Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Alles zum Energiespeicher eines Elektroautos

Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon pfa_and » So 24. Mai 2015, 16:27

agentsmith1612 hat geschrieben:
helmutnn hat geschrieben:
Wird man übertragen auf das Auto z.B. auch bei 50% Restkapazität weiterhin die volle Leistung abrufen können und kann der Akku weiterhin die rekuperierte Energie in der Rate aufnehmen wie ein Akku der noch frisch und neu ist, oder wird man ab einer gewissen Restkapazität quasi einen kompletten Zusammenbruch der Funktion oder wesentliche Leistungseinbußen erleben?


Lithium Ionen Akkus haben zwei Alterungscharakteristika.
Einmal die Alterung mit der Zeit, kalendarische Alterung genannt, die kann man in etwa so verstehen wie von jedem anderem Produkt auch. Kunstoff wird manchmal gelb und spröde mit der Zeit, Glas kann milchig werden.
So ist das bei Akkus auch sie altern mit der Zeit, wenn man sie nicht benutzt. Das hängt aber vor allem vom Ladezustand in dem Moment und von der Temperatur ab. Die geringste kalendarische Alterung erhält man bei Ladezuständen zwischen 30-70% und Temperaturen zwischen 8-30°C.

Dann gibt es die Alterung durch Benutzung. Die wird auch maßgeblich durch die Temperatur und die Leistung die man entzieht bzw. lädt bestimmt. Ein Akku der immer nur ganz langsam geladen und entladen wird altert langsamer als einer der immer nahe an seinem Limit betrieben wird. Dabei spielt der Ladezustand auch wieder eine Rolle. Wenn man den Akku beispielsweise nur zwischen 50-60% betreibt, als nur 10 % immer entnimmt und dann wieder lädt hält er viel länger als wenn man immer die volle Ladung beansprucht.
Akkus haben eigentlich eine feste Zyklenanzahl wo dann gesagt wird. Nach 1000 Zyklen (Vollzyklen) wird noch X % (meist 70-80%) der Anhangskapazität vorhanden sein.
Da wird aber nur die Alterung durch Benutzung angenommen die kalendarische ist nicht mit eingerechnet, weil die eben bei jedem Nutzer unterschiedlich ist.
Nutzt man zum Beispiel sein Handy immer nur bis 50% Akku und lädt dann auf so ist das kein Vollzyklus sondern nur ein Teil davon. Wie viele "Halbzyklen" man laden kann bis es der Nutzung eines Vollzykluses entspricht weiß man nicht. Ich habe mal gelesen, dass es 4 sein können.

Ein "gealteter" Akku kann zum einen nicht mehr die Kapazität aufnehmen und zum anderen nicht mehr die Leistung erbringen. Bei langsamen Entladen bekommt man die reduzierte Kapazität noch raus, bei höheren Leistungen kann es aber zu stärkerem Erwärmen kommen oder sogar wie in deinem Fall dass die Spannug zusammenbricht und das Gerät einfach ausgeht weil der Akku die Leistung nicht mehr abgeben kann.
Bei einem alten Akku ist die Kapazität geringer und die Leistung kann abfallen, bezüglich Ladeleistung gilt das selbe, das was der Akku dann nicht mehr aufnehmen kann wird in Wärme umgewandelt.

Lithium Ionen Akkus haben eine Entladeschlusspannung von 2,5V was 0% State of Charge (SoC) entspricht, weiteres Entladen und der Akku ist für immer kaputt. Nach oben hin ist die Ladeschlusspanung bei maximal 4,2V manche Zellen halten auch 4,3V aus, das wäre dann 100% SoC. Weiteres Aufladen führt zur Überladung und zu im schlimmsten Fall einer Explosion.

Heutige Geräte die Li-Ion Akkus verwenden sind fast immer so gebaut, dass sie das Gerät schon bei 3V oder sogar 3,5V Akkuspannung abschalten und dem Gerät sagen Akku leer. Speziell für Elektroautos wird aber auch nach oben hin niemals bis an die 4,2 bzw. 4,3V Ladeschlusspannung gegangen sondern eben schon bei 4V abgeschaltet. Damit nutzt man dann vom eigentlichen SoC nur die Beriechen zwischen 20-80% im besten Fall. Das Auto sagt ist dann eben schon bei diesen Grenzen bei 0 bzw. 100% Kapazität laut der Anzeige im Auto. Der Akku könnte eigentlich nach oben und unten hin ein wenig mehr aber dadurch, dass man diese Bereiche nicht nutzt verlängert man die Haltbarkeit.
Ein wichtiger Punkt ingesamt im E-Auto ist auch wie schnell lade ich den Akku und wie schnell entlade ich diesen. Hohe Ströme im Vergleich zu der Kapazität sind nicht ganz so gut.
Man spricht dabei von C Werten.
Wenn ich aus einem 85 kWh-Akku 85kW ziehe ist das 1C, wenn ich ihn dann mit 42,5 kW lade ist das 0,5C.
Akkus sind vom Hersteller für bestimmte Belastungen ausgelegt (C-Werte) die sie verkraften. Nehme ich auf Dauer mehr ab oder lade auf Dauer schneller, dann stresst das den Akku und das geht zu Lasten der Haltbarkeit.
Man kann das alles durch Aufheizen im Winter und Kühlen beim Laden, Fahren usw. etwas minimieren. Dennoch ist gewiss geringe Belastung die haltbarere Variante.
Temperaturen spiele natürlich auch eine Rolle. Je nach Zelltyp ist die Zelle bei -20°C oder darunter tot und kann auch nicht mehr nach "auftauen" verwendet werden. Ebenso ist es mit heisen Temperaturen.
Daher ist im Auto die Temperierung des Akkus sehr wichtig. Sowohl für den täglichen Gebrauch (mehr Reichweite im Winter) als auch für die Haltbarkeit.

Das ist jetzt alles sehr pauschal und ohne viele Details, hier und da gibt es aber Ausnahmen je nach Zelle, Zelltyp, verwendete Anode, Kathode, Elektrolyt usw. das führt dann hier aber zu weit.
Dafür könnten wir einen anderen Thread aufmachen.



Hallo zusammen,

sehr interessant was agentsmith1612 hier schreibt. Gibt es Quellen in denen man die Werte für die Alterung nachlesen kann?

Gruß Andre
pfa_and
 
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon Wolkersdorfer » So 24. Mai 2015, 17:13

Guten Tag!

Ich bin neu in diesem interessanten Forum. Nachdem ich ein wenig quergelesen habe, denke ich, daß ich meine Frage hier in diesem Thread stelle, da hier offensichtlich Li Ionen Akku Experten vertreten sind.

Ich habe mir einige dieser interessanten ARLO Kameras zugelegt:

http://www.arlo.com/de/products/kit/

Die Kameras benötigen je 4 Stück RCR123A oder 16340 Akkus:

https://community.netgear.com/t5/Arlo-W ... /ta-p/4414

Nun ist es offenbar fast unmöglich an solche Akkus einer hochwertigen Firma zu kommen. Ich benötige zumindest 16 Stück davon + 1 hochwertiges Ladegerät. kann mir bitte jemand eine Empfehlung abgeben?

Alternativ würde mich interessieren, ob es eine Empfehlung für normale (aber hochwertige) Lithium-CR123-Batterien gibt? Am Besten mit einer Kapazität über 1000mAh.

Vielen Dank!
Wolkersdorfer
 
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon glumb82 » So 24. Mai 2015, 19:24

Hallo Wolkersdorfer
Schau dich mal in Taschenlampen Foren um die brauchen diese gröse von Akkus recht oft.
Gruß Boris
glumb82
 
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon twiker01 » So 24. Mai 2015, 19:43

Auf die vorigen Fragen zur Kapazität im Winter: Bei kaltem Akku sinkt die Spannung erheblich stärker bei Belastung. Man hat dann zwar die Kapazität, kann sie aber nicht vollständig bzw. nur mit verhaltener Fahrweise abrufen. Beim Twike kann man die ganzen Betriebsdaten während der Fahrt verfolgen. Nach über 100.000 km kennt man die Abhängigkeiten dann im Schlaf. Und noch ein Tipp: Kapaverlust ist auch nach vielen Jahren kein wirkliches Thema. Vorausgesetzt der Akku steht nicht dauernd vollgeladen rum oder hat eine tödliche Tiefentladung durchgemacht.
For all better future. Let's TWIKE.
twiker01
 
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon Wolkersdorfer » Mo 25. Mai 2015, 07:52

glumb82 hat geschrieben:
Hallo Wolkersdorfer
Schau dich mal in Taschenlampen Foren um...
Gruß Boris

Danke Boris! Ich werde mich dort:
http://www.taschenlampen-forum.de
anmelden und nachfragen.
Wolkersdorfer
 
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon lamouette » Mo 25. Mai 2015, 15:21

Evert hat geschrieben:
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? ...


Genau so ist es.
Stell Dir vor, Du wohnst in einer Gegend mit extremen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht (Gipfel Sierra Nevada oder so) . Mittags bei 35°C lädst Du 20 kWh in den Akku. Einen Tag später (wieder mittags) sind die 20 kWh immernoch nutzbar.
Wenn Du aber nachts um 4:00Uhr bei minus 20°C eine Spritztour startest, dann sieht es sehr mau aus mit der Reichweite.
Interessant wäre: Wieviel Energie braucht es um einen 200kg Akku von -20° auf +35°C zu erwärmen. (Bin zu faul zum Formelsuchen..)
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon Alex1 » Mo 25. Mai 2015, 15:51

cp von 1 kJ/kg angenommen:

200 kg x 1 kJ/kg x 55 K = 11.000 kJ = ca. 2,5 kWh

Wer hat genauere Werte?
Herzliche Grüße
Alex
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon e-beetle » Mi 27. Mai 2015, 09:29

Allgemeines Blabla von mir dazu: 8-)

Der Hinweis der unterschiedlichen Zellen (Zellchemien) ist besonders wichtig und bei allen Diskussionen zu beachten!
Und zusätzlich noch der Hersteller und aus welcher Baureihe sie stammen.
Die LiFePo4 Zellen von SkyEnergy (CALB) und Thundersky (Winston) sind sehr ähnlich, unterscheiden sich in der Praxis aber doch etwas. Dann kommen die LiYFePo4 von Winston dazu.
Sinopoly und HiPower sind ebenfalls etwas anders, obwohl außen auch "LiFePo4" drauf steht.

Bei Serienfahrzeugen wird die Vergleichbarkeit noch schwieriger.
LiNiMnCo, LiMnO2, LiNiMnCoO2, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiCoAlO2 u.s.w. und darunter noch unterschiedliche Separatoren, prozentuale Mischungen, wie verbaut, wo verbaut, aktive Kühlung, Entladewerte, Ladewerte, BMS, etc.

Das soll nur verdeutlichen, dass man mit der Bezeichnung "Li-Ion" nichts anfangen kann, wenn es um Details geht.

Kapazitätsverluste über die Zeit kann man auch nur dann messen, wenn man identische Bedingungen bei den unterschiedlichen Messungen hat.
Z.B. +25°C Umgebungstemperatur, gleicher Lade-/Entladestrom, definierte Abschaltwerte für die Spannung, etc.

Pauschale Angaben sind hier nur schwer zu machen.
Es kommt immer auf genau den einen Zelltyp an, den man vor sich hat.

Gruß,
Michael
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon Jan » Sa 27. Jun 2015, 19:27

Vielleicht ein weiterer Schritt von Samsung?

http://www.businesskorea.co.kr/article/ ... y-capacity
Kommt bei Dir auch schon Strom vom Dach? :) https://www.youtube.com/watch?v=bBPRBxziQOI
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Re: Grundsätzliche Charakteristik eines Lithium Ionen Akkus

Beitragvon Gerd BausN » Do 2. Jul 2015, 11:41

Hallo
Für kleinere Akkus gibts sowas
http://www.elv.de/li-ion-lipo-ladegerae ... usatz.html
Mit einem anderen fertig aufgebauten Gerät von ELV habe ich Lipos fürs Pedelec wieder auf Trab gebracht.
Vielleicht ist damit geholfen
Gerd BausN
 
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