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====== Alterung von Lithium Akkus ======

Abseits des aktuellen Hype um die Lithium Akkus ist jeder Lithium Akku einer Alterung unterworfen.
Die Alterung setzt sich aus zwei Effekten zusammen

  * Zyklische Alterung (durch die Nutzung pro Lade/Entladezyklus)
  * Kalendarische Alterung (Chemische Selbstzerstörung über die Zeit)

Beide dieser Alterungsarten wirken jeweils auf die beiden Eigenschaften

  * Kapazität
  * Innerer Widerstand (Ri)

Mehrere Parameter wirken auf die Alterung beschleundigend, manche davon können vom Anwender beeinflusst werden.

  * Temperatur während "herumstehen" (°C)
  * Temperatur während der Nutzung (°C)
  * Ladestrom (Charge C Rate)
  * Entladestrom (DisCharge C Rate)
  * Ladezustand (SOC... State of Charge)
  * Nutzungtiefe (DOD... Deep of Discharge)




====== End of Life ======

Es gibt zwei Gründe warum ein Akku sein Lebensender "End of Life" erreicht haben kann

  * Per Definiton: Kapazität des Akkus ist unter 80% gesunken
  * Nutzungsverhalten: Der Akku kann die geforderten Ströme nicht mehr liefern (Ri zu hoch), der Akku reicht für die geforderte Stecke nicht mehr (Kapazität zu gering)

Bei Elektrofahrzeugen ist je nach Nutzungsweise der Akku bei 80% Kapazität (gemessen in Ah bei 0,1C) noch nicht defekt sondern kann noch weiter benutzt werden. Zb. fährt meine Frau eine 15 Jahre alten Citroen AX der noch ca. 70% Kapazität bringt. Für die gewünschten Einkaufsfahren reicht dies noch sicher für ein paar Jahre. Somit ist die technische Definition für "defekt" für uns als Anwender und Akkubesitzer nicht direkt ausschlaggebend.

Wenn der Akku aufgrund gestiegenen Innenwiderstandes (Ri) den geforderten Strom zb. für die Bergfahrten nicht mehr liefern kann dann ergib dies das Lebensende (bzw. eine Einschränkung) aufgrund der Nutzungsweise. Vor allem der Lithium Akku zeigt hier über viele Jahre eine Ri Erhöhungen welche je nach Anwendungsfall sich negativ auswirken kann.

Was passiert druch den Ri ?

Der Ri produziert bei hohem Stromfluss zb. bei Begfahrten oder Überlandfahrten einen deutlichen inneren Spannungsabfall im Akku. Unter Last sinkt die Klemmenspannung des Akkus ab. Je höher der Strom umso geringer die Klemmenspannung.

  * Uklemm = Uocv - I * Ri

Sinkt die Klemmenspannung am Akku zu tief ab dann fehlt dem Motor die Spannung und er kann die gewünschte Drehzahl (Speed) nicht mehr bringen. Sinkt die Spannung noch weiter dann beginnen sich verschiedenen Materialien im Akku zu zersetzen was aus Sicherheitsgründen nicht sein darf. Bei LiPo darf die Spannung von ca. 2,5V nicht unterschritten werden, dies wird durch das BMS abgesichert.

Wird nun Ri über das Alter zu groß dann fällt beim gewünschen Strom die Spannung unter die Abschaltschwelle und das BMS muss den Stromfluss reduzieren (falls es das kann) dh. das "Gas" muss zurückgnommen werden und man kriecht den Berg hoch, bei Überlandfahrt wird die Endgeschwindigkeit nicht erreicht und die Beschleunigung ist geringer.
  

====== Alterung durch Temperatur ======

Ein sehr starker Einfluss auf die Alterung hat die Temperatur, sowohl bei der Nutzung als auch wenn das Fahrzeug nur herumsteht. Ein Lithium Akku altert über die Zeit egal ob er rumsteht oder ob er benutzt wird. Dieses Alterungsverhalten wird als kalendarischen Lebensdauer (calendar life bzw. shelf live) definiert. Je nach Chemietype des Akkus und je nach Aufbau des Akkus ergibt sich eine kalendarische Lebensdauer von 3 bis ca. 15 Jahre im besten Fall. (Daten vom Akkuhersteller sind immer "best case" ausser es wird speziell vermerkt !)

Im Akku laufen chemische Prozesse ab. Auch die Alterung ist ein chemische Effekt, generell kann defniert werden dass bei höheren Temperaturen die Alterung schneller verläuft.

  * Merksatz: 10°C Temperaturerhöhung - doppelt so schnelle Alterung



===== Messwerte zu Alterung durch Temperatur bei LithiumPolymere (NMC Type) =====

Leider werden von den Herstellern immer nur "Best Case" Werte veröffentlicht. Reale Messdaten werden von den Herstellern bewusst zurückgehalten bzw. auf Anfrage wird behauptet dass es keine Daten gibt. Nur über Umwege gelangt man an Daten.

Nachfolgend reale Messdaten eines LithiumPolymere Automotive-Akkus (Jahr 2010) zur Alterungseigenschaft hinsichtlich der Temperatur. Hinweise auf den Hersteller und die Zelle sind aus fairnisgründen entfernt.

  * Akkutype: LiPo, Kathode NMC (Lithium Cobalt Mangan Nickel Oxyde), Anode Graphit, High energy type, Zielmarkt Elektrofahrzeuge

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