Faktoren, die die Alterung von Lithium-Ionen-Batterien beeinflussen
Die wichtigsten Faktoren, die die Alterung von Lithium-Ionen-Batterien beeinflussen, sind:
Die Anzahl der Zyklen (Laden/Entladen)
Dies ist der am häufigsten verwendete Faktor bei der Auswahl einer Batterie, da er eine Schätzung der Kapitalrendite im Zusammenhang mit der Nutzung eines Elektrofahrzeugs ermöglicht. Während des Lade- und Entladevorgangs werden Lithiumionen in die aktiven Materialien eingebaut und bewegen sich dort (siehe TechLetter „Geschichte und Zukunft der Batterie “). Die aktiven Materialien dehnen sich aus, wenn Ionen eingebaut werden, und ziehen sich während des umgekehrten Vorgangs wieder zusammen, wodurch die elektrochemische Zellstruktur nach und nach beschädigt wird.
Schnellladen
Lithium-Ionen-Batterien können in der Regel ohne Probleme in 5 Stunden aufgeladen werden, einige Chemikalien sogar in 2 Stunden. Schnellere Ladevorgänge verkürzen in der Regel die Lebensdauer der Batterie. Die Ladegeschwindigkeit variiert je nach elektrochemischer Zelle. Je nach Ladegeschwindigkeit kann sich die Lebensdauer der Batterie bei unsachgemäßer Ladung um das Zehnfache oder mehr verkürzen (siehe Whitepaper von Madeleine Eckera, Pouyan Shafiei Sabet und Dirk Uwe Sauer). WATTALPS hat in seinen Alterungstests nachgewiesen, dass die Schnellladung die Lebensdauer seiner „Long Life”-Zellen um 15 bis 30 % verkürzt, während sie die Lebensdauer seiner „High Energy”-Zellen um das Siebenfache verkürzt. Während der Schnellladung dringen die Lithium-Ionen mit viel mehr Energie in das aktive Material ein und verursachen so mehr Schäden als bei einem langsamen Ladevorgang. In bestimmten Fällen kann die Schnellladung auch zu einer Lithiumplattierung auf der Oberfläche der negativen Elektrode führen.
Temperatur
Die Temperatur ist einer der Faktoren, die den größten Einfluss auf die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien haben, wird jedoch oft vergessen. Die Verwendung bei hohen Temperaturen beschleunigt die Alterung aufgrund einer erhöhten Kinetik der parasitären Reaktion (Arrhenius-Gesetz). Die Verwendung bei niedrigen Temperaturen, insbesondere das Laden, schädigt ebenfalls schnell die Struktur der meisten Lithium-Ionen-Batterien (siehe das oben zitierte Whitepaper von Madelein Eckera). Zahlreiche Studien zeigen, dass sich die Alterung einer Batterie bei einer Nutzung bei 25 °C im Vergleich zur gleichen Nutzung bei 45 °C um das 2- bis 3-fache verlangsamt (Beispiel: Elsevier – Transportation Research Part B 103 (2017) 158–187 oder die Doktorarbeit von Arnaud Devie http://www.theses.fr/2012LYO10231 ).
Kalender-Batteriealterung im Vergleich zur Temperatur
Kalenderalterung der Batterie im Vergleich zur Temperatur
Ladezustand
Die Zeit, die die Batterie in extremen Ladezuständen (maximale Ladung oder Tiefentladung) verbringt, hat einen großen Einfluss auf die Lebensdauer der Batterie. Erfahrene Benutzer vermeiden oft eine vollständige Ladung oder Entladung, um die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.
Wichtige Faktoren für eine lange Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien
Alterungstests
Jede Lithium-Ionen-Zelle reagiert unterschiedlich auf die oben aufgeführten Faktoren. Daher sind Alterungstests erforderlich, die der tatsächlichen Anwendung möglichst nahe kommen, um die Lebensdauer Ihrer Batterie einschätzen zu können. WATTALPS testet seine Batterien anhand von 9 Zyklusszenarien und 8 Kalender-Alterungsszenarien (Ladezustand, Temperatur), um die Lebensdauer seiner Batterien entsprechend der Nutzung durch den Kunden einschätzen zu können.
Halten Sie die Batterie im geeigneten Arbeitsbereich.
Wenn die Batterie bei hohen Temperaturen (35 °C oder mehr) oder niedrigen Temperaturen (5 °C oder weniger) verwendet wird, kann es erforderlich sein, ein Temperaturregelsystem hinzuzufügen, um ihre Lebensdauer zu verlängern. Dank ihres innovativen Temperaturregelsystems können WATTALPS-Batterien für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden.
Es ist auch wichtig, alle Nutzungsanforderungen des Zellherstellers zu erfüllen, um die Batterie hinsichtlich Strom, Spannung und Temperatur in ihrem optimalen Arbeitsbereich zu halten. Die WATTALPS-Elektronik überwacht permanent die zulässigen Arbeitswerte und kommuniziert diese an die Anwendung. Sie ist mit 3 programmierbaren Alarmstufen ausgestattet, um allen Anforderungen gerecht zu werden.
Lebensende
Es ist allgemein anerkannt, dass Lithium-Ionen-Batterien das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben, wenn sie 20 bis 25 % ihrer ursprünglichen Kapazität verloren haben. Für einige Anwendungen kann ein höherer Kapazitätsverlust akzeptabel sein. Einige Zellreferenzen können bis zu einem Kapazitätsverlust von 40 % verwendet werden. Oberhalb der vom Hersteller festgelegten Grenze kann die Kapazität sehr schnell abnehmen und die Verwendung in einigen Fällen gefährlich werden.
Wenn Sie weitere Informationen zum Thema Alterung von Lithiumbatterien erhalten möchten, finden Sie unter dem folgenden Link einen leicht verständlichen und interessanten Artikel zum Thema Batteriealterung. Dieser Artikel zeigt die Ergebnisse einer Alterungsstudie, die an über 6.000 Elektroautos im realen Betrieb durchgeführt wurde.
https://www.geotab.com/blog/ev-battery-health/
