Lithium-Ionen-Batterien sind hoch effiziente und komplexe Energiespeicher. Die Lithium-Ionen-Technologie ist gegenwärtig die effizienteste Batterietechnologie auf dem Markt. Keine andere Batterietechnologie erfüllt die geforderten Parameter wie Qualität, Leistung, Lebensdauer und Kosten die für automobile Anwendungen notwendig sind gleichermaßen. Durch die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technologie sind hohe elektrische Reichweiten bereits heute in greifbare Nähe gerückt und auch die Ladezeiten können perspektivisch dank der Schnellladetechnologie enorm reduziert werden. Lithium-Ionen-Batterien sind wartungsarm, der Umgang mit einer Hochvoltbatterie bedarf jedoch einer elektrotechnischen Fachkompetenz. Alle Lithium-Ionen-Batterien unterliegen wie viele andere Bauteile einem gewissen Verschleiß.
Die Intelligenz des Batteriesystems steckt nicht allein in der Zelle, sondern im Gesamtsystem. Dieses besteht aus Steuerungselektronik inklusive Software, integrierter Kühlung, dem auf das Fahrzeug maßgeschneiderten und hochsicheren Gehäuse sowie den Zellen.
Alterung von Lithium-Ionen-Batterien
Die von Mercedes-Benz eingebauten Lithium-Ionen-Batterien sind für den Gebrauch über den gesamten Fahrzeuglebenszyklus ausgelegt. Wie viele andere Bauteile unterliegen sie jedoch einem gewissen Verschleiß. Im Falle von Batterien wird von einer so genannten "Alterung" gesprochen.
Grundsätzlich können bei der Lithium-Ionen-Technologie zwei grundlegende Mechanismen der Alterung unterschieden werden:
Kalendarische Alterung
Zyklische Alterung
Eine Alterung von Lithium-Ionen-Batterien zeigt sich in einer Verringerung der nutzbaren Kapazität über ihren gesamten Lebenszyklus.
Um die Effekte die diesen unterschiedlichen Mechanismen zu Grunde liegen positiv zu beeinflussen ist es wichtig, einige grundlegende Mechanismen zu verstehen und die Lithium-Ionen-Batterien entsprechend zu handhaben.
Kalendarische Alterung von Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien unterliegen dem natürlichen Effekt der sog. kalendarischen Alterung. Dieser tritt sowohl im Fahrzeugbetrieb als auch bei Standphasen von Lithium-Ionen-Batterien auf. Die kalendarische Alterung kann hauptsächlich durch zwei Einflussfaktoren beeinflusst werden. Die Haupteinflussfaktoren sind:
Die Temperatur
Der Ladezustand (SOC)
Der Einfluss der Temperatur und des SOC auf die Alterung von Lithium-Ionen-Batterien sind folgendermaßen zu verstehen:
Je höher die Temperatur, umso mehr bzw. schneller ist die Alterung.
Je höher der SOC, umso mehr bzw. schneller ist die Alterung (während der Standphasen).
Aus diesem Grund kann folgende Empfehlung gegeben werden:
Müssen die Lithium-Ionen-Batterien gelagert werden, sollte …
Eine Temperatur von 25 °C im Mittel nicht überschritten
Ein Ladezustand von kleiner als 40 % SOC
… eingestellt sein, um die Effekte der kalendarischen Alterung so gering wie möglich zu halten.
Sind die Lithium-Ionen-Batterien in einem Fahrzeug eingebaut, finden bei dessen Lagerung dieselben Prozesse und Mechanismen der Alterung statt wie in separat lagernden Lithium-Ionen-Batterien. Wichtige Hinweise zum sachgemäßen Lagern von Fahrzeugen mit eingebauten Lithium-Ionen-Batterien finden sich in der Service-Information SI47.70-S-0071A zur Wartung der Hochvoltbatterie.
Zyklische Alterung von Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien von Mercedes-Benz sind speziell für den Gebrauch in automobilen Anwendungen entwickelt und dabei für den Einsatz als Traktions- und Antriebsunterstützung optimiert. Sie zeichnen sich durch eine hohe Zyklenstabilität (lange Lebensdauer) und eine hohe Energie- bzw. Leistungsdichte aus. Durch die intelligente Software werden die verwendeten Lithium-Ionen-Batterien bei ihrer optimalen Temperatur- und Leitungsgrenze betrieben.
Trotz aller technisch möglichen Maßnahmen tritt auch bei Gebrauch von Lithium-Ionen-Batterien mit der Zeit ein irreversibler Verlust an nutzbarer Kapazität auf. Dies ist ein nichtbeeinflussbarer elektrochemischer Prozess, der bei allen Lithium-Ionen-Batterien vorhanden ist. Bei jedem Zyklus der Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien verringert sich die Kapazität in geringem Ausmaß. Dabei gilt, je größer die SOCDifferenz eines Zyklus ist, desto größer ist der Einfluss auf die zyklische Alterung.
Bei der zyklischen Alterung von Lithium-Ionen-Batterien handelt es sich um einen natürlichen Prozess innerhalb der Zellen der Lithium-Ionen-Batterien. Es ist technisch nicht möglich, diesen zu stoppen. Durch umfangreiche Maßnahmen ist es gelungen, die zyklische Alterung zu reduzieren. Dies hat zur Folge, dass Kapazität und Leistung unserer Lithium-Ionen-Batterien über einen sehr langen Zeitraum auf einem hohen Niveau bleiben.
Ein Teil der von uns getroffenen Maßnahmen um die Alterung zu verringern ist für die Kunden in Extremsituationen erlebbar. Da die Temperatur einen sehr großen Einfluss auf die Alterung von Lithium-Ionen-Batterien besitzt und um Schäden an den Lithium-Ionen-Batterien zu vermeiden, wird die elektrische Leistung bei einer zu kalten oder auch zu warmen Lithium-Ionen-Batterie verringert. Sobald sich die Lithium-Ionen-Batterien durch unsere intelligente Kühl- und Heizstrategie jedoch wieder in ihrem optimalen Temperaturbereich befinden, steht wie gewohnt die volle elektrische Leistung zur Verfügung.
Nutzungs- bzw. Pflegehinweise Lithium-Ionen-Batterien
Eine Alterung von Lithium-Ionen-Batterien zeigt sich in einer Verringerung der nutzbaren Kapazität. Um die Effekte, die diesen unterschiedlichen Mechanismen zu Grunde liegen, positiv zu beeinflussen, können während der Nutzungsphase einige Maßnahmen durch den Kunden ergriffen werden:
1 Lange Standzeit bei hohem SOC vermeiden:
Werden Lithium-Ionen-Batterien über einen langen Zeitraum bei hohem SOC abgestellt, ist die kalendarische Alterung stärker ausgeprägt als bei niedrigerem SOC. Aus diesem Grund sollten, wenn möglich, lange Standzeiten bei hohem SOC vermieden werden. Ein SOC von ca. 40 % verringert die kalendarische Alterung der Lithium-Ionen-Batterien und wird daher bei einer langen Standzeit empfohlen.
2 Regelmäßige Ruhephasen:
Die Lithium-Ionen-Batterien sollten nach dem Entladungsvorgang nicht zwingend direkt wieder aufgeladen werden. Das Aufladen von Lithium-Ionen-Batterien direkt nach dem Entladen lässt ihnen keine Zeit, um zur Ruhe zu kommen. Diese Ruhephase ist für die Lithium-Ionen-Batterien von großer Bedeutung. Sie verringert chemische Nebenreaktionen in der Zelle und erhöht somit ihre Lebensdauer. Wir empfehlen daher, in einem regelmäßigen Intervall den folgenden Ablauf durchzuführen:
Fahrzeug in regelmäßigen Abständen (z. B. einmal pro Woche) über einen längeren Zeitraum (z. B. über Nacht oder über das Wochenende) bei einem niedrigen SOC (z. B. 20 % 30 %) abstellen.
Anschließend kann das Fahrzeug nach dieser Ruhephase wie gewohnt aufgeladen werden.
3 Bedarfsgerechtes Laden:
Ein mittlerer SOC von ca. 30 % 70 % verringert die Alterung der Lithium-Ionen-Batterien. Um dies zu erreichen, empfehlen wir zur weiteren Pflege ein vollständiges Aufladen der Lithium-Ionen-Batterien erst direkt vor dem Gebrauch.
Referenzierte Dokumente
- si4770s0071a Service-Information: Wartung der Hochvoltbatterie