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Die Lebensdauer eines Akkupacks wird im Wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt:
\nDie Zyklenalterung und die kalendarische Alterung. Der vorliegende Fachartikel gibt einen \u00dcberblick \u00fcber diese beiden Alterungsprozesse und ihre Bedeutung.
\n<\/b><\/p>\nDie Lebensdauerfaktoren von Akkupacks<\/h2>\n
Die Lebensdauer eines Akkupacks definiert sich durch die Zyklenlebensdauer (Wie oft l\u00e4sst sich ein Akku auf- und entladen?) und die kalendarische Lebensdauer (Wieviel Kapazit\u00e4t verliert der Akku aufgrund reiner Alterungseffekte?). In der Regel zeichnet bei regelm\u00e4\u00dfiger Verwendung der Applikation letztlich die Zyklenzahl f\u00fcr das Lebensende des Akkus verantwortlich, da die Lade- und Entladeprozesse den Akku schneller sch\u00e4digen als die reinen Alterungsprozesse.
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Bild 1: Lebensdauer eines Li-Ionen Akkus
\nErste wichtige Anhaltspunkte zur Lebensdauerabsch\u00e4tzung eines Akkupacks liefern die Datenbl\u00e4tter der verwendeten Zellen. Hier finden sich Angaben zur Zyklenzahl und zur Lagerung, welche jedoch nur als erste Indikatoren der tats\u00e4chlichen Lebensdauer dienen k\u00f6nnen: Speziell die Angaben zur Zyklenzahl sind in den Datenbl\u00e4ttern an verschiedenste Rand- und Nebenbedingen gekn\u00fcpft, welche oftmals von den realen Betriebsbedingungen der konkreten Applikation abweichen.<\/p>\n
Die Zyklenalterung beschreibt den Anteil der Alterung, welcher sich durch die Nutzung des Akkus (wiederholte Auf- und Entladung) ergibt. Ursachen hierf\u00fcr finden sich in chemischen und mechanischen Abnutzungseffekten, wozu beispielsweise die thermische Ausdehnung oder das Dendritenwachstum z\u00e4hlen.
\nAusschlaggebend f\u00fcr die Zyklenalterung ist vor allem die Entladetiefe (\u201eDepth of Discharge\u201c). Eine tiefe Entladung stellt eine intensivere chemische und mechanische Beanspruchung des Materials dar, wodurch die Zahl der m\u00f6glichen Zyklen sinkt. Dieser Zusammenhang ist allerdings nicht linear, sodass eine Halbierung der Entladungstiefe die Zahl der m\u00f6glichen Zyklen mehr als verdoppeln kann.
\nBei einer Entladungstiefe zwischen 90% und 100% ist die Zyklenalterung besonders hoch, weshalb dieser Bereich nur in Ausnahmen in Anspruch genommen wird. In der Regel arbeiten Anwendungen bei Entladungstiefen von \u2264 90%.
\nNeben der Begrenzung der Entladetiefe l\u00e4sst sich die Zahl m\u00f6glicher Zyklen auch \u00fcber die Regulierung der Ladeschlussspannung beeinflussen. So kann eine Beschr\u00e4nkung der Ladespannung auf einen Wert unterhalb der nominalen Ladeschlussspannung die Zyklenzahl verdoppeln.
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Bild2: Abh\u00e4ngigkeit der Zyklenlebensdauer vom Level der Ladung und Entladung einer Li-Ion-Zelle<\/p>\n
Auch die H\u00f6he der Ladestr\u00f6me ist ein wichtiger Aspekt zur Bestimmung und Beeinflussung der Lebensdauer. Aufgrund der Zeitersparnis wird in der Praxis gerne auf ein Schnellladeverfahren zur\u00fcckgegriffen. Dabei ist der Ladestrom oft ein Vielfaches des im Datenblatt angegeben Standardladestromes, was bei einer konsequenten Nutzung des Schnellladeverfahrens aufgrund der h\u00f6heren thermischen und mechanischen Beanspruchung der Zellen zu einer drastischen Reduktion der Zyklenzahl f\u00fchrt. Interne Messungen von FRIWO zeigen, dass die Ladung mit 1C statt 0.5C die zyklische Lebensdauer ann\u00e4hernd halbiert.
\nDie Zyklenalterung h\u00e4ngt also in starkem Ma\u00df von der Anwendung und dem Gebrauch des Akkus ab. Je genauer sich die Lastbedingungen der Anwendung modellieren lassen, desto genauer l\u00e4sst sich auch die Zyklenalterung mittels Langzeitmessung exemplarisch untersuchen und absch\u00e4tzen.<\/p>\n
Mit zunehmendem Alter einer Zelle setzen chemische Zerfallsprozesse ein, welche das Elektrolyt sowie Anoden- und Kathodenmaterialien angreifen k\u00f6nnen. Der damit einhergehende Verlust an Kapazit\u00e4t wird durch den zweiten Alterungsmechanismus beschrieben: Die sogenannte kalendarische Alterung.
\nAusschlaggebende Faktoren f\u00fcr diesen Zerfallsprozess sind der Ladezustand der Zellen und die Umgebungstemperatur. Gem\u00e4\u00df der \u201eRGT-Regel\u201c (Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel, auch van-‚t-Hoff’sche Regel) halbiert sich die kalendarische Lebensdauer bei einem Temperaturanstieg von 10 K.
\nDas nachfolgende Rechenbeispiel soll eine m\u00f6gliche Absch\u00e4tzung der kalendarischen Alterung exemplarisch darstellen. In erster N\u00e4herung kann bei dieser Rechnung ein linearer Ansatz gew\u00e4hlt werden.
\nEin Zellhersteller gibt f\u00fcr seine Zelle 90% Recovery nach 1,5 Jahren im Temperaturbereich -30…25\u00b0C an. Das formale Lebensdauerende liegt laut Hersteller bei 60%. Daraus l\u00e4sst sich eine theoretische Lebensdauer nach rein kalendarischer Alterung absch\u00e4tzen, wenn die Zelle entsprechend den Vorgaben gelagert wird: Bei 10% Kapazit\u00e4tsverlust pro 1,5 Jahre vergehen insgesamt sechs Jahre, bis der Endwert von 60% erreicht ist. Diese theoretische Lebensdauer wird sich in der Realit\u00e4t allerdings aufgrund der Zyklenalterung entsprechend des Gebrauchs verringern und damit letztlich unter sechs Jahren liegen.<\/p>\n
Die spezifische Zyklenalterung eines Akkus kann im Hause FRIWO auf Kundenwunsch anhand von Lastprofilen exemplarisch untersucht und abgesch\u00e4tzt werden. Unter Ber\u00fccksichtigung der kalendarischen Alterung wird damit eine realistische Lebensdauerabsch\u00e4tzung des Akkupacks m\u00f6glich.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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