Kapazitätsverlust im Winter ist ein Märchen

[Zoe100E]

Hallo!

Ich möchte ein paar Bemerkungen zu dem Märchen machen dass der Akku bei winterlichen Temperaturen an Kapazität verliert. Das ist Unfug! Er hat im Winter die gleiche Kapazität wie im Sommer. Bei tiefen Temperaturen darf man nicht mit so hohen Strömen laden weil der Innenwiderstand des Akkus bei tiefen Temperaturen größer ist. Wenn man sich genug Zeit nimmt und die höheren Ladeverluste akzeptiert bekommt man den Akku zu 100% voll. Man bekommt die Energie jedoch nicht mehr vollständig aus dem Akku heraus. Die Verluste im Akku sind bei gegebenem Strom proportional zum Innenwiderstand. Somit kann ich im Winter weniger Energie entnehmen weil der Verlustanteil der im Akku in Wärme umgesetzt wird größer ist. Das ist alles.

Die Verluste im Akku steigen mit dem Quadrat des Akkustroms und mit dem Quadrat der Antriebsleistung an. Die Antriebsleistung ist bei Dominanz des Luftwiderstandes im Bereich hoher Geschwindigkeiten proportional zur "Geschwindigkeit hoch 3". Die für eine Fahrt von a nach b benötigte Energie ist bei Dominanz des Luftwiderstandes proportional zur "Geschwindigkeit hoch 2", die Verlustenergie im Akku ebenfalls.

Wenn ich also im Sommer und im Winter schön langsam fahre und die Klimaanlage/Heizung aus mache kann ich in beiden Fällen nahezu die gleiche Energie aus dem Akku entnehmen und habe nahezu die gleiche Reichweite. Der Kapazitätsverlust ist ein Märchen!

Gruß
Johannes

[MaXx.Grr]

Die Verluste im Akku steigen mit dem Quadrat des Akkustroms und mit dem Quadrat der Antriebsleistung an. Die Antriebsleistung ist bei Dominanz des Luftwiderstandes im Bereich hoher Geschwindigkeiten proportional zur "Geschwindigkeit hoch 3". Die für eine Fahrt von a nach b benötigte Energie ist bei Dominanz des Luftwiderstandes proportional zur "Geschwindigkeit hoch 2", die Verlustenergie im Akku ebenfalls.

Das verstehe ich nicht - Deine "Rechnung" sagt doch nur aus, daß hohe Geschwindigkeiten mehr Antriebsleistung benötigen und damit mehr Energie verbraucht wird und damit mehr Verluste im Akku anfallen als bei niedrigen Geschwindigkeiten. Das weiß hier jeder - aber wo kommt da jetzt die Temperatur ins Spiel?

Grüazi MaXx

[Zoe100E]

Hallo MaXx,

der Innenwiderstand des Akkus ist temperaturabhängig. Bei tiefen Temperaturen ist er höher als bei hohen Temperaturen. Deshalb fallen im Akku bei einer Leistungsentnahme von sagen wir 20 kW im Winter mehr Verluste im Akku an als im Sommer.

Ich habe die Geschwindigkeit nur ins Spiel gebracht um zu zeigen dass man die Auswirkungen dieses Effekts (Reichweitenveringerung) abmildern kann wenn man mit kleinerer Antriebsleistung bzw. mit kleinerer Geschwindigkeit fährt und geschwindigkeitsunabhängige Verbraucher wie die Heizung ausschaltet. Ich habe in dem Beispiel vernachlässigt dass bei Erhöhung der Antriebsleistung die Klemmenspannung des Akkus aufgrund des Spannungsabfalls am Innenwiderstand sinkt und somit der für diese Antriebsleistung erforderliche Strom und die Verlustleistung im Akku etwas stärker als mit dem Quadrat der Antriebsleistung steigen.

Wichtig war mir zu zeigen dass man zwar bei jeder Temperatur die volle Energie in den Akku hineinbekommt (Akkukapazität temperaturunabhängig immer 100 %), man bekommt sie bei Leistungsentnahme aber nicht mehr vollständig aus dem Akku heraus. Der Anteil der im Akku in Wärme umgewandelt wird ist bei tiefen Akkutemperaturen größer. Somit scheint es so als würde die Akkukapazität im Winter sinken.

Gruß
Johannes

[PowerTower]

Wenn ich also im Sommer und im Winter schön langsam fahre und die Klimaanlage/Heizung aus mache kann ich in beiden Fällen nahezu die gleiche Energie aus dem Akku entnehmen und habe nahezu die gleiche Reichweite. Der Kapazitätsverlust ist ein Märchen!

Und wenn du halbwegs mit realistischem Energieverbrauch unterwegs bist, wirst du es sehr deutlich merken. Deine vielen Sätze hättest du mit einer simplen Entladekurve abkürzen können.

Im Anhang ein Beispiel für Winston LiFeYPO4 Zellen. Bereits bei einer Stromentnahme von nur 0,5C gibt es erhebliche Unterschiede zwischen +25°C und -25°C aufgrund des sich stark verändernden Innenwiderstands. Neben der geringeren Spannungslage sinkt auch die entnehmbare Kapazität. In irgend einem theoretischen Szenario könnte man 100% der Kapazität auch im Winter entnehmen, dann gehst du aber mit der Spannung so weit runter, dass die Zelle stirbt, oder du rollst mit 10 km/h vor dich hin, oder du hast einen 100 kWh Akku und belastest ihn nur mit 0,2C.

Ich verstehe die Absicht des Threads nicht. Das was du beschreibst ist ja keine neue Erkenntnis und die Überschrift irreführend. Mich interessiert ja nicht, was beim Ladevorgang in die Zelle rein geht, sondern wie weit ich mit dem aufgeladenen Akku fahren kann. Die entnehmbare Kapazität ist unter realen Bedingungen bei kaltem Akku geringer als bei warmen Akku. Da ist dann natürlich noch Ladung in den Zellen vorhanden, die ich aber nicht mehr nutzen kann. Bezogen auf die Energiemenge (geringe Spannung x geringe Kapazität) ist es gleich noch viel schlimmer.

-> Die nominale Kapazität mag Sommer wie Winter identisch sein, die entnehmbare Kapazität ist es nicht.

[BigBubby]

Dazu wird die Verlustleistung im Akku hier gerade nicht beachtet, welche nicht unerheblich den Akku aufwärmt. Was wieder ein Vorteil bei schneller fahrt ist, da mehr Verbrauch auch mehr heizt und damit den Innenwiderstand verringert. Das ist nunmal ein dynamisches System und lässt sich nicht mit statischen Modellen zu einer Zufriedenheit lösen.

[Helfried]

Dazu wird die Verlustleistung im Akku hier gerade nicht beachtet, welche nicht unerheblich den Akku aufwärmt. Was wieder ein Vorteil bei schneller Fahrt ist

Der hohe Innenwiderstand im Winter ist also ein Vorteil, da er zu einer Erwärmung des Akkus und damit zu geringem Innenwiderstand führt?
Na, ich weiß nicht, das klingt jetzt ein bisschen wie nach dem, der sich an den eigenen Haaren aus dem Sumpf zieht.

Wieviel kWh gehen da eigentlich verloren durch die Aufwärmphase der Batterie?

[BernhardLeopold]

Dazu wird die Verlustleistung im Akku hier gerade nicht beachtet, welche nicht unerheblich den Akku aufwärmt. Was wieder ein Vorteil bei schneller Fahrt ist

Wieviel kWh gehen da eigentlich verloren durch die Aufwärmphase der Batterie?

Der Vorteil tritt bei Langstreckenfahrt auf. Nach der ersten Fahrt und Ladung ist die Akkutemperatur im normalen Bereich.
Die Energiemenge beträgt etwa 3 kWh, um den Akku von unter Null auf 20 °C aufzuwärmen. Diese Verluste müssen bei der ersten Fahrt berücksichtigt werden, ab der zweiten Ladung springt dann ohnehin wieder die Akkukühlung an.

[Helfried]

Die Energiemenge beträgt etwa 3 kWh, um den Akku von unter Null auf 20 °C aufzuwärmen.

Dann stimmt es ja quasi, dass mann bei Kälte kaum weniger Kapazität im Akku hat, sondern bloß mehr Verluste beim Fahren.

[Zoe100E]

@ PowerTower:

Ich habe bewusst keine Entladekurven bemüht weil ich die Sache "mit dem gesunden Menschenverstand" rüberbringen wollte so dass jeder sich die Physik dahinter vorstellen kann. Und ich wollte klarmachen dass es sich nur um einen "scheinbaren Kapazitätsverlust" handelt. Die im Winter entnehmbare Energie (nicht bis zum Zellentod sondern die Energie die von der Zoe freigegeben wird) ist stromabhängig und hängt von der Fahrweise ab. Das rüberzubringen scheint mir gelungen zu sein. Du hat völlig Recht: Wenn man mit halbwegs realistischem Energieverbrauch unterwegs ist wird man den Unterschied zwischen Sommer und Winter deutlich merken.

Ich fahre mit der Zoe jeden Tag im Sommer und im Winter eine halbe Stunde über Land durch diverse Dörfer (teilweise Geschwindigkeitsbegrenzung Temo 30) zur Arbeit. Die halbe Stunde reicht nicht aus um den Akku nennenswert zu erwärmen. Ich bin in der Regel "gemütlich" unterwegs, mit vorausschauender und Energiesparender Fahrweise. Ohne ein Verkehrshindernis zu sein (ist auch wenig los auf der Strecke) komme ich im Sommer runter auf 12kWh/100km. Ich habe festgestellt dass bei dieser Fahrweise der Unterschied zwischen Sommer und Winter nicht so dramatisch ist wie er immer dargestellt wird.

Also habe ich als User weniger verfügbare Kapazität zum Antreiben. So einfach ist das. Und warum ich im Winter weniger weit komme, kann mir Scheißegal sein, ich muss damit Leben und Auskommen.