Es gibt keine einheitliche Berechnungsmethode für den SoH. Er kann auf verschiedenen Parametern beruhen und mit unterschiedlichen Messmethoden berechnet werden. Die Berechnung kann auf einem der folgenden Parameter beruhen: Kapazität, Energie, Reichweite.
Um zu bestimmen, welche Berechnungsmethode am besten geeignet ist, muss definiert werden, was der SoH vermitteln soll.
Reichweitenbasierte Methode
Der einfachste Parameter, den Sie sich vorstellen können, um den "Gesundheitszustand" (SoH) Ihrer Fahrzeugbatterie abzuschätzen, ist die Reichweite. Es scheint recht einfach zu sein, die aktuelle Reichweite, die Sie mit Ihrem Elektrofahrzeug fahren können, mit der Reichweite zu vergleichen, die Sie fahren konnten, als das Auto neu war. Die Formel zur Berechnung des SoH mit der reichweitenbasierten Methode sieht wie folgt aus:
SoH = aktuelle WLTP-Reichweite/ ursprüngliche WLTP-Reichweite
Sie fragen sich jetzt vielleicht, was WLTP bedeutet. WLTP steht für "Worldwide Harmonised Light-Duty Vehicles Test Procedure". Dabei handelt es sich um ein standardisiertes Verfahren zur Ermittlung von Reichweiten durch Tests mit klaren Anweisungen zu Fahrweise und Testaufbau. Um vergleichbare Ergebnisse für die Fahrbereiche zu erhalten, müssen die Fahrbereiche auf identische Weise ermittelt werden. Das bedeutet, dass der Fahrstil und äußere Faktoren wie die Temperatur identisch sein müssen. Außerdem muss die gleiche Messmethode verwendet werden, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Ein Nachteil dieser Methode ist, dass man nicht die Batterie, sondern das gesamte Fahrzeug analysiert. Das bedeutet, dass der Gesamtzustand Ihres Fahrzeugs mit Lagern, Reifendurchmesser und all seinen Komponenten Ihre Ergebnisse beeinflusst.
Vorteile
Ursprüngliche WLTP-Reichweite, die vom Hersteller angegeben wird (Messung / berechneter Wert)
Nachteile
Die aktuelle WLTP-Reichweite ist für Fahrzeugnutzer sehr schwer zu erreichen, da das Testszenario sehr strenge Regeln hat
Die Reichweite hängt von der Fahrweise, der Temperatur (vom WLTP definiert) und den Fahrzeugparametern ab (insbesondere von den Verlusten im Antriebsstrang, die während der Lebensdauer zunehmen)
Teure Tests
Energiebasierte Methode
Ein Parameter, den Sie vielleicht schon in den Herstellerangaben Ihres Elektrofahrzeugs gesehen haben, ist der Energiegehalt der Batterie. Energie ist die Gesamtmenge an Arbeit, die eine Batterie leisten kann, und wird in Einheiten wie Wattstunden (Wh) oder Kilowattstunden (kWh) gemessen. Die energiebasierte Berechnung berücksichtigt die Energie, die die Batterie speichern kann, und vergleicht den aktuellen Wert mit dem Ausgangswert.
SoH = verfügbare entnehmbare Energie/anfängliche entnehmbare Energie
Stellen Sie sich eine neue Cola-Dose als energiebasierten Ansatz vor. Stellen Sie sich vor, Sie drücken die Dose zusammen und füllen sie mit Wasser. Dies zeigt, wie schwierig es ist, die Dose vollständig zu füllen, ohne etwas zu verschütten, und spiegelt die Unsicherheiten bei der Messung der aus einer Batterie extrahierbaren Energie wider. Ähnlich wie beim Verschütten beim Befüllen kommt es auch beim Laden und Entladen einer Batterie zu Verlusten aufgrund von externen Faktoren wie Temperatur und Entladegeschwindigkeit.
Die anfänglich entnehmbare Energie wird vom Fahrzeughersteller angegeben (Nettoenergiegehalt), aber normalerweise ist dies nicht die maximale Energiemenge, die in der Batterie gespeichert werden kann (Bruttoenergiegehalt). Die maximal entnehmbare Energiemenge der Batterie ist in der Regel größer als die festgelegte Größe. Der Fahrzeughersteller begrenzt die Nutzung der Batterie, um die Sicherheit zu erhöhen und die Verschlechterung der Batterie zu minimieren (Sicherheitspuffer). Die Batterie ist "überdimensioniert". Diese Grenzen werden vom Batteriemanagementsystem berechnet und hängen von der Temperatur, der Lade-/Entladeleistung, dem Alter der Batterie und internen Schätzungen des Fahrzeugherstellers ab. Diese Grenzwerte sind nicht transparent und ändern sich je nach Nutzerverhalten und äußeren Bedingungen, so dass die verfügbare Energie innerhalb dieser Betriebsgrenzen sowohl positiv als auch negativ schwankt.
Die Messung der extrahierbaren Energie hängt in hohem Maße von externen Faktoren wie Temperatur, Entladerate, Rekuperation und dem spezifischen Fahrstil des Fahrzeugbesitzers ab. Um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten, müsste man das Fahrzeug so fahren oder die Batterie so entladen, wie es der Hersteller getan hat, um die extrahierbare Energie zu berechnen.
Vorteile
Anfangswert der extrahierbaren Energie wird vom Hersteller vorgegeben
Bessere Interpretierbarkeit für den Endkunden durch Fokussierung auf Reichweite oder Energiemetriken.
Nachteile
Die verfügbare Energie hängt von den variablen Betriebsgrenzen ab, die vom Fahrzeughersteller festgelegt werden.
Die Genauigkeit ist abhängig von der Messmethode wie Lade-/Entladeleistung und externen Faktoren wie Temperatur, Fahrstil und vom Fahrzeughersteller definierten Einschränkungen.
Die Berechnung des SoH mit der energiebasierten Methode ist daher eine verständliche, aber weder einfach durchzuführende noch zuverlässige Methode, obwohl sie nicht wie die reichweitenbasierte Methode von der Verschlechterung des gesamten Fahrzeugs abhängig ist. Die Wiederherstellung von Testumgebungen zur Messung der Energie sowohl für neue als auch für gebrauchte Batterien ist nahezu unmöglich.
Kapazitätsbasierte Methode
Nachdem wir die energiebasierte SoH-Berechnungsmethode behandelt haben, konzentrieren wir uns dieses Mal auf den kapazitätsbasierten Ansatz. Die Kapazität ist ein Batterieparameter, mit dem Sie vielleicht nicht so vertraut sind wie mit der Energie oder der Reichweite.
Die Kapazität ist die Menge an Ladung, die eine Batterie speichern kann, und wird in Einheiten wie Amperestunden (Ah) oder Milliamperestunden (mAh) gemessen. Ähnlich wie die Größe eines Benzintanks gibt die Kapazität an, wie viel Energie eine Batterie potenziell speichern kann. Wir gehen davon aus, dass die Energieentnahme mit abnehmender Kapazität der Batterie im Laufe der Zeit stetig abnimmt. Der Vergleich der Kapazität einer neuen Batterie mit der einer gebrauchten liefert den genauesten Hinweis auf den Leistungsabfall und den Gesundheitszustand (State of Health, SoH).
Die Formel zur Berechnung des SoH mit der kapazitätsbasierten Methode sieht wie folgt aus:
SoH = aktuelle entnehmbare Kapazität/Nennkapazität
Die Kapazität ist ein Batterieparameter, der von externen Faktoren unabhängig ist. Es ist daher einfacher, vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Die Nennkapazität der Batterie wird vom Zellenhersteller angegeben. Dies ist die Kapazität, die die Batterie im Neuzustand auf jeden Fall liefern kann, aber in Wirklichkeit ist die anfänglich entnehmbare Kapazität höher. Das liegt an den Grenzen, die der Fahrzeughersteller setzt. Es ist auch der Grund für diese höhere ausbaubare Kapazität.
Vorteile
Unabhängig vom Fahrzeughersteller, da die nominale Batteriekapazität (=anfängliche ausbaubare Kapazität) verwendet wird.
Vergleichbares Ergebnis
Unabhängig von externen Faktoren
Nachteile
Der Fahrzeughersteller stellt den Nutzern nur den Energiegehalt zur Verfügung, da dies verständlicher ist, während die Zellhersteller die Nennkapazität → Batterie-Know-how ist hierzu erforderlich.
Fazit
Diese Methode übertrifft die auf Reichweite und Energie basierenden Methoden denn, wenn der SoH für ein bestimmtes Fahrzeug berechnet wird, muss das Ergebnis unabhängig von äußeren Faktoren und etwaigen Einstellungen des Fahrzeugherstellers sein. Die einzige Grundlage für die Bestimmung des SoH muss die Batterie selbst und ihre spezifischen Parameter sein. Diese Unabhängigkeit ist nur mit dem kapazitätsbasierten Ansatz möglich, da alle anderen Methoden und ihre Genauigkeit in hohem Maße von externen Faktoren wie der Temperatur oder den vom Fahrzeughersteller festgelegten Spannungsgrenzen abhängig sind.
