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Dienstag, 7. Februar 2012

Ladung unter dem Gefrierpunkt

Nachdem ich gestern noch etwas über "Laden unter dem Gefrierpunkt" gelesen habe, habe ich mich zu einem Test entschieden, aber der Reihe nach.

Wie es aussieht, verhalten sich Lithium-Akkus alle in wenig unterschiedlich (je nach chemischer Zusammensetzung und Elektolyt) und reagieren alle unterschiedlich auf das Laden unter 0°C.
Die große Angst ist, dass es beim Laden zum "Lithium Plating" kommt. Dabei lagert sich eine Lithiumschicht an der Graphitanode des Akkus ab und führt zu einem dauerhaften Kapazitätsverlust und einem höheren Innenwiderstand.
Dieser Effekt ist neben der Temperatur ebenfalls abhängig vom Ladestrom und dem Zellaufbau.

Das Problem ist, dass die meisten Veröffentlichungen zu dem Thema sich nicht mit der von mir benutzten LiFePo4 Zellen beschäftigen, sondern z.B. mit LiPo, LiFe LiFeYPo4, ...
Daraus die richtigen Erkenntnisse zu ziehen ist nicht ganz einfach.

Was definitiv alle Studien, Test, Publikationen bisher gezeigt haben, dass alle Akkus nur dann ihre volle Zyklenzahl erreichen, wenn sie bei ~25°C betrieben werden, was bei dem Einsatz im Automobil nicht der Fall ist.
Eine Grafik aus einer englischen Publikation zeigt das recht gut aufbereitet:


Entscheidend ist aber, dass hier die Zelltemperatur, also im inneren des Akkus gemeint ist und da kommt wieder ein anderer Aspekt ins Spiel.
Denn bei meinen Fahrten über die Landstraßen erwärmt sich jede einzelne Zelle durch den durch sie hindurchfließenden Strom, so dass deren Temperatur über dem Gefrierpunkt liegt.
Beispiel: gestern waren es -13°C Außentemperatur, also zu kalt um die Akkus zu laden.
Unsere Akkus sind an zwei Stellen im Auto untergebracht, 37 im Heck, in einer isolierten Wanne, 8 in der Front, ohne Isolierung.
Würde ich morgens aus dem Haus kommen, das Auto über Nacht stehend im Carport, würde ich das Ladegerät nicht einschalten.
Nun sind wir aber ~14km gefahren, die Heizung benötigte konstant ihren Strom und somit war die Temperatur der einzelnen Zelle (nicht isoliert, im Motorraum) am Gehäuse -3°C.
Das bedeutet, dass die Zelle in den ~15Minuten Fahrt von innen heraus die Zelle schon so erwärmt hat, dass das Gehäuse von etwa -13°C auf -3°C erwärmt wurde.

Das funktioniert nur, wenn im Inneren die Temperatur deutlich über 0°C liegt! Also kann ich sofort nach dem Stopp im heimischen Carport das Ladegerät anschließen und mit geringem Strom (~ 0.1C) losladen.

Natürlich liege ich damit außerhalb der optimalen Betriebstemperatur und eine Akkuheizung scheint hier einen deutlischen Vorteil zu bringen, aber ich persönlich habe für mich entschieden, dass ich nach einer Fahrt von ~10km auch bei unter 0°C Außentemperatur laden werde.

Kommentare:

  1. Es wäre toll wenn es auch Graphen zu unserem Zelltyp geben würde. Vielleicht frage ich mal bei Winston nach....

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  2. Du müsstest bei CALB nachfragen, oder hast Du die gelben Thundersky/Winston Zellen?

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  3. Hallo Michael,

    ich bin bis jetzt jeden Tag meine übliche Strecke von täglich 2x 40km gefahren. Bis hinunter zu einer morgentlichen Temperatur von minus 15 Grad, mehr hatten wir hier noch nicht. Ich habe allerdings die gelben Thundersky Zellen mit dem angeblichen Yttrium drin und auch keine Zellenheizung, so wie Du. Ich kann den Trick mit dem unverzüglichen Laden nach der Ankunft nur bestätigen. So bekomme ich die Dinger über Nacht gemäss der eingeladenen Amperestunden auch wieder voll, selbst das Ladegerät schaltet dann nicht vorzeitig ab und es wird sogar noch korrekt ausbalanciert. Aber wehe das Ganze kühlt aus, dann wird´s unmöglich vollzuladen, das Ladegerät schaltet wegen des höheren Innenwiderstands der zu kalten Zellen vorzeitig etwas früher ab. Dieser Tage habe ich mal ausgetestet ob auch ein Kapazitätsverlust einhergeht, was man eindeutig verneinen kann. Man bekommt schon annähernd das raus was man eingeladen hat, nur eben bei vergrössertem Spannungseinbruch bei Belastung. Da ich ein AC Antriebssystem drin habe, merke ich das bei gleichen Fahrleistungen eben am höheren entnommenen Strom, da der Inverter in eine andere Spannungslage umsetzt. Allenfalls die Wärmeverluste in den Zellen bei Belastung würde ich auf das Konto verloren buchen.
    Ich bin momentan bei etwa 600 Ladezyklen und mache aufgrund unserer Topografie hier regen Gebrauch von der Rekupation, ich bin mal wirklich gespannt ob sich nach dieser arktischen Kältewelle irgendein Kapazitätsverlust registrieren lässt.....

    Gruss Roger

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    1. at roger,
      wo läst sich Dein umbau im netz anschauen?

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  4. Spannendes Thema an dem man unbedingt dran bleiben sollte, solange es noch so schön kalt ist. Ich bin ja leider noch nicht so weit. Und sonnst gibt es nur dürftige Zahlen bis "alles ok" aus Schweden..)
    Danke.

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  5. Hallo

    mein Umbau lässt sich nirgends im Netz anschauen, leider.

    Gruss

    Roger

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Vielen Dank.