Batteriezustand mit einer Kapazitätsschätzung prüfen

Eine lange Fahrt kann eine nützliche Schätzung der Batterieenergie liefern, die innerhalb des im Fahrzeug angezeigten Ladezustandsfensters verfügbar ist. Sie kann den vollständigen Gesundheitszustand der Batterie jedoch nicht allein bestätigen.

Die kurze Antwort

Diese Methode kombiniert die Fahrstrecke, den Energieverbrauch des Bordcomputers und die Veränderung des angezeigten State of Charge (SOC), also des Ladezustands. Das Ergebnis ist eine Schätzung der Energie, die das angezeigte SOC-Fenster unter den Bedingungen dieser Fahrt repräsentierte.

Wird die Schätzung mit einem passenden Neuwert der Batterie verglichen, kann sie einen Hinweis auf den Kapazitätserhalt geben. Der Kapazitätserhalt ist nur ein Teil von State of Health (SoH). Er ist kein universeller SOH-Wert und misst weder den Innenwiderstand noch die Leistungsfähigkeit, den Zustand auf Zellebene oder den Fehlerstatus direkt.

Verwenden Sie dies als wiederholbare Kontrolle für Fahrzeughalter, nicht als Garantie- oder Sicherheitsbewertung. Entladen Sie die Batterie nicht weiter, als es Route, Wetter und verfügbare Lademöglichkeiten sicher zulassen.

Vor dem Start

Die Schätzung ist am aussagekräftigsten, wenn alle folgenden Bedingungen erfüllt sind:

• Der Bordcomputer meldet den Verbrauch für die gesamte Testfahrt und nicht nur für eine zuletzt zurückgelegte gleitende Strecke.
• Sie wissen, ob der angezeigte Verbrauch alle relevanten Energieverbraucher des Fahrzeugs umfasst. Die Definition unterscheidet sich je nach Fahrzeug.
• Sie verfügen über einen Neuwert mit derselben Abgrenzung wie die Schätzung. Bruttokapazität, Netto- oder nutzbare Kapazität, das angezeigte 100–0%-Fenster und die unter angezeigten 0% verfügbare Energie sind nicht austauschbar. Siehe Gross and Net Battery Capacity und Battery Buffer and Usable Capacity.
• Die Batterie befindet sich nahe ihrer normalen Betriebstemperatur, und das Fahrzeug zeigt keine Warnungen zum Batterie- oder Temperatursystem an.
• Das BMS hatte ausreichend Gelegenheit, den SOC zu kalibrieren. Befolgen Sie die Ladehinweise des Herstellers; manche Fahrzeuge korrigieren den angezeigten SOC nach dem Laden, einer Ruhephase oder einer Fahrt über einen großen Teil der Batterie.
• Das Fahrzeug verändert den nutzbaren Puffer mit zunehmender Alterung nicht wesentlich, oder Sie wissen, dass der Vergleich eine solche Veränderung berücksichtigt.

Ein großes SOC-Intervall verringert den Einfluss der Rundung in der Anzeige. Nutzen Sie nach Möglichkeit mindestens 70–80 Prozentpunkte, beenden Sie den Test aber früher, wenn die Fortsetzung ein Risiko oder erhebliche Unannehmlichkeiten verursachen würde. Ein Test über 10 oder 20 Prozentpunkte reagiert in der Regel zu empfindlich auf Rundungs- und Schätzfehler.

So erstellen Sie die Schätzung

1. Laden Sie das Fahrzeug auf nahezu 100%, und notieren Sie anschließend den angezeigten Start-SOC.
2. Setzen Sie einen Tageskilometerzähler zurück, der sowohl die Strecke als auch den durchschnittlichen Energieverbrauch der gesamten Fahrt erfasst.
3. Fahren Sie normal über ein großes SOC-Intervall. Vermeiden Sie ungewöhnlich hohe Leistung, lange Phasen mit Klimatisierung im geparkten Fahrzeug und Bedingungen, die eine Wiederholung des Tests erschweren.
4. Notieren Sie Strecke, Durchschnittsverbrauch und angezeigten End-SOC, bevor Sie zurücksetzen oder laden.
5. Berechnen Sie den vom Bordcomputer gemeldeten Energieverbrauch.
6. Teilen Sie diese Energie durch den Anteil des angezeigten SOC, der verbraucht wurde.

Für ein Fahrzeug mit der Anzeige kWh/100 km:

Gemeldete Energie der Fahrt (kWh) =
Strecke (km) × Verbrauch (kWh/100 km) ÷ 100

Für ein Fahrzeug mit der Anzeige miles/kWh:

Gemeldete Energie der Fahrt (kWh) =
Strecke (miles) ÷ Effizienz (miles/kWh)

Berechnen Sie anschließend das angezeigte SOC-Intervall und extrapolieren Sie es:

Verbrauchter angezeigter SOC = Start-SOC - End-SOC

Geschätzte Energie für das gesamte angezeigte Fenster (kWh) =
Gemeldete Energie der Fahrt ÷ (Verbrauchter angezeigter SOC ÷ 100)

Wenn ein passender Neuwert der Batterie vorliegt:

Geschätzter Kapazitätserhalt (%) =
Geschätzte Energie im angezeigten Fenster ÷ Passender Neuwert × 100

Die Berechnung setzt voraus, dass jeder angezeigte Prozentpunkt denselben Anteil der nutzbaren Energie repräsentiert. Die Zuordnung des BMS ist eine Schätzung und muss insbesondere nahe der oberen und unteren Grenze nicht vollständig linear sein.

Rechenbeispiel in Kilometern

Angenommen, ein Fahrzeug hat einen passenden Neuwert der nutzbaren Energie von 86.5 kWh. Es fährt 308 km bei einem angezeigten Durchschnittsverbrauch von 25 kWh/100 km, startet bei 100% und endet bei 5%.

Gemeldete Energie der Fahrt = 308 × 25 ÷ 100
                             = 77.0 kWh

Verbrauchter angezeigter SOC = 100% - 5%
                              = 95%

Geschätzte Energie im gesamten Fenster = 77.0 ÷ 0.95
                                        = 81.1 kWh

Geschätzter Kapazitätserhalt = 81.1 ÷ 86.5 × 100
                              = 93.7%

Diese Fahrt ergab eine Schätzung, die etwa 6.3% unter dem gewählten Neuwert lag. Das beweist keine dauerhafte Degradation von 6.3%. Die Differenz enthält auch Messunsicherheit und von den Bedingungen abhängige Einflüsse.

Rechenbeispiel in Meilen

Mit demselben Neuwert von 86.5 kWh fährt das Fahrzeug angenommen 169 miles bei 2.6 miles/kWh, startet bei 100% und endet bei 21%.

Gemeldete Energie der Fahrt = 169 ÷ 2.6
                             = 65.0 kWh

Verbrauchter angezeigter SOC = 100% - 21%
                              = 79%

Geschätzte Energie im gesamten Fenster = 65.0 ÷ 0.79
                                        = 82.3 kWh

Geschätzter Kapazitätserhalt = 82.3 ÷ 86.5 × 100
                              = 95.1%

Diese Fahrt ergab eine Schätzung, die etwa 4.9% unter dem Neuwert lag. Ergebnisse verschiedener Fahrten sollten nicht unkritisch gemittelt werden, sofern Temperatur, SOC-Fenster, Software und Energiebilanz nicht hinreichend vergleichbar sind.

Verfügbare Energie ist nicht dasselbe wie SOH

Die Berechnung schätzt eine Energiegröße. Der Gesundheitszustand einer Batterie umfasst mehr.

State of Health (SoH) kann sich auf die verbleibende Energiekapazität, die verbleibende Leistungsfähigkeit, den Anstieg des Widerstands oder eine herstellerspezifische Kombination beziehen. Die UN Global Technical Regulation No. 22 verwendet für den Energieerhalt den engeren Begriff State of Certified Energy (SOCE) und unterscheidet zwischen einer Onboard-Schätzung und der gemessenen nutzbaren Batterieenergie. UNECE: UN Global Technical Regulation No. 22

Eine Batterie kann einen großen Teil ihrer nutzbaren Energie behalten, während Battery Internal Resistance steigt. Dies kann unter Last zu einem größeren Spannungseinbruch und mehr Wärme, zum früheren Erreichen von Spannungsgrenzen, zu geringerer Beschleunigung oder Rekuperation und zu langsamerem Schnellladen führen. Eine schonende, fahrtbasierte Kapazitätsschätzung misst diese Effekte nicht direkt.

Die Berechnung schließt außerdem Folgendes nicht aus:

• Eine schwache oder unausgeglichene Zellgruppe
• Ungewöhnliche Selbstentladung
• Fehler an Isolation, Schützen, Sensoren oder Kühlsystem
• Eine Batterie, die unter hoher Last Spannungs- oder Temperaturgrenzen zu früh erreicht
• Einen veränderten Softwarepuffer
• Physische Schäden oder eine Reparaturhistorie

Kapazitätsverlust und Leistungsverlust sind miteinander verbunden, aber unterschiedliche Teile von Battery Degradation. Eine vollständige Bewertung kann daher einen Energietest mit Diagnose, Vergleich der Zellspannungen, Widerstands- oder Pulsleistungstests, Fehlerhistorie und Inspektion kombinieren.

Warum die Schätzung schwankt

Ein einzelnes Ergebnis kann sich um mehrere Prozentpunkte verschieben, ohne dass sich die Batterie dauerhaft entsprechend verändert hat. Häufige Ursachen sind:

• Gerundete SOC-Werte zu Beginn und am Ende
• Gerundete Strecke und Verbrauchswerte
• Energieverbraucher, die der Bordcomputer nicht berücksichtigt
• Batterietemperatur und Temperaturänderung während der Fahrt
• Hoher Strom und ohmsche Verluste
• Wind, nasse Straßen, Höhenunterschiede, Reifen und Fahrgeschwindigkeit
• Zellunwucht oder eine Kalibrierungskorrektur des BMS
• Softwareänderungen am nutzbaren Fenster oder an der Verbrauchsanzeige
• Ein Testende bei noch belasteter Batterie statt nach vergleichbaren Ruhebedingungen

Ein hoher Verbrauch diagnostiziert für sich genommen keinen hohen Innenwiderstand. Die Batterie kann lediglich höherer Geschwindigkeit, Steigungen, Kälte, Innenraumheizung oder anderen Lasten ausgesetzt gewesen sein. Eine Widerstandsbewertung erfordert das Spannungs- und Stromverhalten unter definierter Last und Temperatur, nicht nur einen Fahrtdurchschnitt.

Um einen Trend zu verfolgen, wiederholen Sie den Test über ein ähnliches SOC-Intervall und unter weitgehend vergleichbaren Bedingungen. Erfassen Sie, falls verfügbar, die Batterietemperatur sowie Außentemperatur, Softwareversion, Start- und End-SOC, Strecke, Verbrauch und die berechnete Schätzung. Achten Sie auf einen anhaltenden Trend, statt das niedrigste Einzelergebnis als Gesundheitszustand der Batterie anzusehen.

Das nachfolgende historische Besitzerprotokoll zeigt, wie wiederholte Schätzungen dem gesamten Energieverbrauch und dem Fahrverbrauch gegenübergestellt werden können. Sein Ausgangswert von 83.6 kWh gehört zu diesem Protokoll und ist kein universeller Neuwert für jede Version des e-tron 55.

Wann ein professioneller oder herstellereigener Test sinnvoll ist

Verwenden Sie das vom Fahrzeughersteller zugelassene Verfahren, wenn das Ergebnis einen Garantieanspruch, eine Kaufentscheidung oder eine Reparatur beeinflussen kann. Die dafür anerkannte Messgröße kann von dieser Berechnung abweichen.

Einige Fahrzeuge bieten einen integrierten Test. Tesla beschreibt beispielsweise für unterstützte Fahrzeuge einen Test, der bis zu 24 Stunden dauern kann und den Energieerhalt im Vergleich zum Neuzustand der Batterie angibt. Dieser kontrollierte Prozess unterscheidet sich von der Extrapolation einer einzelnen Fahrt. Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health

Labor- und Werkstattverfahren bewerten Energie und Leistung häufig getrennt. Das Batterietesthandbuch des US-Energieministeriums für Elektrofahrzeuge definiert Kapazität, verfügbare Energie und Spitzenleistung als getrennte Leistungskennwerte. Eine von NREL unterstützte Batteriebewertung beschreibt Kapazitäts- und Innenwiderstandstests ebenfalls als getrennte Zustandsindikatoren. US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles NREL: Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications

Wie das BMS SOC, Energie, Leistung und Gesundheitszustand schätzt, erläutert Battery Management System.

Quellen

• UNECE: UN Global Technical Regulation No. 22
• US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles
• NREL: Procedure for Assessing the Suitability of Battery Second Life Applications
• Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health