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Brutto-/ Nettobatteriekapazität und grobe Ermittlung des SOH

Hallo zusammen,

das Thema Akku ist für jeden Einsteiger in die Elektromobilität ein wichtiges Thema, da die Angst vor einem extremen Reichweitenverlust über die Zeit / Kilometer viele von einem Kauf abschreckt.

Da der Aiways mein mittlerweile drittes BEV (Battery Electric Vehicle) ist, habe ich diese Angst mittlerweile verloren (genauso wie die, mit 3% oder weniger an der Ladestation anzukommen 😬).

Trotzdem ist es auch vor dem Kauf nicht unwichtig zu wissen, wie viel man von der angegebenen Akkukapazität auch tatsächlich nutzen kann und dass man selbst auch grob einschätzen kann, wie gesund (SOH = State of Health) der Akku noch ist.

Deswegen möchte ich hier ein paar Daten sammeln, da Ai-ways bekannterweise leider etwas intransparent ist.

Ai-ways selbst gibt an, dass der Akku 63kWh Kapazität aufweist. Dabei handelt es sich um die Brutto-Kapazität (nicht vollständig nutzbar).

Mein U5 hat heute Nacht einmal von 3% auf 100% voll geladen. Ich habe den 11kW-Lader an Bord, jetzt knapp über 800km auf der Uhr und das Fahrzeug ist im Juli gebaut worden. Also kann ich davon ausgehen, dass der Akku noch 100% SOH haben sollte.

Dabei hat der U5 58,8kWh geladen.

Hochgerechnet auf 100% Ladung entspricht das dann ca. 60,06kWh.

Leider kenne ich den Wirkungsgrad des On-Board-Chargers (OBC) nicht.

Wenn ich vom ADAC einen Mittelwert nehme (Verlustleistung sind dann ca. 7,5%; https://www.adac.de/rund-ums-fahrzeug/elektromobilitaet/laden/ladeverluste-elektroauto-studie/ ), dann ist die effektiv nutzbare Nettoakkukapazität ca. 57kWh. Für das große Auto recht klein, aber ich denke, für 90% der Fahrten durchaus ausreichend.

Dann kurz zur groben Ermittlung des SOH:

Ihr kennt jetzt in etwa die maximale AC-Lademenge inklusive Verluste (DC kann stark abweichen, 7,2kW Lader kann auch ein wenig abweichen).

Zur Ermittlung des SOH müsst Ihr das Fahrzeug auf einen möglichst niedrigen Ladestand (SOC - State of Charge) runterfahren. Am besten unter 10%.

Im Anschluss muss das Fahrzeug wieder zu 100% geladen und dabei der Verbrauch erfasst werden. Danach muss die Lademenge auf 100% hochgerechnet werden. Anschließend muss diese ermittelte Menge durch die ursprüngliche Kapazität geteilt werden.

Hier anhand meiner Werte:

Ermittelte Lademenge: 58,8kWh, von 3% auf 100% geladen

Gesamtkapazität=[58,8kWh / (100-3)] • 100 = ~60,06kWh

SOH = Gemessene Kapazität / Ursprüngliche Kapazität • 100% = 60,06kWh/ 60,06kWh • 100% = 100%

Alle Angaben ohne Gewähr natürlich. Eure Zahlen können abweichen.

Es bringt nichts, das bei sehr niedrigen oder sehr hohen Temperaturen durchzuführen, da hier die Akkuheizung oder Akkukühlung einen zusätzlichen Verbrauch erzeugen kann.

Wenn jemand noch zusätzliche Informationen hat, wie Anzahl der Akkuzellen (es sind vermutlich Pouch-Zellen verbaut), Ladeschlusspannung und minimale Entladespannung der Zellen, könnt Ihr Diese hier gerne mit reinschreiben.

Auch würde mich interessieren, wie es bei euch um den SOH steht, bitte mit Angabe des Alters und der Kilometer.

Gruß
Valentin
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Kia e-Niro Spirit von 11/20
Tesla Model Y LR von 02/22
Aiways U5 Premium von 12/22 mit AHK

Also da kann man jetzt viel über Ladeverluste spekulieren, oder man nimmt eben gleich die Angaben, die man im Netz findet:
Diese Fraktion spricht von 61kWh
Aiways U5 Test: Elektro-SUV vom Elektromarkt - Mobility.Talk (mobility-talk.com)

Elektro-SUV Aiways U5 aus China: Ist der Chinakracher ein Fehlzünder? | Leben & Wissen | BILD.de

diese von 60 kWh

Aiways U5 (2020-2022) Preise und technische Daten - EV Database (ev-database.org)

Der Unterschied von unter 2 % ist bei den unbekannten Ladeverlusten meiner Meinung nach vollständig zu ignorieren...

Je nachdem , wie der Hersteller die Degradation mit in die Leistungsangaben einbezieht, ist auch denkbar, dass du aktuell eine leicht erhöhte Kapazität hast, um die anfangs relativ schnelle Degradation (Re: Modeling of Lithium-Ion Battery Degradation for Cell Life Assessment – AccuBattery Help Center (zendesk.com)) auszugleichen. (denkbar 70kWh verbauen, 10%Reserve gegen Tiefentladung, mit zu erwartender Degradation von vielleicht 1% während der ersten x-km bleiben 62kWh und da kann man Softwaretechnisch dann auch dafür sorgen, dass erstmal konstant 60 nutzbar sind...(würde ich als Hersteller jedenfalls so machen, dann kann man immer schön nachsteuern, damit man um so sicherer in der Garantiezeit nicht tauschen muss.

Das klingt jetzt erstmal alles etwas negativ, aber ich glaube mit den gegebenen Ungenauigkeiten (und einer unbekannten Akkutemperatur (wirkt ja auch auf die Kapazität) ist eine private SOH Bestimmung nicht möglich. Ich beschäftige mich leider beruflich mit Messunsicherheiten und Prüfaufbauten etc. insofern bin ich da vermutlich etwas vorgeschädigt und zu penibel. Aber ohne das Paket auszubauen würde ich da keine Aussage treffen wollen.

LG

Im Batterie sind 24 Module verbaut, mit jeweils 4 Zellen pro Modul, macht insgesamt 96 Zellen die verbaut sind. Im Vergleich, der Tesla Model S aus 2013 hatte etwa 7000 18650 einzelnen Zellen im 75kWh Batterie verbaut gehabt. Beim vollgeladenen Batterie haben wir eine Batteriespannung etwa 412V. Das entspricht für eine Zellspannung von etwas über 4,2V. Also, wenn bei uns die Batterie voll ist, ist es tatsächlich 100%geladen, viel Puffer (nach oben) scheint nicht mehr zu sein. Wie viel Reserve unten gibt's, könnte man theoretisch über Batterie Spannung herausfinden. Dafür müsste man die Batterie auf 1%runterfahren und abwarten, und im Stand 15min abwarten, damit die Spannung sich stabilisiert... Bei Unseren Zellchemie verläuft die Spannung lienear mit dem Ladezustand, von 3,0V (2,5V Minimum) bis 4,2V ( nominale Zellspannung ist 3,7V)...Aus dem Berechnung ergibt eine Batteriespannung bei 1% 288V, bei 100% 412V... Die Zellkapazität 63/96 soll etwa 656Wh sein....0,656KWH.. bzw 3,7V 177Ah Li ion Zellen..

WallE92 hat auf diesen Beitrag reagiert.
WallE92

@adlerrz Danke für deinen Beitrag.

Solche Berichte kenne ich, jedoch gebe ich hier nicht allzu viel darauf. Bild-Zeitung ist sowieso nicht als besonders zuverlässig bekannt (und verbirgt den Artikel hinter einer Paywall bei mir) und auch bei EV-Database steht dabei, dass es sich um Schätzwerte handelt. Die Daten sind also nicht zuverlässiger, als meine Abschätzung. Ohne Information, wie diese Zahl zustande kommt, kann man mit den Informationen leider sehr wenig anfangen.

Außerdem stellt sich mir die Frage, warum ich eine erhöhte Kapazität haben sollte, wenn ich als real nutzbare Kapazität ca. 3kWh weniger ermittle (ca. 57kWh nutzbar)? Da ich selbst im Engineering für Auomotive Bauteile tätig bin, kann ich dir versichern, dass ein Hersteller niemals Bauteile mit solchen Qulitätsunterschieden bzw. Akkugrößen verbauen würde. Zum einen dürfen die das aufgrund der Prozessicherheit nicht, zum anderen wäre das Risiko für defekte Bauteile viel zu groß oder die QS damit auch viel zu teuer. Zusätzlich sollten die Produktionsprozesse ein wiederholbares und gleichbleibendes Ergebnis garantieren. Da vertraue ich auch auf CATL als einer der weltgrößten Batteriehersteller.

Soweit ich weiß, nutzen einige Hersteller das von dir vorgeschlagene System (größerer Akku, bei dem nach und nach mehr Kapazität freigegeben werden kann zum Ausgleich der Degradation). Einige Hersteller machen das automatisch, bei anderen muss man dafür in die Werkstatt. Nichtsdestotrotz kann man irgendwann eine Degradation feststellen. Und diese kann man selbst auch über das Laden ermitteln - wie schon in der Überschrift genannt aber nur GROB 😉

Ich stelle hier noch einmal klar, dass dies kein genaues Verfahren ist, bei welchem auch die Messunsicherheit nicht angeben werden kann, weshalb das Ergebnis wissenschaftlich nicht verwertbar ist. Dennoch gibt es eine gute Richtung vor und dem Nutzer eine Idee, wo er sich gerade befindet.

Für eine genaue Messung kann man das von Fachstellen entsprechend ermitteln lassen. Daten vom BMS würde ich aber nicht trauen. Mein Kia mit jetzt >44.000km zeigt immer noch 100% SOH an, von mir ermittelter SOH liegt bei etwa 92%, was ich für durchaus realistischer halte.

Btw: Das soll keine Kritik an Dir sein, du hast sogar absolut Recht. Es ist absolut kein exaktes Verfahren aber für eine Idee völlig ausreichend. Es ist vergleichbar einer Messung mit dem Multimeter, wenn du zum Beispiel die Spannung des 12V-Systems prüfen möchtest. Dabei ist dir meist egal, ob du +-0,5% oder +-1,5% Genauigkeit hast, wenn du weißt, die Spannung liegt im guten Bereich (z. B. 11,8V bis 14,4V) oder außerhalb dessen (z. B. 9V-11,8V oder >14,4V).

@green-deal danke für die Informationen. Darf ich mal fragen, woher du diese nimmst? Gibt es dort unter Umständen noch weitere technische Details zum Aiways?

Gruß
Valentin
__________________________________
Kia e-Niro Spirit von 11/20
Tesla Model Y LR von 02/22
Aiways U5 Premium von 12/22 mit AHK

@walle92
Gerne, spannend finde ich das Thema ja auch...
Also von variierenden Speichergrößen habe ich meiner Meinung nach nichts geschrieben, lediglich, dass die Kapazität von der aktuellen Akku-Temperatur abhängt.
Bei Automotive kenne ich mich tatsächlich wenig aus, da bist du dann wohl eher der Experte. Ich komme aus dem Bereich Medizintechnik (also das Thema Prozesssicherheit kenne ich) und da wird gerne mal mit doppelter und dreifacher Sicherheit gearbeitet... also wenn ein Gerät gemäß Gebrauchsanweisung bei Netzausfall 30 Minuten laufen soll, muss das eben auch nach 2 Jahren (wenn der Akku getauscht werden muss) unabhängig von der Anzahl der Ladezyklen bei maximalem Verbrauch sicher so sein...
Bin halt wie gesagt etwas vorgeschädigt, was Toleranzen, Messunsicherheiten, Standartisierte Messbedingungen (Vortemperierung von Prüflingen), Methodenvalidierung etc. angeht.

WallE92 hat auf diesen Beitrag reagiert.
WallE92

Hallo, um deine Frage zu beantworten, muss ich mein Antwort im Punkte aufteilen...

1.) 24 Module... steht auch auf dem Aiways Hompage im Batteriebeschreibung drin..

2.) 4 Zellen pro Modul, das hab ich im einem YouTube Video gesehen..Es gibt ein Spanier ( Spanische Ausgabe von AT Zimmermann), der sich auf Elektroautos spezialisiert hat. Der hat Mal ne Aiways U5 aus 2020 Batterie Reparatur durchgeführt. Eine Zelle hat aus irgendeinem Grund weniger Spannung. Ich verstehe leider kein Spanisch, könnte den genauen Grund nicht herausfinden. Im Video ist die offene Batterie zu sehen, inklusive die Anzahl der Zellen... der Spanier ist richtig begeistert von Aiways U5 Qualität...https://youtu.be/aIOYLjxsSoM

Die Reparatur bestand nur daraus, dass die Zelle mit niedrigem Spannung auf dem Spannungslevel der anderen nachgeladen war.  In dem Sinne war kein Fehler, sondern die eine Zelle ungleich geladen. Falls jemand Spanisch versteht, würde mich sehr interessieren, wieso das überhaupt passiert ist.

3.) 3,7V Zellspannung, ist die verbreitete nominale Zellspannung...

4.) 3,0V Bei Liion Batterie ist bei 3,0V Spannung als leer, bzw 1%...96 Zellen x 3,0V 288V Spannung auf Batteriepack bei 1%. Es ist eine reine Theorie... bzw Rechnung.

5.) 4,2V bei Liion Batterie diese Spannung entspricht der Voll geladenen Zustand..100%.

  1. 6.) 412V ist die Spannung, was ich an meinem Aiways U5 im 100% Ladezustand beobachten konnte. Dieses Wert war im neuen Zustand (10Km) eben gleich wie heute, nach 18 Monaten und 33000 gefahrenen Kilometern. 412/96=4,2V ergibt 100% Volle Zellen...

Ich bin Kfz Mechatroniker, mit HV Schein und Toyota Hybrid Erfahrung.

Übrigens, der Spanier Fachmann hat noch seine Begeisterung für Aiways U5 bei einem Rücklicht Austausch Leuten lassen. Er fand sehr innovativ, daß die Rückleuchten über Filtern (für Belüftung) besitzen, um eine Beschlagen der Rückleuchten zu verhindern. Diese Filtern sind es sogar so im Rückleuchten verbaut, dass sie sich ganz einfach ausbauen lassen, ähnlich wie eine Glühbirnenfassung. Bei Bedarf, kann die in eine Microwelle getrocknet werden.... Auch der Art wie der Steckverbindung gelöst ist, genial. Der Stecker befindet sich hinter einem Gummistopfen im Innenraum, schön geschützt und befestigt... Die Wasserablauf über die Rückleuchten aus Gummi war die Sahne... ich bin begeistert von Toyota Qualität, ich muss zugeben, daß Aiways U5 in manche Stellen innovativer ist.

Photon und WallE92 haben auf diesen Beitrag reagiert.
PhotonWallE92