Wohin "verschwindet" bei einem Akku im Winter...

Die A123 Nano-Phosphat Akkus sind in Bezug auf die nutzbare Kapazität unter hoher Last als auch bei niedrigen Temperaturen die derzeit besten Li-Ion Akkus auf dem Markt. Daher kann ich den behaupteten nicht vorhandenen Kapazitätsverlust bei schlechteren Akkus als den A123s nicht nachvollziehen. Da liegt vermutlich ein Messfehler vor. Beim anschließenden Laden passt, vorausgesetzt es wird bei Normaltemperatur geladen, wieder die normale Menge rein, bei tieferen Temperaturen entsprechend weniger wegen des höheren Innenwiderstandes und der nicht beliebig hohen möglichen Ladespannung.
10 % realer Kapazitätsverlust sind bei tiefen Temperaturen auch bei Li-Ion eine realistische Größe.

Gruß, Uwe

Das kann man auch anders sehen.
Wieso sollte beim anschließenden laden mit normalen Temperaturen wieder die nominale Menge reinpassen ?
Die Zelle könnte sich auch beim aufwärmen vor dem laden erholen so dass die restlichen 0,2Ah noch mobilisiert werden könnten ?
Die wurden doch garnicht bei den tiefen Temperaturen entnommen.
Das ist Alles gar nicht so einfach.
Jedenfalls ist mein "Latein" hier am Ende um irgendetwas konkretes dazu behaupten zu können. Da bedarf es jetzt schon am Beistand konkret an den Akkus arbeitender Wissenschaftler oder alternativ so einem dieser dummen Praktiker der mal Alles im Betrieb einfach nachmisst.

Viele Grüße:

Klaus

editert:

Heute kam ein schönes Büchlein mit Bildern vom Smart ED3 und diesem Smart-Fahrrad hier an. Bestellt hatte ichs eigentlich nicht.

J_T_Kirk schrieb:

10 % realer Kapazitätsverlust sind bei tiefen Temperaturen auch bei Li-Ion eine realistische Größe.

Gruß, Uwe

Hallo Uwe,

das deckt sich mit der von mir beobachteten 10-15 v.H. geringeren Reichweite in der Praxis.

Gruss,
Klaus

Oder könnten eure temperaturunabhängigen Ah-Messwerte beim Vectrix eine andere Erklärung haben?

Für mich ist die Sache eigentlich relativ klar, und ich versuche das eigentlich auch schon die ganze Zeit zu erklären, aber darin bin ich irgendwie nicht so gut, bin halt kein Lehrer

Erstmal wird hier immer wieder von Kapazität geredet, wir müssen uns mal darauf einigen entweder von Ah oder von Wh zu reden. Die Kapazität (Wh) lässt natürlich bei Kälte nach.

Jetzt versuche ich das nochmal mit den Ah zu erklären.
Bei tiefen Temperaturen erhöht sich der Innenwiderstand, darin sind wir uns alle einig.
D.h. bei hohen Strömen bzw. viel Leistung fällt die Spannung schneller ab und kommt in einen kritischen Bereich.

Das lese ich so, dass bei 0° C und konstant 1C Entladung bis Entladeschluss nur noch ca. 2,3 Ah von den nominellen 2,5 Ah entnehmbar sind.

Der Knackpunkt sind die KONSTANTEN 1C. Wenn der Akku seine Entladeschlussspannung erreicht, z.b. 2,5V, wird der Entladevorgang abgebrochen, da keine 1C mehr gewährleistet sind. Die fehlenden 0,2Ah wären aber mit einer geringeren Leistung noch verfügbar.

In der Praxis heißt das, ich kann eine gewisse Zeit mit voller Leistung entladen. Sobald die kritische Entladeschlussspannung erreicht ist, fährt der Twizy/Vectrix halt nicht mehr 80km/h sondern wird immer langsamer (70kmh, 60km.......).
Je kälter es ist um so stärker ist der Effekt, viele Vectrixfahrer berichten (auch ich) bei tiefsten Winter schon kurz nach Fahrtbeginn nur noch von einer Geschwindigkeit von 80km/h.
Trotzdem lassen sich die Ah entnehmen, nur eben nicht mit konstant hoher Leistung.

Ich hoffe es jetzt so erklärt zu haben, dass ihr mich versteht

Grüße
Martin

Vectrixfahrer schrieb:

...

In der Praxis heißt das, ich kann eine gewisse Zeit mit voller Leistung entladen. Sobald die kritische Entladeschlussspannung erreicht ist, fährt der Twizy/Vectrix halt nicht mehr 80km/h sondern wird immer langsamer (70kmh, 60km.......).
Je kälter es ist um so stärker ist der Effekt, viele Vectrixfahrer berichten (auch ich) bei tiefsten Winter schon kurz nach Fahrtbeginn nur noch von einer Geschwindigkeit von 80km/h.
Trotzdem lassen sich die Ah entnehmen, nur eben nicht mit konstant hoher Leistung.

Ich hoffe es jetzt so erklärt zu haben, dass ihr mich versteht

Grüße
Martin

Das kann ich aus dem letzten Winter (mit Vectrix LI+) bestätigen: Eine geringere erreichbare Reichweite habe ich eigentlich nicht festgestellt, nur musste ich "ruhiger" fahren. D.h. lange flotte Beschleunigungen oder längeres Vollstromfahren geht nicht mehr. Und diese Entwicklung setzt schon bei 5-10 Grad Außentemperatur , dann hat der Akku immer noch 10-15 Grad, ein und verstärkt sich immer mehr. Gefahren bin ich bis einmal -20 Grad Außentemperatur, Akku im Plusbereich, und 70 bis sogar 90 km/h waren kein Thema, nur beim Beschleunigen und an Steigungen war Zurückhaltung erforderlich.

Mit freundlichen Grüßen
Wolfgang

Vergleichen wir die LI Zellen einfach mal mit Wasser. Wasser fliest aus einem Behälter im Warmen Zustand schnell ab. Je näher es dem Gefrierpunkt kommt desto langsamer wird es obwohl der Druck im Behälter gleich ist. Auch die Füllmenge ist die Gleiche. Im gefrorenen Zustand fließt dann gar nichts mehr. Selbst der Innenwiderstand verändert sich nicht da ja die Rohre gleich bleiben. Die Energie, das Wasser, bleibt also gespeichert und geht nicht verloren. Normalerweise kann man eine Li Akku erst ab 0 Grad Laden und bis - 10 grad entladen. Warum? Genau wie beim Wasser, eine geringere Menge friert schneller und ein leerer Akku ebenfalls.
Das Elektrolyt wird also bei Minusgraden zu einem Nichtleiter und wirkt daher wie ein Schalter.
Selbst Dieselfahrer kennen das Problem mit dem eingefrorenem Diesel im Tank. Der Tank ist ja nicht leer sondern es ist immer noch die selbe Menge.
So verhält sich das mit der Kälte, je leerer der Akku desto mehr gefriert das Elektrolyt und dann gibt es keinen Stromfluss mehr.
Ich weiß, blödsinnige Erklärung.
Gruß Uwe

wolfgang schrieb:

Vectrixfahrer schrieb:

...

In der Praxis heißt das, ich kann eine gewisse Zeit mit voller Leistung entladen. Sobald die kritische Entladeschlussspannung erreicht ist, fährt der Twizy/Vectrix halt nicht mehr 80km/h sondern wird immer langsamer (70kmh, 60km.......).
Je kälter es ist um so stärker ist der Effekt, viele Vectrixfahrer berichten (auch ich) bei tiefsten Winter schon kurz nach Fahrtbeginn nur noch von einer Geschwindigkeit von 80km/h.
Trotzdem lassen sich die Ah entnehmen, nur eben nicht mit konstant hoher Leistung.

Ich hoffe es jetzt so erklärt zu haben, dass ihr mich versteht

Grüße
Martin

Das kann ich aus dem letzten Winter (mit Vectrix LI+) bestätigen: Eine geringere erreichbare Reichweite habe ich eigentlich nicht festgestellt, nur musste ich "ruhiger" fahren. D.h. lange flotte Beschleunigungen oder längeres Vollstromfahren geht nicht mehr. Und diese Entwicklung setzt schon bei 5-10 Grad Außentemperatur , dann hat der Akku immer noch 10-15 Grad, ein und verstärkt sich immer mehr. Gefahren bin ich bis einmal -20 Grad Außentemperatur, Akku im Plusbereich, und 70 bis sogar 90 km/h waren kein Thema, nur beim Beschleunigen und an Steigungen war Zurückhaltung erforderlich.

Mit freundlichen Grüßen
Wolfgang

Auch kein Beispiel, das die Theorie von der gleichbleibenden Strommenge untermauert. Wenn Du die gleiche Reichweite im Winter durch reduzierte Geschwindigkeit erreichst hast Du weniger Ah aus der Batterie gezogen, da kleinere Geschwindigkeit geringere Motorleistung bedeutet, der Motor also auch weniger Strom gezogen hat.

Gruß, Uwe

Helixuwe schrieb:

Vergleichen wir die LI Zellen einfach mal mit Wasser. Wasser fliest aus einem Behälter im Warmen Zustand schnell ab. Je näher es dem Gefrierpunkt kommt desto langsamer wird es obwohl der Druck im Behälter gleich ist. Auch die Füllmenge ist die Gleiche. Im gefrorenen Zustand fließt dann gar nichts mehr. Selbst der Innenwiderstand verändert sich nicht da ja die Rohre gleich bleiben. Die Energie, das Wasser, bleibt also gespeichert und geht nicht verloren. Normalerweise kann man eine Li Akku erst ab 0 Grad Laden und bis - 10 grad entladen. Warum? Genau wie beim Wasser, eine geringere Menge friert schneller und ein leerer Akku ebenfalls.
Das Elektrolyt wird also bei Minusgraden zu einem Nichtleiter und wirkt daher wie ein Schalter.
Selbst Dieselfahrer kennen das Problem mit dem eingefrorenem Diesel im Tank. Der Tank ist ja nicht leer sondern es ist immer noch die selbe Menge.
So verhält sich das mit der Kälte, je leerer der Akku desto mehr gefriert das Elektrolyt und dann gibt es keinen Stromfluss mehr.
Ich weiß, blödsinnige Erklärung.
Gruß Uwe

Blödsinnig würde ich nicht sagen aber nicht völlig schlüssig, da der Vergleich hinkt. Der Elektrolyt gefriert nicht, sondern die Beweglichkeit der Ladungsträger (Ionen) nimmt mit der Temperatur nur ab. Dadurch lässt sich Infolge des dann steigenden Innenwiderstandes nicht mehr die komplette Energiemenge entnehmen ohne den Akku zu schädigen, da dieser Versuch eine zu tiefe Entladeendspannung zur Folge hätte. Die Behauptung bei Kälte die gleiche Reichweite zu erzielen kann daher nur stimmen wenn der Akku dabei sein minimales Spannungsniveau nicht unterschreitet, d.h. weniger Ah insgesamt abgeben musste als im warmen Zustand, was natürlich durch langsameres fahren (niedrigere Stromentnahme) erreichbar ist.

Gruß, Uwe

ich finde Helixuwes Wasservergleich ganz prima, stehe aber immer noch auf dem "Wasser"schlauch, wieso ich am Ende eines Kalten Tages genausoviel "Wasser" in meine Batterie tanken muss, wie am Ende eines warmen Tages, an dem Kalten Tag, aber nicht so weit gekommen bin.

Vielleicht kann es jemand à la "Sendung mit der Maus" erklären?

Ich stelle mir gerade vor, die Batterie ist ein Eimer, aus dem ein Schlauch zu einem Schaufelrad geht. Das Schaufelrad ist der Motor. Am schlauch ist noch ein regelbares Ventil, das ist das Strompedal. Wenn ich jetzt Wasser in den Eimer kippe (laden) und das Ventil öffne (Strom geben) fliesst das Wasser durch durch den Schlauch und treibt den Motor an.

Folgende Komponenten fallen mir noch ein:

Die Dicke des Schlauches entspricht etwa dem ohmschen Widerstand einer Stromleitung?

Die Stromstärke ist die Stärke des Wasserstrahles, der das Schaufelrad antreibt?

Aber was ist die Spannung, ist das der Druck, mit dem das Wasser durch die Leitung läuft?

So, wer kann jetzt noch die Sache mit Temperatur und Innenwiderstand in's Spiel bringen?

So RICHTIG will mir das alles als Nicht-Elektriker auch nicht einleuchten.
Obwohl tolle Erklärungen dabei sind!
Im Deinem Wassereimer-Beispiel würde ich sagen,
es komnmt im Winter weniger Wasser aus dem Eimer,
weil etwas vom Wasser schon im Eimer "selber vernichtet/aufbraucht".
So wie die Spezies hier ja sagen, das aus der batterie weniger rauskommt,
weil sie wegen den kalten Innereien schon mehr in sich selber verbrät.
Also verursacht die kalte batterie selber den mehrverbrauch,
weil sie sich selber die eigene Energie weg frißt.

hallo
ich bin selber ein "nichtelektriker" aber da kann ich euch vielleicht weiterhelfen...
andi_3.0 schrieb:

...
Im Deinem Wassereimer-Beispiel würde ich sagen,
es komnmt im Winter weniger Wasser aus dem Eimer,
weil etwas vom Wasser schon im Eimer "selber vernichtet/aufbraucht".
...

richtig und doch nicht ganz richtig

eher so:
im winter gefriert ein teil des wassers im eimer -dadurch kommt auch weniger raus. obwohl immer noch die gleiche menge drinnen ist.
beim wasser nachfüllen (laden) wird ein teil des (noch warmen)wassers für das abtauen verwendet und den rest für die füllung.

im sommer gefriert nix deswegen bleibt es rein beim nachfüllen.

euer werner ad

weiss60 schrieb:

beim wasser nachfüllen (laden) wird ein teil des (noch warmen)wassers für das abtauen verwendet und den rest für die füllung.

im sommer gefriert nix deswegen bleibt es rein beim nachfüllen.

euer werner ad

Und das noch warme Wasser verschwindet dann, deshalb muss ich genausoviel nachfüllen, als wenn es leer wäre?

Was haltet ihr von dem Bild "Löcher im Eimer", die im Winter größer sind, als im Sommer, aber nur auf sind, wenn ich Wasser entnehme und zusätzlich noch einen Schlauch habe, der im Winter dünner wird?
Oder die Erklärung bei Wikipedia

Da bei Kälte die chemischen Prozesse (auch die Zersetzung des Akkus bei der Alterung) langsamer ablaufen und die Viskosität der in Li-Zellen verwendeten Elektrolyte stark zunimmt, erhöht sich auch beim Lithium-Ionen-Akku bei Kälte der Innenwiderstand, womit die abgebbare Leistung sinkt.

Leistung P [in Watt] = Spannung U [in Volt] * Stromstärke I [in Ampére]
Bei höherem Innenwiderstand R [in Ohm] sinkt die Stromstärke (Stromstärke ist Spannung dividiert durch den Innenwiderstand I=U/R) und damit die Leistung.
Unser "Verbrauch" (oder "Energie" oder "Arbeit" [in Watt Stunden] ist die in einer bestimmten Zeit abgegebenen oder verwendeten Leistung.
Anders gesagt, um die gleiche Leistung (Wasser) aus der Batterie (Eimer) an den Motor zu holen, muss ich im Winter mehr Gas geben, weil der Schlauch dünner wird und der Eimer zusätzlich mehr Wasser verliert.

sauschwein schrieb:

ich finde Helixuwes Wasservergleich ganz prima, stehe aber immer noch auf dem "Wasser"schlauch, wieso ich am Ende eines Kalten Tages genausoviel "Wasser" in meine Batterie tanken muss, wie am Ende eines warmen Tages, an dem Kalten Tag, aber nicht so weit gekommen bin.

Vielleicht kann es jemand à la "Sendung mit der Maus" erklären?

Ich stelle mir gerade vor, die Batterie ist ein Eimer, aus dem ein Schlauch zu einem Schaufelrad geht. Das Schaufelrad ist der Motor. Am schlauch ist noch ein regelbares Ventil, das ist das Strompedal. Wenn ich jetzt Wasser in den Eimer kippe (laden) und das Ventil öffne (Strom geben) fliesst das Wasser durch durch den Schlauch und treibt den Motor an.

Folgende Komponenten fallen mir noch ein:

Die Dicke des Schlauches entspricht etwa dem ohmschen Widerstand einer Stromleitung?

Die Stromstärke ist die Stärke des Wasserstrahles, der das Schaufelrad antreibt?

Aber was ist die Spannung, ist das der Druck, mit dem das Wasser durch die Leitung läuft?

So, wer kann jetzt noch die Sache mit Temperatur und Innenwiderstand in's Spiel bringen?

Wenn es denn unbedingt mit dem Wasser erklärt werden soll:

Die Spannung entspricht der Fallhöhe zwischen Eimerauslauf und Schaufelradauslauf und damit auch dem Druckverlust über Leitung und Schaufelrad. Befinden sich Eimerauslauf und Schaufelradauslauf auf gleicher Höhe, fließt kein Wasser (Strom) weil keine Höhendifferenz (Spannung) da ist. Im Winter zieht sich der Schlauch durch die Kälte zusammen (mehr Reibung im Rohr=höherer Innenwiderstand des Akku), dadurch kann bei gleicher Fallhöhe (Ladeendspannung) weniger Wasser (Strom) fließen. Will man nun durch das enge, kalte Rohr die gleiche Wassermenge (gleiche Leistung entnehmen) fließen lassen wie im Sommer müsste die Fallhöhe größer sein um die zusätzliche Reibung im Rohr (Innenwiderstand) zu überwinden. Umgekehrt heisst das, die für den Durchfluss verfügbare Fallhöhe ist reduziert (Spannung bricht bei hohem Stromfluss zusammen bis nur noch soviel Strom fließt wie der Akku mit dem erhöhten Innenwiderstand abgeben kann). Die nicht entnehmbare Energie (= Spannungsabfall des Akkus bei Kälte * reduzierter Stromfluss*Zeit) wird dabei in Wärme umgewandelt (Wasser verdunstet). Diese Wassermenge (Strommenge) kann nicht mehr genutzt werden. Der Rest bleibt im Eimer (Batterie) und kann noch genutzt werden. Leider führt eine zu hohe Belastung bei Kälte unter Umständen auch zur Schädigung des Akkus (Eimer wird leck durch Kälteausdehnung des Wassers), d.h. einem nicht wieder rückgängig zu machenden Kapazitätsverlust.
Hoffe, damit ist es auch den nicht-elektrisch bewanderten im Forum etwas klarer worden.

Gruß, Uwe

sauschwein schrieb:

...
Und das noch warme Wasser verschwindet dann, deshalb muss ich genausoviel nachfüllen, als wenn es leer wäre?

hallo
ja oder ist immer noch gefroren

aber kirk hat es auch gut erklärt

euer werner ad, seines zeichens schlosser vom beruf