Berechnung der Batterieverschlechterung und des Kapazitätsverlusts
| Bedingung | Gesamtkapazität | Verlust (%) | Kapazitätsverlust (kWh) | Energie bei 100 % | Verlustberechnung | Bereich | Geschätzte Ladezeit bei 150 kW DC-Schnellladung |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Neue Batterie | 60 kWh | 0 | 0 kWh | 60 kWh | — | 450 km | ~24 Minuten |
| 10 % Kapazitätsverlust | 54 kWh | 0.1 | 6 kWh | 54 kWh | 60 kWh x 0,10 = 6 kWh | 450 − (450×0,10) = 405 km | 54 / 150 × 60 = ~22 Minuten |
| 20 % Kapazitätsverlust | 48 kWh | 0.2 | 12 kWh | 48 kWh | 60 kWh x 0,20 = 12 kWh | 450 − (450×0,20) = 360 km | 48 / 150 × 60 = ~19 Minuten |
📌 Diese Tabelle basiert auf einem Fahrzeug mit einer 60-kWh-Batterie und einer Nennreichweite von 450 km. Bei den Berechnungen wird von konstanter Geschwindigkeit und konstantem Verbrauch ausgegangen, wobei die Reichweite linear berechnet wird. Im realen Einsatz können Faktoren wie Wetter, Fahrgeschwindigkeit, Straßengefälle, Reifenzustand und Systemeffizienz zu Abweichungen bei Reichweite und Verbrauch führen.
⚡ Ladezeitberechnungen geben die theoretische Mindestzeit an. In realen DC-Ladeszenarien kann das Batteriemanagementsystem (BMS) die Ladeleistung basierend auf dem Ladezustand (SOC), der Temperatur und dem Zellenzustand schrittweise reduzieren. Darüber hinaus beeinflusst die maximale Leistung, die von der Ladestation und dem Fahrzeug unterstützt wird, die Zeit. Daher können die tatsächlichen Ladezeiten länger sein als berechnet.
🔍 🔍Erklärung: Batteriechemie, BMS und Verschlechterung im Laufe der Zeit
Lade-/Entladezyklen, Temperatur, hohe Ladeleistung und Lagerung führen zur Alterung des Akkus. Die innere chemische Struktur verschlechtert sich → Zellen verlieren ihre Energiespeicherkapazität.
Es zeigt immer die aktuelle maximale Kapazität an. Bei einem Verlust von 10 % sind also 100 % = 54 kWh; bei 20 % Verlust, 100 % = 48 kWh. Selbst wenn die Anzeige 100 % anzeigt, ist daher nicht mehr so viel Energie enthalten wie zuvor (weniger gespeicherte Energie).
Die Ladezeit verkürzt sich leicht, da weniger Energie nachgefüllt werden muss.
Eine Batterie ist kein elektronischer Schaltkreis; Daher kann sein interner Zustand nicht genau bekannt sein. Die Berechnungen basieren auf Strom, Spannung, Energie und Elektronenfluss, der in die Batterie ein- und austritt. Daten wie die Ladezeit und das Alter der Batterie werden ebenfalls ausgewertet, um die Nutzungsdauer abzuschätzen, und das Fahrzeugdisplay zeigt den Energiestatus in % oder Reichweite an. Das Batteriemanagementsystem (BMS) überwacht kontinuierlich diesen Elektronenfluss, die Wärme, die Spannung und den Strom; Es schützt den Akku vor Überladung, Tiefentladung und Überhitzung. Es generiert außerdem geschätzte Daten zum Batteriezustand (SOH) aus Lade-Entlade-Zyklen.
Die Elektrolytflüssigkeit verschlechtert sich, es bildet sich Gas, die Hitze nimmt zu, die Zellen schwellen an, es besteht Brandgefahr und die Lebensdauer der Batterie wird erheblich verkürzt.
In der chemischen Struktur kommt es zu Rückreaktionen, Elektroden kollabieren, die Zelle stirbt vollständig ab und wird unwiederbringlich.
Die an der Ladestation und am Fahrzeugbildschirm angezeigte Leistung ist nahezu identisch (z. B. 11 kW AC, 150 kW DC). Allerdings ist die tatsächlich in die Batterie gelangende Leistung aufgrund von Kabel- und Steckerverlusten bei Wechselstrom um 5–12 % und bei Gleichstrom um 3–7 % niedriger. Das BMS berücksichtigt immer diesen kleinen Unterschied und schützt den Akku vor Über- oder Unterladung.
Es korrigiert Unsicherheiten, die durch chemische Veränderungen in der Batterie und Ungleichgewichte zwischen den Zellen entstehen, und stellt sicher, dass das Fahrzeugdisplay den genauen Energiestatus und den Batteriezustand anzeigt. Während des normalen Ladevorgangs kann es sein, dass die ein- und ausgehende Energie aufgrund von Messfehlern, Alterung und Kabel-/Steckerverlusten nicht ganz genau ist; Durch die Kalibrierung kann das BMS die tatsächliche Kapazität und den SOH sehen.
Der Verlust im ersten Jahr erfolgt aufgrund der „chemischen Sedimentation und des Zellausgleichs“ schnell; Danach stabilisiert sich der Akku und der Verlust verlangsamt sich (ca. 95 % → 92 %). In den ersten Lade-Entlade-Zyklen bildet sich die SEI-Schicht (Solid Electrolyte Interphase). Diese Schicht verbraucht chemisch Energie. Die Batterie ist neu, Elektrodenoberflächen und Elektrolyt sind nicht vollständig stabil. Auch kleine Ungleichgewichte und Widerstandsunterschiede zwischen Zellen gleichen sich aus. Daher der schnelle anfängliche Rückgang.
Die SEI-Schicht hat sich abgesetzt, die chemischen Strukturen sind stabil, die Zellen sind im Gleichgewicht. Bei gleicher Nutzung verursachen Lade-Entlade-Zyklen weniger Verluste. Ergebnis: Der jährliche Kapazitätsverlust ist geringer und nichtlinear und schreitet langsam voran.