ZOE Batterie
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Genereller Aufbau
Die Batterie der Renault ZOE besteht aus 192 Zellen. Diese sind in 12 Modulen in 8S2P Konfiguration angeordnet (je zwei Zellen parallel und 8 davon in Serie). Dies gilt sowohl für die 22 kWh Batterie als auch für die Z.E. 40 (41 kWh) Batterie. Quelle: [1]
Die 41kWh Batterie weist fast die doppelte Kapazität auf gleichem Raum aus wie die 22kWh Batterie. Der Hersteller ist LG.
Während die alten Zellmodule 36 Ah hatten, haben die neuen ca. 65 Ah, siehe Spezifikationen bei Pushevs
Der Innenwiderstand wurde durch Versuche ermittelt:
- 22kWh Batterie: 0.076 Ohm bei ca. 27°C
- 41kWh Batterie: 0.069 Ohm bei ca. 27°C
- 41kWh Batterie: 0.110 Ohm bei ca. 14°C
Die große Kapazität geht allerdings auf Kosten der Ladefähigkeit. Die Ladefähigkeit ist gegenüber der kleinen Batterie deutlich eingeschränkt, vor allem bei tieferen Temperaturen und höheren SOC-Werten.
Gemessen wurden mittels CanZE die maximalen Charge-/Rekuperationswerte, die mittlere Batterietemperatur und der benutzbare SOC-Wert. Fehlermöglichkeiten: Benutzbarer SOC-Wert vs. echter SOC-Wert sowie mittlere Batterietemperatur vs. minimale oder auch maximale Batterietemperatur. Alle Messungen im Ruhezustand beziehungsweise ein paar Minuten nach Ladung/Fahrbetrieb. Die Grafik wurde für die R90 gemessen, gilt aber nach Stichproben auch für die Q90. Korrekterweise müssten die Werte über die Spannung, nicht über den SOC gemessen werden. Allerdings ist dies für den praktischen Betrieb nicht sehr aussagekräftig, daher hier die (fehlerbehaftete) Version über den SOC.
Die Batterie befindet sich im mittleren und hinteren Teil des Fahrzeuges. Das vordere Ende ist unter dem Fahrersitz, das hintere am Ende der Rückbank. Dadurch befindet sich die gesamte Batterie zwischen den Achsen und ist damit recht gut geschützt. Hinter der Batterie unter dem Kofferraum befindet sich die Batteriekonditionierung. Vorne rechts, zugänglich im Fußraum unter der Matte beim Beifahrersitz, befindet sich ein Notstecker, mit dem die Batterie getrennt werden kann (für Einsatzkräfte im Notfall). Die Anschlüsse für den Antrieb befinden sich vorne an der Batterie.
Batteriekonditionierung (beide Batterietypen)
Die Batterie wird mit Luft gekühlt. Das Batteriegehäuse weist im hinteren oberen Bereich 3 Öffnungen auf. Die beiden äußeren Öffnungen dienen der Abluft, die mittlere Öffnung der Zuluft. Die Luft strömt in der Mitte des Batteriepacks nach vorne und zwischen den Zellen nach außen. In den beiden äußeren Kanälen wird die erwärmte Luft dann wieder zurück geführt.
Auf den 3 Öffnungen sitzt ein Kunststoffgehäuse, in dem ein Lüfter, ein Wärmetauscher (Verdampfer) der Klimaanlage untergebracht sind. Damit kann die Batterie effizient gekühlt werden.
Dabei handelt es sich um einen geschlossenen Luftkreislauf (siehe Bild unten). Dies hat den Vorteil, dass ...
- Kondensation verhindert wird,
- kein Schmutz und Staub angesaugt wird, der sich an den Zellen ablagern kann,
- eine Umwälzung ohne aktive Kühlung möglich wird, um Temperaturunterschiede zwischen den Zellen auszugleichen.
Die ab der R/Q90 besitzen die ZOEs eine 1kW PTC Heizung welche mit 3 unterschiedlichen Heizstufen angesteuert werden kann (333W /666W /1kW). Die Batterieheizung wird bei Temperaturen unter 6°C aktiv, aber nur wenn nicht gleichzeitig die Innenraumheizung aktiviert ist. Die Heizung wird bei 9°C wieder ausgeschaltet. Durch die relativ grossen Oberflächen des Batteriegehäuses fällt die Heizwirkung auf die Zellen aber eher bescheiden aus. Allerdings erwärmt sich die Batterie bei höheren Ladeströmen durch die Ladung auch selbst. Das heisst das Problem lässt sich nach Versuchen leicht umschiffen indem man möglichst unter 25% SOC fährt und dies auch noch möglichst schnell. Damit reichen 22kW Ladeleistung um die Batterie genügend zu erwärmen, dass sie mit maximaler Leistung durchlädt.
Update März 2019: Das EVC-Update-Version 0AC0 behebt das Problem und die Heizung wird früher aktiviert und hilft somit auch beim Laden bei tiefen Batterietemperaturen.
https://www.goingelectric.de/forum/viewtopic.php?f=59&t=22432&hilit=clim+Version&start=380#p967767
SOC Werte, benutzbare Kapazität
Die ZOE gibt beim Einschalten, beim Laden und per App SOC% Werte aus. Intern wird mit zwei weiteren SOC Werten gerechnet. Dem echten (real) SOC Wert und dem brauchbaren (usable) SOC Wert. Der Hauptunterschied ist, dass der echte SOC Wert die ganze Batteriekapazität abbildet, der usable SOC Wert aber nur den benutzbaren Teil, da aus Gründen der Batterielebensdauer die Batteriekapazität nicht ganz ausgnutzt wird.
Temperaturabhängigkeit des Usable SOC
In den usable Wert wird auch noch die Temperaturkorrektur mit einberechnet. Wie genau die Temperaturkorrektur funktioniert ist nicht bekannt. Empirisch konnte ermittelt werden, dass die Korrekturwerte bei 100% SOC 0 sind, sowie bei 0% SOC 0.4%- Punkte pro °C betragen. Die Werte dazwischen liegen auf einer Geraden. Die so ermittelte Funktion ist
{%Punkt pro°C}= –0.00417*SOC+0.41667.
Die Gleichung wurde bei Temperaturen zwischen 15 und 25°C ermittelt. Ob sie bei anderen Temperaturen gültig ist kann nicht gesagt werden. Die Formel funktioniert bis zu ca. 20% SOC bei tieferen SOC Werten stimmt die Gleichung nicht mehr, da wird der Wert kleiner.
Ausserdem verändert sich der usable SOC Wert nach einer Fahrt noch etwas. Vielfach ist er nach einer halben bis einer Stunde Parkzeit wieder etwas höher als vorher. Durch den Wegfall der Motorstromlast steigt die Batteriespannung wieder etwas an und somit kann dann auch der SOC Wert um einige Prozentpunkte höher sein. Der im Fahrzeug angezeigte Wert ist am ehesten dem usable Wert zuzuordnen, er ist aber mindestens sehr grosszügig aufgerundet.
Angleichung der SOC Werte bei der Ladung
Während der Fahrt und auch durch mehrere Teilladungen können die Werte etwas davon driften. Bei einer Vollladung werden sie dann vermutlich wieder etwas angeglichen.
Probleme 41kWh Batterie
Die aktuelle Software (Stand Frühling 2017) der R90 kühlt die Batterie zu stark und verlängert damit die Ladezeit vor allem gegen Ende der Ladung, da die Temperatur-/SOC-Werte dann in ungünstige Positionen auf der Ladekarte (oben) kommen. Es ist zu hoffen, dass ein Softwareupgrade dies beheben wird.
Update März 2019: Das EVC-Update-Version 0AC0 behebt das Problem
https://www.goingelectric.de/forum/viewtopic.php?f=59&t=22432&hilit=clim+Version&start=380#p967767
Durch das restriktive Ladekennfeld sind bei kühlen Temperaturen die Ladeströme nicht ausreichend, um die Batterie zu erwärmen. Daher können sich Ladungen mit kühler Batterie stark in die Länge ziehen. Abhilfe würde eine Zusatzheizung schaffen, die aber ziemlich stark sein müsste, da immerhin an die 300kg Material in relativ kurzer Zeit erwärmt werden müsste.
Die MaxCharge-Werte der Ladekarte sind auch noch abhängig von den tatsächlichen Ladeströmen. Eigentlich sind diese Werte korrekterweise von der Spannung und nicht vom SOC abhängig. Das heißt, bei höheren Ladeströmen sinkt die maximal mögliche Ladeleistung. Dies tritt innerhalb weniger Minuten nach Beginn der Ladung auf und verschärft das Problem der schlechteren Ladefähigkeit der großen Batterie noch weiter. Die Größe dieser Abhängigkeit ist unterschiedlich bei verschiedenen SOC-/Temperatur-Werten.
Legende:
3: Kofferraumboden
6+19: Abluft Batterie
15: Zuluft Batterie
34: Lüfter
28: Wärmetauscher (Verdampfer) Klimaanlage