Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Alles zum Energiespeicher eines Elektroautos

Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon mlie » Sa 18. Jan 2014, 22:45

Steht dazu irgendetwas im Vertrag? Das sind ja nun durchaus Sachen, die in irgendeiner Weise schriftlich geregelt werden müssen, auch wenn das derzeit an Glaskugelpolieren grenzt...
110Mm elektrisch ab 11/2012.

Bevor man den 200. Tröt zu einem längst ausdiskutierten Sachverhalt aufmacht, IMMER erstmal die Suche benutzen. Es gibt in diesem Forum KEIN Elektroautothema, welches nicht schon längst abschliessend diskutiert wurde!
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon Evert » Mo 24. Feb 2014, 15:48

Hallo zusammen,

sehr interessanter Thread!

Ich hätte da auch eine Frage zum Verhalten bei kalten Temperaturen:
Ich weiß, dass ein Li-Ion-Akku bei winterlichen Temperaturen an Spannung verliert und damit auch an Kapazität. Meine Frage ist nun, wo ist die Energie hin, die ich ursprünglich beim Laden reingesteckt habe?

Ein kurzes Beispiel: Ich habe einen 20 kWh Akku und lade ihn komplett voll. Dann habe ich 20 kWh chemische Energie im Akku und noch ein wenig Wärme erzeugt. Nun entlade ich den Akku im Winter bei niedrigen Temperaturen. Nachdem ich 10 kWh entnommen hab sagt die Anzeige "sorry Akku leer". Wo sind aber die restlichen 10kWh chemische Energie, die noch übrig sein müssten? Sind die noch im Akku? D. h. könnte ich diese Energie entnehmen, wenn ich den Akku aufwärme? Oder hab ich diese 10 kWh verloren, da sie in Wärme umgewandelt wurden während ich den Akku entladen habe? Das kann eigentlich nicht sein, weil dann hätte der Akku sich so lange aufgewärmt, bis er normale Betriebstemperatur hat und damit wäre die Kapazität auch wieder voll verfügbar.

Was passiert also mit der Restlichen Energie?
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon Chris » Mi 26. Feb 2014, 08:20

Evert. Das ist eine sehr gute Frage. Bin auf die Antworten gespannt.
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon micky4 » Mi 26. Feb 2014, 09:06

Ich vermute eher, wenn der Akku kalt ist, nimmt er nicht die ganzen 20kWh auf, oder ?
Liebe Grüße, Michael ! (begeisteter Ampera-Fahrer)
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon dkt » Mi 26. Feb 2014, 09:38

Evert hat geschrieben:
Ein kurzes Beispiel: Ich habe einen 20 kWh Akku und lade ihn komplett voll. Dann habe ich 20 kWh chemische Energie im Akku und noch ein wenig Wärme erzeugt. Nun entlade ich den Akku im Winter bei niedrigen Temperaturen. Nachdem ich 10 kWh entnommen hab sagt die Anzeige "sorry Akku leer". Wo sind aber die restlichen 10kWh chemische Energie, die noch übrig sein müssten? Sind die noch im Akku?


Erste Frage an Dich. Hast Du verläßlich gemessen, dass das Auto 20 kWh aufgenommen hat, oder hast Du nur der Meldung im Auto vertraut "Akku voll"?
Zweite Frage: Umgebungstemperatur beim Laden?
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon Evert » Mi 26. Feb 2014, 12:50

Die Frage ist ganz allgemein von mir. Ich besitze keine E-Fahrzeug, bin Ingenieur und habe auf diese Frage bisher keine Antwort gefunden ;).

Also Bedingungen: Volles Laden bei 25°C. Entladen bei -15 °C. Da sieht man in allen Labormessschrieben, dass die entnommene Energiemenge (Kapazität) auf ca. 50% abfällt und dann bringt die Spannung ein - der Akku ist leer. Ich hab nur noch niemanden gefunden, der mir erklären konnte, wo die restliche Energie hin ist. Bin gespannt! :)
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon dkt » Mi 26. Feb 2014, 13:41

Evert hat geschrieben:
Die Frage ist ganz allgemein von mir. Ich besitze keine E-Fahrzeug, bin Ingenieur und habe auf diese Frage bisher keine Antwort gefunden ;).

Also Bedingungen: Volles Laden bei 25°C. Entladen bei -15 °C. Da sieht man in allen Labormessschrieben, dass die entnommene Energiemenge (Kapazität) auf ca. 50% abfällt und dann bringt die Spannung ein - der Akku ist leer. Ich hab nur noch niemanden gefunden, der mir erklären konnte, wo die restliche Energie hin ist. Bin gespannt! :)


Ich bin kein Fachmann, lese nur gerne alles über die Batterie mit.

Soweit ich etwas beitragen kann sind es folgende Beobachtungen:

Jede Batteriechemie hat ihr Betriebtemperaturfenster. Das kann sehr unterschiedlich sein. Einer der Gründe ist, dass die Aufnahme und Abgabe der - in den E- Autos - Lithiumionen, verursacht beim Einlagern und Auslagern, auch einen mechanischen Streß für das aufnehmende Material. D.h. es kommt zu Dehnungs- oder Schrumpfungsprozessen. Diese laufen auch unterschiedlich bei unterschiedlichen Temperaturen ab.

Zum Beispiel mein voll aufgeladenes Handy. Beim Skifahren habe ich es manchmal in der Anorakaussentasche vergessen. Das eiskalte Handy war ohne Strom. Einmal in die Innentasche genommen, hat es nach seiner Aufwärmphase wieder normal funktioniert. Daraus habe ich für mich geschlossen, dass die Energie zwar vorhanden war, aber wegen der niedrigen Betriebstemperatur, das Handy, bzw. der Batterie, diese nicht reagieren konnte, sprich den Strom freigeben.

Analog dazu kann ich mir den Ladevorgang vorstellen. Innerhalb bestimmter Temperaturgrenzen läßt sich, von der Batteriechemie her, der Laqdevorgang lostreten. Wird es zu kalt, dann bleibt diese Reaktion aus.

Langer Rede kurzer Sinn, also ich glaube, was die Batterie aufnimmt, gibt sie unter gleichen Bedingungen auch wieder ab, natürlich abzüglich der Prozessverluste. Denn, die fallende Temperatur entlädt die Batterie nicht, sondern hindert sie beim Entladen, meine ich. Etwas anders sähe das bei zu hohen Temperaturen aus. Denn da, glaube ich, wird - bei entsprechenden Temperaturen - massiv Energie zugeführt, die sicherlich auch unerwünschte Entladevorgänge forciert, bzw. einen normalen Ladevorgang auch behinderte.

Ich bin deswegen so ausführlich geworden, um die Fachleute hier anzuregen, mir entweder zu widersprechen, oder eine Korrektur anzubringen, oder aber auch eine Bestätigung. Den mich interessiert das Thema auch sehr und ich bin weit von einem Durchblick entfernt.
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon Kelomat » Do 27. Feb 2014, 20:45

Ich mutmaße mal das die Temperatur sehr starke Auswirkungen auf den Innenwiderstand vom Akku hat.

Wird der Akku geladen, wird Strom rein geschickt. Dadurch steigt die Spannung.

Ist durch den kalten Akku der Innenwiderstand höher, steigt diese Spannung schneller. Jetzt kommt es auf das Ladeverfahren an aber ich glaube dadurch wird der Akku schon mal um ein paar % weniger geladen weil das BMS einfach früher sagt: Spannung erreicht, Akku voll.

Beim Entladen holen wir den Strom wieder raus.
Wieder haben wir kältebedingt einen höheren Innenwiederstand.
Dadurch bricht die Spannung stärker ein.

Um das Auto vorwärts zu bewegen brauche ich eine gewisse Leistung. Die ergibt sich aus Spannung x Strom.

Nehmen wir mal 100A bei 200V an, das sind dann 20.000W -> 20kW
Bricht die Spannung um 20V ein haben wir bei 100A 180V -> 18kW, ich will aber mit 20kW fahren dann muss ich 111A Strom geben, dadurch habe ich wieder eine höhere Strombelastung die Spannung bricht noch ein bisschen ein also werden wir wahrscheinlich 115A brauchen für die gleiche Leistung.

Was passiert im Akku?
Da wir nur mehr 180V an den Klemmen haben gehen 20V im Akku als Wärmeverlust verloren. Bei unserem Beispiel wären das dann mit 115Ax20V= 2300W Heizleistung im Akku.

Geht der Strom im Akku zu neige wird das BMS wegen des Spannungseinbruches auch früher sagen: Minimalspannung erreicht STOPP!!!!

So ergibt sich der Kapazitätsverlust.
1. Bekommt man etwas weniger rein (ist wahrscheinlich nur sehr wenig)
2. Geht im Akku Energie in Form von Wärme verloren
3. Bekommt man weniger heraus.


Sollte ich mich Irren bitte um Korrektur. :mrgreen:
Hauptauto: Nissan Leaf 2012er mit isolierter Heizung
Zweitauto (Von meiner Frau): Citroen Saxo Elektro mit Lithiumakkus
Sonst keine fossile Dreckschleuder zur Fortbewegung ;)

Strom kommt von der PV-Anlage ca. 15kW mit Speicher im Keller
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon Evert » Do 27. Feb 2014, 21:22

Ich bin von dem Fall ausgegangen, dass der Akku warm geladen wird und kalt entladen wird, was ja häufig vorkommt.

Die Idee, dass der Innenwiderstand einfach die Energie aufzehrt indem Wärme entsteht im Akku hatte ich auch. Aber wenn man das mal durchrechnet müsste mitden 2,3 kW, die du in deinem Beispiel hast der Akku sehr schnell Raumtemperatur erreichen und die Problematik beseitigt sein.
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon dkt » Fr 28. Feb 2014, 08:46

Evert hat geschrieben:
Die Idee, dass der Innenwiderstand einfach die Energie aufzehrt indem Wärme entsteht im Akku hatte ich auch. Aber wenn man das mal durchrechnet müsste mitden 2,3 kW, die du in deinem Beispiel hast der Akku sehr schnell Raumtemperatur erreichen und die Problematik beseitigt sein.


Ich glaube, über den Innenwiderstand wird nur die gleiche Situation beschrieben, wie über die Fähigkeit der Ionenträger an den Elektroden diese aufzunehmen oder abzugeben. Es ist sicherlich so, dass diejenige Menge Energie die in der Batterie gelagert wird, auch dort abzüglich der Prozessverluste (Wärmeentwicklung u.a.), auch vorhanden ist. Bei der Abgabe spielt dann die Temperatur eine Rolle. Ist die aufnehmende Elektrode dann zu kalt, wird sie möglicherweise wenig und gar nichts abgeben. Ich halte solange an dieser Vorstellung fest, bis mir jemand die Ursache, die für dieses Phänomen verantwortlich ist, so erklärt, dass ich es verstehen kann. Nur den Innenwiderstand als Ursache zu nehmen fällt mir schwer, weil er nicht aufzeigt, was passiert mit der zugeführten Energie wirklich.
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