Ladekapazitäts-Verlust bei Kälte (BEV - NMC-Akku)

Hallo Ulf,

die SoHs sind kaum vergleichbar, weil letztlich doch sehr ungenau. 8% SoH könnten genauso gut 4 oder 12% sein. Diese Unsicherheit des jeweiligen Ladezustands beeinflusst die "Messung" naturgemäß stark. Wenn Du mit zwei grob unterschiedlichen Ladeleistungen arbeitest, verschärft sich das Problem der Vergleichbarkeit dann noch zusätzlich, weil der Wirkungsgrad der Ladeelektronik mit zunehmender Last erheblich ansteigt, bis er bei Volllast normalerweise sein Maximum erreicht.

Die eigentliche Kapazität eines NMC-Akkus ändert sich bei verschiedenen Temperaturen aber eher nicht. Was sich mit der Temperatur ändert, ist sein Innenwiderstand. Der steigt bei kalten Zellen ganz erheblich, was dann seinerseits einen erhöhten Spannungsabfall bei Stromfluss innerhalb der Zelle und damit insgesamt einen Energieabfall bei der Entladung verursacht: Die Reichweite sinkt. Bei längeren Strecken wird dieser bei Kälte innenwiderstandsbedingte scheinbare Kapazitätsabfall aber nach 50 bis 100km verschwinden, weil durch die bei Stromfluss innerhalb der Zellen am erhöhten Innenwiderstand freiwerdende Leistung Wärme frei wird, welche die Zellen wieder in ihren normalen Temperaturbereich bringt. Die bei kalten Zellen entnommene Energie teilt sich also in zwei Anteile auf: Einen äußeren, der den Verbraucher treibt und einen inneren, der die Zellen wieder aufwärmt. Der Energieanteil, der zur Aufwärmung der Zellen "verbraucht" wird, steht danach natürlich nicht mehr zur Versorgung von Verbrauchern zur Verfügung und scheint dann zu fehlen. Was natürlich nur bei rein äußerer Betrachtung zutrifft. Man merkt das spätestens beim Laden, wenn die kalt nur relativ geringe Energiemengen abgebende Batterie dann bei der Ladung trotzdem wieder die normale Ladeenergie, also die normalen kWh, aufnimmt.

Bei unserem Smart ED3 ist die Batterie mit 17kWh leider so klein, dass dieser Effekt kaum wirksam werden kann, wenn man die Batterie nicht gerade in einem Rutsch mit höherer Last leerfährt. In Fahrzeugen mit Batterien von 40kWh und mehr ist die Erwärmung der Batterie bei Kälte aber gut an einem bei längeren Strecken zunehmend weniger schnell abnehmenden SoH erkennbar.

Grüße, Tom

Ja klar, ich meinte natürlich den SoC (State of Charge), nicht den SoH (State of Health). So langsam kommt man ob der ganzen Abkürzungen und Fachausdrücke ins schwimmen...

OK, das erklärt auch die von dir genannten Messwerte, die meinem Hinweis des Ladewirkungsgrads in gewisser Weise widersprechen. Ich messe die eingeladene Arbeit immer netzseitig und kriege so natürlich die Verluste der Ladeelektronik voll mit auf die Rechnung.

Das Problem mit dem Innenwiderstand ist selbstverständlich ganz genauso beim Laden vorhanden: Ein Teil der Ladeleistung wird bei kalter Batterie am erhöhten Innenwiderstand zur Erwärmung derselben "verbraten" und verschlechtert auf diese Weise die Energiebilanz. Das ist der zweite Grund, weshalb der Verbrauch von E-Autos im Winter erheblich höher ist als im Sommer. (Der dritte ist die Nutzung der Heizung. )

Grüße, Tom

Damit hatte ich gemeint, dass sich der Energieinhalt von Lithium-Akkumulatoren nicht vermindert, nur weil sie mal kalt gelagert wurden. Erwärmt man die Zellen nach einer Kältephase wieder, steht auch sofort wieder die volle entnehmbare Kapazität zur Verfügung.

Was bei Kälte typischerweise auftritt, ist also eine Verminderung der entnehmbaren Kapazität und dazu hatte ich ja schon geschrieben, dass diese Verminderung der entnehmbaren Kapazität seine Ursache an dem bei Kälte ansteigenden Innenwiderstand der Zellen selbst findet: Die Kapazitätsentnahme ist praktisch dieselbe, jedoch entfällt bei Kälte ein größerer Anteil der Kapazität auf die innerhalb der Zelle selbst am Innenwiderstand in Wärme umgewandelte Kapazität, so dass für Verbraucher nur ein um diesen inneren "Verbrauch" verminderter Teil zur Verfügung steht: Die entnehmbare Kapazität sinkt also um genau diesen Betrag.

Dasselbe gilt entsprechend umgekehrt beim Laden: Auch hier entfällt ein Teil der eingeladenen Energie auf die zur Erwärmung erforderlich Energiemenge, so dass mehr Energie eingeladen werden muss.

Es spielt natürlich auch eine Rolle, dass bei Kälte nicht mehr so tief entladen werden kann, weil die Zellenspannungen unter Last innenwiderstandbedingt niedriger liegen und es daher früher zur Abschaltung durch das BMS kommt. Wegen dieses Effekts sinkt dann die Gesamtkapazität der Zellen tatsächlich ein wenig (aber natürlich nicht dauerhaft, sondern nur temporär bei Kälte). In der Folge verbleibt bei kalten Zellen zwangsläufig ein größerer Energierest in der Batterie, der dann bei der nachfolgenden Aufladung auch nicht wieder eingeladen werden muss.

All diese Effekte sind aber nur schwer zu quantifizieren, wenn nur die BMS-Batteriedaten zur Verfügung stehen. Im Labor lassen sich diese Effekte natürlich sehr genau messen.

Ich hoffe, mein Geschwurbel hilft Dir weiter.

Grüße, Tom

Da Du Dich jeweils auf die entnehm- bzw. einladbaren Teile der Batteriekapazität beziehst, spielt die Temperatur dabei natürlich eine Rolle. Aber die von Dir dargelegten Unterschiede lassen meiner Meinung nach keine eindeutige Aussage zu, weil schon die direkte Übernahme der BMS-SoCs in Deine Berechnung einen erheblichen Messfehler birgt, weil Batteriecomputer - und BMS natürlich auch - den SoC nicht messen, sondern nur schätzen bzw. berechnen können. Und das funktioniert eben mal besser und mal schlechter, ist also mehr oder weniger fehlerbehaftet.

Es ist vergleichbar mit Verbrauchsmessungen beim Verbrenner: Da die Tankinhalte zu Beginn und zum Ende jedes Tankvorgangs nur mehr oder weniger grob geschätzt werden können, ergeben Einzelmessungen keinen Sinn. Jedenfalls nicht, wenn man für Abweichungen im Bereich von 1,5% Erklärungen sucht. Man muss schon wenigstens 10 Tankvorgänge durchgeführt haben, damit diese unvermeidlichen "Messfehler" sich einigermaßen egalisieren. Nimmt man zwei einzelne Tankvorgänge und vergleicht diese, z.B. um Verbrauchsänderungen wegen unterschiedlicher Fahrweisen zu messen, kommt dabei praktisch nur selten etwas nahrhaftes heraus. Die von Dir genannten 1,5% Unterschied liegen m.E. absolut im Bereich der Messungenauigkeit, eben weil das BMS keine wirklich belastbaren Daten liefert. Nimm eine einzelne Zelle und experimentiere damit. Dann bekommst Du unter Laborbedingungen auch exakte Aussagen.

Das Problem erinnert mich an die damals erlebten Effekte bei Einführung digitaler Multimeter. Wenn da 68,92V angezeigt wurden, dann haben die meisten das arglos geglaubt. Bei einer Analoganzeige war dagegen jedem klar, dass es auch durchaus 68,5V oder 69,5V sein könnten, je nachdem wie man bei der Ablesung den Kopf hält.

Wenn da dann noch irgendwo "Class 1.5" stand, wussten die meisten ja noch nicht mal, was das zu bedeuten hat. Aber das machte auch nichts, weil die Ablesung selbst ja schon einen Messfehler in ganz ähnlicher Größe haben konnte.

Aber mal ganz ehrlich: Mir ist immer noch nicht so richtig klar, worauf Du im Kern eigentlich hinaus willst. Du schriebst oben:

Zitat von ulf

Doch als BEV-Fahrer wüßte ich gerne, ob bzw. wie stark sich auch die Lade(!)kapazität mit der Zelltempertur ändert. Hintergrund ist die Idee, den Verlauf der Nutzkapazität im Laufe des BEV-Lebens (bzw. den SoH des Akkus) anhand der Ladekapazität - berechnet aus Logdaten von Ladevorgängen - möglichst treffend selbst abzuschätzen.

Das dürfte ja schon daran scheitern, weil Dir neben den SoC-Angaben des BMS für die Gegenüberstellung von Lade-Arbeitswerten (also den eingeladenen kWh) und den mit der Batterieladung nur die gefahrenen Kilometern als Vergleichsgrundlage bleiben. Die gefahrene Strecke ist aber als Messgröße meist unbrauchbar, weil man heute so und morgen doch wieder anders fährt. Mal heizt man, mal nicht, mal schleicht man in der Kolonne, mal hat man freie Fahrt. Mal schleift die Bremse wegen klemmender Bremskolben, mal schwankt der Reifendruck. Der Energieverbrauch pro zurückgelegtem Kilometer schwankt also schon aus einer Vielzahl von Gründen so stark, dass er schwerlich als hinreichend genaue Bemessungsreferenz zu einem tatsächlichen Kapazitätsverlust der Fahrbatterie taugt. Man wird einer Messung wenigstens eine größere Menge von SoC-"Messungen", bzw. erhebliche Fahrleistungen und "Ladearbeitsverbräuche" zugrundelegen müssen, um wirklich schlauer zu werden. Dabei würden sich dann die Messfehler einigermaßen ausgleichen.

In meinem Gewerbe habe ich oft mit der Frage zu tun, wie groß die Kapazität einer Zelle oder einer Batterie ist. Ich nehme dann immer ein Netzteil und ein Kapazitäts-Messgerät, lade bei Zimmertemperatur sorgfältig randvoll und entlade dann mit einem Kapazitäts-Messgerät meines Vertrauens. Das ergibt sehr genaue und sogar reproduzierbare Messungen. Aber das ist eben auch Labormaßstab. Nur durch Auswertung von SoC-Werten und Ladearbeit ist das m.E. nicht zu erreichen.

Grüße, Tom

Hallo Tom,

in diesem Zusammenhang muss ich meine alten Passat 35i Variant (mit nur so viel Technik wie nötig) und ausreichend großem Tankinhalt von 90 Liter loben, welcher für durchschnittlich 1800 Kilometer reicht. Wenn irgendwo der Diesel deutlich günstiger angeboten wird dann tanke ich randvoll und setze anschließend den Tageskilometerstand wieder auf Null, so weiß ich immer den genauen Dieselverbrauch zwischen den einzelnen Tankvorgängen und kann auch den Durchschnittsverbrauch/100 Kilometer genau berechnen.

Die Sache mit dem "randvoll tanken" habe ich auch immer wieder gerne versucht und bin dabei doch regelmäßig gescheitert: Das Kraftstoffvolumen schwankt temperaturabhängig und bei vielen Fahrzeugmodellen bleiben gerne Luftblasen im Tank zurück (besonders oft bei geteilten Satteltanks), die oft erst beim Fahren wieder ausblubbern. Soviel dann mal zu "randvoll".

Ich gucke immer gern bei Spritmonitor.de, wo ich auch selbst ein Konto habe. Wenn man sich dann die bei vielen Fahrzeugen stark schwankenden Verbräuche anschaut, wird in der Verteilung der Normabweichungen schnell klar, dass es sich oft einfach um Falschmessungen durch uneinheitliche Betankungen handelt. Der Vorteil ist, dass sich diese Schwankungen bei einer größeren Anzahl von Messungen wieder wunderbar nivellieren.

Grüße, Tom

Der gute alte Passat 35i hat theoretisch eine recht große Luftblase mit ca. 20 Liter, öffnet man aber gegen Ende des Tankvorganges mit dem Rüssel das Entlüftungsventil am Einfüllstutzen, dann passen fast 91 Liter in den großzügigen Dieseltank!

Mit meinen beiden Passat 35i haben ich einen Jahresdurchschnittsverbrauch von ca. 5 Liter/100 Kilometer und der betagte Audi 80 B4 TDI nimmt sogar unter 5 Liter/100 Kilometer, obwohl meine Frau überwiegend nur Strecken bis max. 20 Kilometer damt fährt. Diese Verbrauchswerte sind bei vorausschauender und vorschriftsmäßiger Fahrweise, problemlos erreichbar!

der angezeigte SoC stimmt zusätzlich auch nicht mit dem internen SoC der Batterie überein

Stichworte Netto- und Bruttokapazität

selbst bei einem angezeigtem SoC von 0% kann man noch ein paar Kilometer fahren. das BMS hält "oben" und "unten" immer einen Puffer bereit, dieser Puffer ist oft nichtmal fix, was sämtliche Berechnungen auf SoC Basis hinfällig macht

wir sind nach 4 Jahren Enyaq im Sommer auf das neue Model Y mit LFP umgestiegen

edit: Ewald: ich habe neben einem Volvo 760 Turbo auch noch einen Passat 35i in der Garage stehen, mit H Zulassung. einen seltenen G60 syncro Variant mit Vollausstattung.

das sind noch Top Fahrzeuge

Ich fahre schon seit 28 Jahren Passat 35i 1,9 Liter Turbo Diesel, überzeugt hat mich damals der niedrige Durchschnittsverbrauch von ca. 5 Liter Diesel, der überdurchschnittlich große 90 Lter Tank für bis zu 1800 Kilometer Reichweite, die lange Ladefläche womit man sogar Norm Türzargen und Türblätter einladen kann, ohne die Heckklappe einen Spalt offen zu lassen. Leider sind in den letzten 30 Jahren keine gleichwertig funktionellen Nutzfahrzeuge nachgekommen, welche in dieser Größe sparsamer vom Verbrauch oder zuverlässiger von der einfachen Technik wären! Der alte vollverzinkte Oktavia 1U5 TDI ist auch nicht schlecht, macht aber schon deutlich öfter Probleme wie der zuverlässige Passat 35i mit einfacherer Technik.

Also ich muss zugeben, deinen Vortrag leider nicht verstanden zu haben.

(Das kann aber auch daran liegen, dass ich unmittelbar zuvor einen Vortrag über den Absturz des Bitcoins mit Candlecharts und superschnellgesprochenen Tradererklärungen gesehen habe und jetzt angesichts deiner Graphen gerade nicht mehr weiß, wo oben und wo unten ist... )

Grüße, Tom

Hihi - OK, dann werde ich es später noch mal versuchen.