Die Batterielebensdauer von Elektrofahrzeugen verstehen

Jun 02, 2023

Unser neuester EV-Blog schlüsselt die wichtigsten Details zur Batterielebensdauer von Elektrofahrzeugen auf – was „Gesundheitszustand“ bedeutet, die Batterielebensdauerunterschiede zwischen Batterien für PHEVs (Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeuge) und BEVs (Batterie-Elektrofahrzeuge), den Zusammenhang zwischen Reichweite und Kapazität und mehr.

Batterien sind die teuerste Komponente und die Komponente, die den Fahrern, die den Umstieg auf Batterie-Elektrofahrzeuge (BEV) oder Plugin-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) erwägen, am meisten Sorgen bereitet. Welche Reichweite bietet eine Batterie? Wird es sich verschlechtern und muss ersetzt werden? Welche potenziellen Auswirkungen haben die Restkosten des Fahrzeugs?

SIMI-Motorstats Sagen Sie uns, dass im Jahr 2011 in Irland 46 BEVs zugelassen wurden, 45 davon waren Nissan Leafs! Im ersten Halbjahr 2022 wurden hingegen 8.444 BEVs von 54 verschiedenen Modellen zugelassen – von 26 Automobilherstellern. 7 der zehn meistverkauften Modelle im Jahr 2022 waren 2019 nicht auf dem Markt.

Das Vertrauen in den langfristigen Zustand der Batterie war ein Problem. Unter State of Health (SoH) versteht man die prozentuale Messung der nutzbaren Kapazität einer Batterie. Können wir den langfristigen Zustand der Batterie von Elektrofahrzeugen ohne reale Daten vorhersagen? Um den Zustand der Batterie von Elektrofahrzeugen zu verstehen, werfen wir einen Blick auf die Technologie, die die meisten Elektrofahrzeuge antreibt (Hybridfahrzeuge, die die Batterie nicht über eine externe Quelle aufladen, sind nicht enthalten).

Alle BEVs und PHEVs verfügen über zwei Arten von Batterien zur Stromspeicherung: eine 12-V-Zubehörbatterie und einen Traktionsbatteriesatz.

Ein Elektrofahrzeug startet nicht ohne eine geladene 12-V-Batterie, egal wie viel Ladung sich in einem Batteriepaket befindet, da es das Bordnetz startet und das Batteriepaket mit Strom versorgt. Die Starthilfe für die 12-V-Batterie eines Elektrofahrzeugs erfolgt auf die gleiche Weise wie bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Laut AA Rescue kommt es häufiger vor, dass die 12-V-Batterie verwendet wirdleer werden, als dass einem in einem Elektrofahrzeug die Ladung ausgeht.

In heutigen Batteriepaketen für Elektrofahrzeuge wird am häufigsten die Lithium-Ionen-Technologie (Li-Ion) verwendet. Sony brachte 1991 den ersten kommerziellen wiederaufladbaren Li-Ionen-Akku auf den Markt, was eine Revolution in der Mobilelektronik auslöste und sich seitdem rasant von der Stromversorgung von Laptops zur Stromversorgung von Autos entwickelt hat!

Die Li-Ionen-Technologie verfügt über eine Reihe von Eigenschaften, die sie für Elektrofahrzeuge geeignet machen, wie zum Beispiel:

Eine Li-Ionen-Elektrofahrzeug-„Batterie“ besteht aus mehreren Batteriezellen, die ein „Modul“ ergeben. Eine Reihe von in Reihe geschalteten und in einem Batteriegehäuse eingeschlossenen Modulen wird als Batteriepack bezeichnet. Ein Batteriepaket besteht normalerweise aus Tausenden von Zellen. Wenn also eine einzelne Zelle ausfällt, hat dies keine großen Auswirkungen auf den SoH. Die Batterie verrichtet weiterhin ihre Arbeit, im Gegensatz zu einem Verbrennungsmotor, bei dem ein einzelner Ausfall den Motor vollständig außer Betrieb setzt.

Die Art des Batteriepakets hängt von der Marke und dem Modell des Elektrofahrzeugs ab und befindet sich normalerweise am Boden des Fahrzeugs.

Die Gesamtenergie oder Kapazität eines EV-Batteriepakets wird in kWh (Kilowattstunden) gemessen. Die Reichweite eines Fahrzeugs gibt an, wie weit ein Fahrzeug mit voller Ladung fahren kann. Dies ist normalerweise proportional zur Kapazität der Batterie. Jedes Modell hat eine andere Batteriegröße und Effizienz und damit eine andere Reichweite.

Wie bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, deren Kraftstofftanks unterschiedlich groß und mpg sind, gibt es auch bei Elektrofahrzeugen große Unterschiede in der Entfernung, die sie mit einer voll geladenen Batterie zurücklegen können. Zu den weiteren Variablen, die einen Einfluss auf die reale elektrische Reichweite eines BEV oder PHEV haben, gehören das Fahrerverhalten (insbesondere die Geschwindigkeit, denn bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor gilt: Je schneller man fährt, desto geringer ist die Reichweite), Fahrbedingungen, Topografie, Passagierlast, Nebenverbrauchernutzung und Klima. Das unterscheidet sich nicht von der Leistung eines ICE-Fahrzeugs, aber das ist ein ganz anderer Blog!

Obwohl der SoH von PHEV-Batterien ebenfalls von den gleichen Variablen beeinflusst wird wie BEVs, ist die rein elektrische Reichweite von PHEVs komplexer, da beide Kraftstoffarten häufig gleichzeitig verwendet werden.

Die Herausforderung für die Automobilindustrie besteht darin, über eine kostengünstige und effiziente Batterie zu verfügen, die den Anforderungen von Elektrofahrzeugfahrern gerecht wird, die eine größere Reichweite und schnelleres Laden wünschen. Was wissen wir also über die erwartete Lebensdauer eines Li-Ionen-Akkus, während Elektrochemiker an der Erhöhung der Batteriekapazität arbeiten? Was hat es mit der Batterieverschlechterung (sinkender SoH) auf sich und was können Besitzer von Elektrofahrzeugen tun, um diese zu minimieren?

Batterien für Elektroautos sind auf eine lange Lebensdauer ausgelegt. Die meisten Hersteller garantieren eine Laufzeit von 8 Jahren oder 160.000 km (SoH der Batterien >70–80 %). Tesla Model S oder X bieten eine Batterieausfallgarantie von 8 Jahren oder bis zu 240.000 km, je nachdem, was zuerst eintritt. Im Internet gibt es Berichte über Elektrofahrzeuge, die mit derselben Batterie die 1.000.000-km-Marke überschreiten!

Einige Verbraucherberichte in den USA schätzen die durchschnittliche Lebensdauer des Batteriepakets für Elektrofahrzeuge auf etwa 320.000 km, was einer Nutzungsdauer von fast 19,5 Jahren entspricht, wenn das Auto im irischen Durchschnitt 16.400 km pro Jahr gefahren wird (CSO 2019), was länger als die erwartete Lebensdauer ist die meisten Fahrzeuge (also 10-14 Jahre)! Lesen Sie weiter, um zu erfahren, warum irische EV-Batteriepakete aufgrund des irischen Klimas möglicherweise noch besser abschneiden!

EV-Batterien sind robuster als die in anderen Mobiltechnologien verwendeten und aufgrund ihrer Batteriemanagementsysteme ist es unwahrscheinlich, dass sie katastrophal ausfallen. Es ist unvermeidlich, dass der SoH eines Li-Ionen-Akkus mit der Nutzung (Lade-/Entladezyklen) allmählich abnimmt, was zu einer verringerten Ladekapazität und damit zu einer geringeren Reichweite führt. Viele Händler gewähren auf ihre Batterien eine Garantie von 8 Jahren oder 160.000 km, was zeigt, dass die Verschlechterung der Batterie Jahre dauern wird.

Eine Leistungsverschlechterung oder ein Leistungsverlust bei der Energieversorgung des Antriebsstrangs ist bei Elektrofahrzeugen selten zu beobachten, die Ladeleistung oder -effizienz kann sich jedoch verschlechtern.

Laut Forbes sind die Kosten für Akkus in den letzten 10 Jahren um 88 % gesunken. Es wurde erwartet, dass sich dieser Preisverfall im Jahr 2022 fortsetzt, wurde jedoch durch Konflikte, Inflation und Marktbedingungen beeinflusst.

Die langfristige Verschlechterung der Batterieleistung wird durch viele Variablen wie Temperatur, Lademuster und Nutzung beeinflusst. Die Berücksichtigung dieser Variablen bei der Entwicklung von Nutzungsgewohnheiten kann die Lebensdauer der Batterie verlängern. Um die Batterielebensdauer zu optimieren, sollten die Herstellerempfehlungen für bestimmte Fahrzeuge befolgt werden.

Die Temperaturempfindlichkeit ist eine Schwäche der Li-Ionen-Technologie. Hohe (wüstenähnliche) Temperaturen beeinträchtigen die Leistung von Li-Ionen-Zellen und sie erzeugen während des Betriebs Wärme. Die Temperatur kann sich langfristig auf die Verschlechterung der Batterieleistung und kurzfristig auch auf die schnelle Wiederaufladezeit auswirken.

Im Allgemeinen wirken sich wärmere Klimazonen stärker negativ auf die Lebensdauer einer Elektrofahrzeugbatterie aus als kältere Klimazonen. Hohe Temperaturen können sich negativ auf die Lebensdauer und Reichweite der Batterie auswirken, wirken sich jedoch nicht auf die Ladezeit aus. Niedrige Temperaturen können sich negativ auf die Ladezeit und Reichweite auswirken, haben jedoch keinen Einfluss auf die Lebensdauer der Batterie.

Ein Batteriemanagementsystem überwacht und hält die optimale Temperatur des Batteriepakets durch aktives Heizen/Kühlen aufrecht. So wie der menschliche Körper bei 37 Grad am besten funktioniert, funktioniert die Chemie einer Elektrofahrzeugbatterie am besten in einem gemäßigten Temperaturbereich. Tests haben gezeigt, dass ein Elektrofahrzeug bei -6 °C durchschnittlich 12 % seiner Reichweite einbüßtim Vergleich zu 23 Grad C . Auch die Temperatur wirkt sich täglich auf die Reichweite aus, da die Batterie Strom zum Heizen/Kühlen sowohl des Innenraums (für den Komfort des Fahrers) als auch der Batterie (für optimale Betriebsleistung) liefert.

Die Kühlsysteme von Elektrofahrzeugen variieren. Wenn Ihr Elektrofahrzeug über die Funktion zur Vorkonditionierung der Batterietemperatur für eine optimale Leistung verfügt, lesen Sie in Ihrem Benutzerhandbuch nach, wie Sie diese Funktion optimal nutzen können.

Eine weitere wichtige Variable sind Lademuster. Ständiges Entladen auf 0 % und Wiederaufladen auf 100 % kann zu einer Verschlechterung der Batterieleistung führen. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass Besitzer von Elektrofahrzeugen dies nicht tun. Um jedoch eine vollständige Entladung oder Überladung zu verhindern, bauen die Hersteller am unteren und oberen Ende der nutzbaren Batteriekapazität eine gewisse Reserve ein, die nicht zur Nutzung zur Verfügung steht.

Die Li-Ionen-Zellen in den Batteriepaketen der meisten modernen Elektroautos mögen es nicht, über längere Zeiträume in einem vollen oder sehr niedrigen Ladezustand gehalten zu werden. Um die Lebensdauer einer Elektrofahrzeugbatterie zu optimieren, wird standardmäßig empfohlen, täglich einen SoC zwischen 20 % und 80 % aufrechtzuerhalten.

Obwohl das Schnellladen (Gleichstromladen) praktisch ist, entsteht mehr Wärme als das Wechselstromladen, und diese Wärme kann zu einer Verschlechterung der Batterie führen. Im Idealfall sollte das Laden mit Wechselstrom den Großteil des Ladebedarfs decken, bei minimalem Einsatz von Schnellladung wird die Batterielebensdauer verlängert.

Um den Einfluss des Lademusters auf die Batterielebensdauer zu demonstrieren, veröffentlichte Hyundai auf seiner Website Zahlen, die große Schwankungen in der Lebensdauer seines Soul Booster EV (64 kWh, maximale Reichweite 386 km) belegen.

Wenn der Akku erschöpft und zu 100 % aufgeladen ist, kann der Akku für 1.000 Ladungen verwendet werden. Wenn der Akku zu 50 % genutzt und aufgeladen wird, reicht er für 5.000 Ladungen. Wenn es zu 20 % genutzt und aufgeladen ist, kann es für 8.000 Aufladungen verwendet werden.

Zusammenfassend behauptet Hyundai, wenn sein Soul Booster EV 77 km/Tag gefahren wird (entspricht 20 % der maximalen Fahrstrecke) und jede Nacht aufgeladen wird,Die Batterie hält 8.000 Tage (22 Jahre).

Im Jahr 2020 hat GeoTab, ein Anbieter von Telematiklösungen,veröffentlichte reale Batteriedatenvon 6.000 Elektrofahrzeugen (BEV und PHEV) über Millionen von Tagen hinweg, um zwei kostenlose Tools zu erstellen, die unschätzbare Einblicke in die Auswirkungen von Temperatur und SoH von Elektrofahrzeugbatterien auf lange Sicht liefern.

Diese realen Daten zeigten, dass die durchschnittliche Batterie eines Elektrofahrzeugs etwa 2,3 % ihrer Kapazität pro Jahr verlor. Mit anderen Worten: Ein heutiges Elektroauto mit einer Reichweite von 300 km wird in fünf Jahren 34 km verloren haben. Die Daten zeigten außerdem, dass Hitze und Schnellladen (Gleichstromladen) für eine stärkere Verschlechterung der Batterie verantwortlich sind als Alter oder Kilometerleistung7, sodass ein hohes Nutzungsniveau, z. B. Fahren oder Kilometerleistung, offenbar kein Problem darstellt.

Die realen Daten von GeoTab und andere Berichte über Elektrofahrzeuge, die ihre Garantiezeit um ein Vielfaches überschreiten, zeigen zahlreiche Fälle von hoher Nutzung. Zum Beispiel ein 2017er Renault Zoe 52kWh, der als Taxi in der (heißen) Türkei im Einsatz ist, mit einer Laufleistung von 345.000 km und einem nahezu perfekten SoH-Wert von 96 % nach einer weiteren FahrtLebenserwartung eines durchschnittlichen irischen Autos.

Nachdem wir nun die Batterietechnologie erklärt haben und erklärt haben, wie sie sich über mehr als 300.000 km verschlechtert, wie sieht sie Ihrer Meinung nach im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor aus? In welchem ​​Zustand wäre ein Diesel- oder Benzinmotor nach 300.000 km – würden Sie ihn mit der Gewissheit kaufen, wartungsfrei zu fahren?

Elektrofahrzeuge fahren weiter – ihre Reichweite kann mit der Zeit leicht abnehmen, aber sie sind zuverlässiger als Verbrennungsmotoren, bei denen bei Ausfall einer einzelnen Komponente der Motor und das Auto ganz stehen bleiben.

Ein letzter Punkt ist, dass es für Elektrofahrzeuge und Batterien noch in den Kinderschuhen steckt – Recyclingzentren werden erst jetzt in Pilotprojekten eingesetzt, weil es so wenige Elektrofahrzeugbatterien gibt, die recycelt werden können, und der Großteil (von abgeschriebenen Fahrzeugen) als Ersatz in ein zweites Leben geht an das Stromnetz.

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