Sebastian Weik

i3 Batterie Lebensdauer - Messung der Degradation

Im ersten Teil zum Thema Batterie Lebensdauer ging es ein wenig um die Theorie sowie die Möglichkeiten, die Leistungsfähigkeit der Batterie auf der Straße zu verifizieren. Im zweiten Teil soll es nun um Verfahren gehen, dem Thema Alterung der Batterie (Degradation) mit ein wenig Messtechnik zu Leibe zu rücken.

Wenn wir uns nicht auf die Messung des Herstellers verlassen wollen, müssen wir selber messen. Leider will der Hersteller naturgemäss das genau nicht und macht es uns im Regelfall nicht leicht, die entnehmbare Energie aus der Batterie irgendwo abzulesen. Der i3 verfügt zwar im Service-Menü über einen Ws (Watt-Sekunden) Zähler, mit dem die Verbräuche für den Bordcomputer berechnet werden, aber a) hat man leider keine Angaben, welche Verbräuche hier im Fahrzeug von diesem Zähler erfasst werden und b) zeigt auch der Bordcomputer ziemlichen Umfug an, so dass der zugehörige Zähler wohl auch nicht besonders genau ist. Die ebenfalls im Service-Menü verfügbare Anzeige des "Max-Kapa"-Werstes ist leider ebenfalls nicht dokumentiert, offensichtlich vom Ladeverfahren sowie der Mondphase abhängig und damit auch schlecht brauchbar leider.

Was also tun? Man kann sich über die maximal zu ladende Energie sowie die die maximale Reichweite dem Thema annähern. Maximal heißt in diesem Zusammenhang die zum Laden von 0-100% SOC benötigten kWh sowie die Reichweite, die ich mit 100-0% SOC erreiche. Da insbesondere die maximale Reichweite aber unter starkem Einfluss von Sommer und Winter sowie der Fahrweise steht, benötigt man viele Messungen um eine statistisch signifikante Aussage zu gewinnen.

Methode 2 - Maximale geladene Energie

Aus dem ersten Teil des Artikels wissen wir, dass die geladene Energie eine Obergrenze für die nach dem Laden Batterie verfügbare Energie darstellt. Obergrenze deshalb, weil durch erhöhten Innenwiderstand zusätzlich noch ein größerer Teil der Energie beim Laden in Wärme umgewandelt wird, als bei einer frischen Batterie. Der Verlust an SoH (State of Health) ist also immer größer als die Verringerung der noch in die Batterie ladbaren Energie. Die in die Batterie ladbare Energie kann man allerdings recht gut von außen bestimmen und das auch über einen Zeitraum von mehreren Jahren. Benötigt wird ein genaues Energie-Messgerät, am besten immer dasselbe, um Messungenauigkeiten aus dieser Fehlerquelle auszuschliessen. Weiterhin sollten nur Ladungen berücksichtigt werden, bei denen keine zusätzlichen Verbraucher (Batterieheizung, Innenraumvorwärmung) geschaltet waren und das Ladeverfahren sollte dasselbe sein (z.B. immer Schuko oder Wallbox mit gleicher Leistung). Die Messungen sind jeweils auf 100% SOC Ladung normiert, d.h. wenn z.B. von 6-98% SOC geladen wurde, wird die aufgenommene Energie mit 1/(0.98-0.06) multipliziert. Um die trotzdem auftretenden Schwankungen zu elimieren muss man, wie in der Abbildung gezeigt, eine Reihe von Messungen durchführen. An der Regressionsgeraden erkennt man, dass hier bis 10000 km keine Abnahme erkennbar ist.

Methode 3 - Maximale erreichbare Reichweite

Die maximal geladene Energie aus der vorigen Methode stellt wie beschrieben nur eine Obergrenze für die Degradation dar. Grundsätzlich interessant ist natürlich die Frage, wie weit komme ich mit einer Ladung. Das lässt sich natürlich auch dokumentieren, aber diese Größe unterliegt naturgemäß noch deutliche größeren Schwankungen; neben den starken Unterschieden Sommer/Winter ist hier natürlich wesentlich die Fahrweise und die Strecke von Bedeutung. Aus einer hinreichenden Zahl von Messungen über die Jahre lässt sich aber auch hier eine Aussage ableiten, schliesslich wird es immer mal wieder Sommer (...) und man selbst fährt wahrscheinlich auch immer ähnlich. Für diese Messungen wurde auf Fahrten verzichtet, die mit Heizung absolviert wurden oder im Comfort bzw. Eco Modus gefahren wurden. Natürlich dürfen auch REX-Fahrten nicht ausgewertet werden. Dadurch sind diese Einflüsse ebenfalls eliminiert. Die Reichweitenwerte selbst wurden mit der gleichen Methodik wie bei "Methode 2" auf einen SOC von 100% normiert, damit eine Vergleichbarkeit gewährliestet ist. Ebenfalls wurden nur Fahrten berücksichtigt, die insgesamt einen SOC von > 80% verbraucht haben. Man erkennt in der Abbildung, dass es einen massiven Unterschied zwischen Winter- und Sommerbetrieb gibt, so dass dieses Verfahren erst über einige Jahre sinnvolle Aussagen zulassen wird. Am sinnvollsten sind wahrscheinlich die Sommerwerte über die Jahre miteinander zu vergleichen, um die Abnahme der Batteriekapazität zu erkennen.

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2016-07-30