also discharging at low temperature can cause severe degradation of the lithium-ion battery of an EV. Although the contributions to capacity fade from calendar aging decrease when lowering the battery temperature to 10°C, the contributions from cycling operation increase substantially more. Considering the cycle depths of 60% CN and 40% CN in combination with a high charging voltage, only 500 EFC and less have been achieved before a failure of the cells occurred owing to internal overpressure caused by side-reactions releasing gaseous reaction products. Only for low cycle depths of about 20% CN or a medium cycle depth of 40% CN at a low or medium SoC, no failures have occurred and more than 1000 EFC have been achieved.
To improve the battery life, the lithium-ion batteries should be heated in winter when there are subzero temperatures. Furthermore, high discharging currents should only be drawn from the battery after a certain warming of the cells.

Aus dem Thread "Welcher Tesla für meine Zwecke?":

Zitat:

@MartinBru schrieb am 25. November 2018 um 18:09:16 Uhr:

Und genau das ist aber für den Akku unproblematisch. Ihn für 24h mit weniger als 30% oder mehr als 80% abzustellen ist schlecht.

Tatsächlich es so dass die Lagerung bei 0 % SOC (natürlich bei geringer Temperatur) zur geringsten kalendarischen Alterung führt. Ein niedriger Ladestand ist deshalb nicht per se schlecht für die Lebensdauer.

Die 30 % - 80 % beziehen sich darauf dass ein bestimmtes SOC-Fenster mit nicht mehr als 50 % Kapazität vorteilhaft ist. Tatsächlich wäre es hinsichtlich der kalendarischen Alterung sogar besser wenn die obere Grenze noch näher an 50 % liegen würde, außer man lädt immer unmittelbar vor der Nutzung.

[Spiralschlauch119]

Also, ich habe jetzt nicht die Diss gelesen – das hole ich evtl. noch nach – sondern nur die von Dir geposteten Ausschnitte (sehr interessant!). Ich versuche das jetzt einfach mal für Nicht-Akku Experten wie mich zusammenzufassen:

Zu unterscheiden sind generell zwei Arten von Alterung: «Kalenderalterung» (calendar aging) und «Zyklusalterung» (cycle aging). Beide Arten von Alterung müssen optimiert werden, um den Kapazitätsverlust zu minimieren. Im Rahmen der Tests wurden Batterien vom Typ 2020 untersucht und die Alterung hochgerechnet – und zwar auf 1000 Zyklen bzw. 15 Jahre.

Die Kalenderalterung wird primär durch Nebenreaktionen bei der Anode ausgelöst. Um diese zu minimieren, sollte der SoC und Temperatur des Akkus eher gering sein (über 20-30% SoC ist der Abbau recht konstant). Über 80% SoC nimmt zudem die Kathodendegration zu, welcher aber einen geringeren Einfluss als die Anodendegration hat. Grundsätzlich sollte das Fahrzeug in einem möglichst niedrigen Ladezustand während des Parkens gehalten werden und erst direkt vor der Fahr geladen werden.

Die Zyklusalterung ist weitaus komplexer. Neben SoC und Temperatur sind auch Ladedurchsatz, Zyklustiefe und aktuelle Ladeleistung für die Zyklusalterung entscheidend. Der Akku sollte während der Fahrt möglichst warmgehalten werden (um die 40 Grad). Hohe Ladeströme sind grundsätzlich zu vermeiden, insbesondere aber bei Kälte und hohen SoCs. Generell ist die Belastung für die Batteriezellen höher. Schnellladungen sollte daher nur gelegentlich und nicht täglich durchgeführt werden. Auch sollten kalte Akkus warmgefahren werden und nicht direkt hohe Ströme liefern müssen. Um den Ladewiderstand zu minimieren sollte die durchschnittliche Zyklustiefe bei 20-40% liegen. Hierdurch muss natürlich häufiger nachgeladen werden, was aber wiederum schlecht für die Kalenderalterung ist. Die besten Ergebnisse werden mit geringer Zyklustiefe und geringem durchschnittlichen SoC erreicht. Die geringe Zyklustiefe kann durch Rekuperation optimiert werden. Tiefentladungen können bei EVs eher vernachlässigt werden. Objektiv betrachtet gibt es keinen Grund für eine reduzierte Ladespannung, da die reduzierte Ladespannung (mit der einhergehenden geringeren Ladekapazität des Akkus) auch bei alten Akkus noch die Gesamtkapazität (im Vergleich zur nicht reduzierten Ladespannung) überkompensiert.
Die Studie ergab nach 1000 Zyklen und 15 Jahren:

• Zyklustiefe von 61% und 25 Grad bei mittlerem SoC: 23% Kapazitätsverlust über alles
• Zyklustiefe von 40% und 25 Grad bei hohem SoC: 26% Kapazitätsverlust über alles
• Zyklustiefe von 40% und 25 Grad bei niedrigem SoC: 20% Kapazitätsverlust über alles

Und nun meine laienhaften Anmerkungen:

• Wenn wir auf unseren Akku aufpassen und mit niedrigem SoC parken, haben wir etwa 0,7% Kapazitätsverlust pro Jahr (Kalenderalterung). Die Akkus sind für 15 Jahre ausgelegt.
• bei einem Akku mit 100 kWh nutzbarer Kapazität ist die Laufzeit auf 100.000 kWh ausgelegt. In dieser Zeit verlieren wir etwa 10-16% Leistung (Zyklusalterung). Bei 20 kWh auf 100km entspricht dies 500.000 km.
• Wir haben keine 25 Grad Durchschnitt in Mitteleuropa. Ich behaupte aber mal, dass sich positive und negative Effekte beinahe aufheben und daher keine Rolle spielen
• Zyklustiefen von mehr als 60% und häufiges Schnellladen schädigen den Akku

In Bezug auf den Thread «Welcher Tesla für meine Zwecke?» heisst das für mich: Bei 20.000km pro Monat verliert der Akku 10-16% durch Zyklusalterung innert 2 Jahren (480tkm und 500tkm sind ja nicht weit auseinander). Entscheidend dürfte hier sein, ob der Akku das häufige Schnellladen überlebt («Thus, fast-charging protocols should only be applied occasionally and not be used for every-day charging, unless the cell is explicitly designed for high charging currents.”) und wie der Akku die wahrscheinlich recht grossen Zyklen überlebt. Den Lastbereich beim Fahren erachte ich als eher weniger kritisch, weil man wahrscheinlich zeitoptimiert fährt, wenn man jeden Tag 800km reissen muss und hierdurch hohe Ströme vermeidet. Die Kalenderalterung hängt hier wesentlich davon ab, ob das Fahrzeug möglichst «kühl und leer» geparkt wird und kann auf nur 2 Jahre ziemlich vernachlässigt werden.

Ich hoffe, dass ich das einigermassen sinnvoll zusammengefasst habe.

[MartinBru]

Wissenschaftlich ist das alles korrekt. Das Tesla BMS scheint aber viele der Parameter vorm User zu verstecken oder sie zumindest zu optimieren.

Denn anders wäre nicht erklärbar, dass alle Teslas in "der" Excel Liste zwischen 5 und 15% Degradation haben, ganz unabhängig in welcher Klimazone sie fahren und wie oft sie DC geladen werden und wie weit sie schon gefahren sind.

Man kann also sagen, dass man bei normaler Nutzung nur ein bisschen die Extremwerte seines SoC im Auge haben muss, damit der Akku länger hält als der Rest vom Auto.

[Spiralschlauch119]

Zitat:

@MartinBru schrieb am 26. November 2018 um 16:34:46 Uhr:

Man kann also sagen, dass man bei normaler Nutzung nur ein bisschen die Extremwerte seines SoC im Auge haben muss, damit der Akku länger hält als der Rest vom Auto.

Du sagst es ja selber: Normale Nutzung.

20.000 km pro Monat bei beinahe täglicher SuC Nutzung ist schon im deutlich oberen Mittelfeld - und das war ja der Ausgangspunkt für die Diskussion. Ebenso übrigens die 1000 Vollladezyklen oder 15 Jahre in der Studie, die wir als normale "Neuwagenfahrer" wohl nicht erreichen. Das passiert dann im zweiten oder dritten Fahrzeugleben.