Rund um den Hochvoltspeicher des 225xe

@dm_dm
Hey, das ist super, dass wir jemanden mit einem separaten Zähler (normaler Hausstromzähler? Geeicht?) haben und den Umgang mit Zahlen beherrscht!
Vielleicht könntest Du hier all Deine Erfahrungen einbringen, die mit dem Ladevorgang zu tun haben: Zeitspannen, Leistung, SOCs, Ladeverluste, Vortemperierverhalten, Anzeigen vergleichen etc. bei bestimmten Einstellungen, Temperaturen, Umstände etc.

Zitat von planetti

Temperatursteuerung des Hochvoltspeichers:
........... Die Vortemperierung vor dem Laden und Nutzen bewirkt, dass mehr momentane Kapazität bereitsteht und eine höhere C-Rate (=starkes Beschleunigen oder höhere Ladeströme) weniger ausmacht. Die momentan nutzbare Energie ist z.B. bei 0°C um ca. 10% geringer als bei 35°C.

Hallo @planetti,

du schreibst das der Hochvoltspeichers auch beim Laden vortemperiert wird um ein optimales Laden zu gewährleisten, hast du zufällig eine Ahnung ab welchen Temp. der Akku gewärmt bzw. im Sommer eventuell gekühlt wird vor dem Ladevorgang und welche Temp. letztlich dann angestrebt wird ?
Könnte ja sein das er bei z.B. 20 °C am "besten" läd und auch vortemperiert wird (wenn eine der Toleranzgrenzen erreicht wird) aber eine Toleranz vom plus/minus 10 ° hat.

Danke im Voraus.

Gruß
Bernd

@bernd6366
Leider kenne ich nicht die genaue Temperaturauslegung. Deine Annahme könnte in etwa hinkommen, dass zwischen 5-15 und 25-30 Grad keine Temperierung erfolgt. Während des Ladens erwärmt sich der Hochvoltspeicher zusätzlich noch ein wenig, je nach Ladestrom um geschätzt bis zu 5 Grad.

Steht dazu etwas in der Bedienungsanleitung?

Zitat von planetti

@bernd6366
Leider kenne ich nicht die genaue Temperaturauslegung. Deine Annahme könnte in etwa hinkommen, dass zwischen 5-15 und 25-30 Grad keine Temperierung erfolgt. Während des Ladens erwärmt sich der Hochvoltspeicher zusätzlich noch ein wenig, je nach Ladestrom um geschätzt bis zu 5 Grad.

Steht dazu etwas in der Bedienungsanleitung?

Nein, hab zumindest noch nichts zu dem Thema gefunden aber werde später genauer danach suchen und schreiben wenn ich fündig werde.

Hier noch etwas Interessantes zu Thema

Sicherheit, Rettung und Starthilfe

Rettungshandbuch, darunter Starthilfe/12V-Netz S.33:
„Eine Starthilfe oder Fremdbestromung über das 12-Volt-Bordnetz ist im Pannenfall nicht zulässig.“
https://oss.bmw.de/rettungslei…Rettungshandbuch_PHEV.pdf

Rettungsleitfaden, ab S.76 in
https://oss.bmw.de/rettungslei…ungsleitfaden-Vorwort.pdf

Zukunft der Samsung-Zellen

Von der Motorshow in Detroit gibt es ein frisches Foto, das einen genaueren Hinweis auf die zukünftigen Zellen im 225xe gibt:
http://www.samsungsdi.com/sdi-news/1502.html ,
links unten im Bild sieht man den PHEV1 Zelltyp mit 26Ah in der blauen (wie jetzt verbaut), 34Ah in der silbernen und 40 Ah in der goldenen Farbe gekennzeichnet. Leider stehen keine Zeitvorstellungen dabei, diese zukünftigen Schritte sind noch nicht genau absehbar. Bitte nicht bis dahin die Luft anhalten ...

Hier mal ein eher bescheidener Zwischenstand mit grundlegenden Infos und vor allem die derzeitige Entwicklung von Li-Ionen-Zellen (Stand Ende 2016), TU München , ab S.10 (siehe https://www.tiwag.at/fileadmin…_TIWAGEMotionDays2016.pdf).

Es scheint, dass noch viele Entwicklungsschritte anstehen. Jeder kann sich selbst ein Bild machen.

Hier nochmal eine interessante Ergänzung zu dem Thema

Abschätzung der Alterung des Hochvoltspeichers

da dies eines der unbestimmtesten Themen des 225xe ist und viele Nutzer die Auswirkung der Alterung nicht einschätzen können.

Dazu ist die Dissertation
"Analyse der Ausfallwahrscheinlichkeiten von Lithium-Ionen-Energiespeichern in elektrifizierten Fahrzeugen",
siehe https://oparu.uni-ulm.de/xmlui…9/3280/vts_9789_14884.pdf , (10,8MB), aus 2014 an der Hochschule Ulm, eine interessante Informationsquelle, beispielhaft an dem HEV BMW ActiveHybrid 5, also dem 225xe-Vorgänger.
Im Folgenden eine Interpretation relevanter Sachverhalte: (Die Seitenzahlen beziehen sich auf die der Schrift, im pdf-Viewer einfach 14 Seiten dazuzählen)

S.1-16
Grundlagen der untersuchten Li-Ionen-Zellen. Es sind die Zellen des HEV BMW ActiveHybrid 5, also des 225xe-Vorgängers. Dessen Hochvoltspeicher bestand aus 96 zylindrischen LiFePO4-Zellen der 1.Generation und wies eine Bruttokapazität von nur 1,3kWh (netto 0,6kwh auf), so dass man nur qualitative Aussagen auf den 225xe übertragen kann, nicht aber die absoluten Zahlenergebnisse.

S.17-21
Alterungsmechanismen an Zellen (ähnlich siehe Beitrag oben).

S.22-54
Modellierung der Alterungsvorgänge zu einer Berechnungsmethode.
Im Rahmen der Messungen (siehe Abbildungen) ist eine Abhängigkeit der Kapazität (bei Lagerung S.45, bei Energiedurchsatz S.46), und des Innenwiderstands (bei Lagerung S.47, bei Energiedurchsatz S.48) als Degradationsparameter von der Temperatur und dem Beladungszustand bestätigt. Die quantitative Degradationsbestimmung S.52-54 ist nicht auf den 225xe übertragbar, da vor allem das Belastungsprofil vollkommen anders ist.

S.61-102
Im Gesamtspeicherverbund gibt es ebenfalls Effekte wegen und auf die einzelnen, in Reihe geschalteten Zellen, produktions- und nutzungsbedingt.
Die Abbildung 4.13, S.73 zeigt beispielhaft eine Verteilung der Kapazitäten bei der Abschätzung des EoL/Garantiefall.
Die folgenden Messungen sind interessant bezüglich der Streuung und der unterschiedlichen Entwicklung der gemessenen Zellen. Auch, dass die Werte des Kapazitätsverlusts oft überhaupt nicht mit einer Erhöhung des Innenwiderstands korrelieren.

S.103
Die Abbildung 6.1, S.103 zeigt sehr treffend die Einflüsse bei der Abschätzung eines Garantiefalls und die Nutzungzeit. Man kann für die Garantielänge die Qualität seines Hochvoltspeichers bei einer Nutzung bis 100000km hochgerechnen, woraus sich betriebswirtschaftlich der Zeitpunkt 6 Jahre (x+bisserl nach rechts) bestimmt. Der Aspekt "Auffälligkeitsschwelle" spielt auch eine gewichtige Rolle. Da das Antriebskonzept PHEV des 225xe (im Gegensatz zu dem untersuchten HEV ActiveHybrid 5) gerade dafür bestimmt ist, eine nennenswerte Strecke rein elektrisch zurückzulegen, ist die Auffälligkeit wesentlich größer, weil die bisherigen maximalen Reichweiten nicht mehr erreicht werden.
Bestätigt wird in Abbildung 6.3, dass die Peakleistung (225xe: 65kW) wesentlich höher als die Dauerleistung (225xe: 20-25kW geschätzt) ist.
Ebenfalls interessant ist die Abbildung 6.4, S.106, bei der die "Zusammensetzung des Betriebsbereiches des Hochvoltspeichers" aufgezeigt werden. Die SoC 100% ist die Bruttokapazität. Davon werden die notwendigen Vorhaltungen zum Schutz und zum Starten abgezogen, um die Nettokapazität zu bestimmen. Für den Nutzer stellt sich nun die Frage, was die Anzeigen (%Ladung und SoC) im Fahrzeug davon tatsächlich angeben, um den EoL zu verfolgen.

S.107-111
Es wird ein Kundenprofil (aus automatisch erfassten Fahrzeugdaten) ermittelt, das für den 95%-Kunden zufällig 5,8kWh (kennen wir die Zahl?) pro Tag Energiedurchsatz ergibt. Meines Erachtens ist die Annahme mit 110Wh/km in der Praxis schon um 30% zu gering, und das ohne Winterbedingungen und Degradationseffekte nach ein paar Jahren.

S.112-115
Der in einem Beitrag oben bereits genannte Zusammenhang der Klimazone auf die Alterung aufgrund der Temperaturen.

S.116
Abb. 6.15 und 6.16 zeigen, dass der praktische Alterungszustand mit dem Ladungs- und Energiedurchsatz einhergeht, weniger mit der Anzahl der gefahrenen km, was die Einschätzung des Zustands beim Kauf eines gebrauchten Fahrzeugs erschwert.

S.119-125
Die Analyse der Auffälligkeitsschwelle für einen HEV, nicht PHEV. Dadurch, dass nur der max. SoC verändert wurde (und nicht der max. Peak und die Reku-Leistung) und das bei einem HEV, ist es verständlich, dass die Probanden die Unterschiede kaum festgestellt haben. Es fehlt vor allem auch der beim rein elektrischen Fahren des PHEV 225xe relevante Reichweitenvergleich. M.E. ist die Auffälligkeitsschwelle beim 225xe besonders hoch, wenn ein Nutzer (Pendler) die elektrische Strecke, für die er das Fahrzeug ausgelegt und gekauft hat, nicht mehr elektrisch absolvieren kann.

S.126-129
Es wird in sehr klarer Form die Zusammenhänge zwischen der Ausfallwahrscheinlichkeit, Auslegung und Kunden erklärt. Das zeigt, dass es sich um ein typisches Verschleißteil mit endlicher Lebensdauer handelt.

S.129-132
Nochmal Unterscheidung von Ausfallwahrscheinlichkeiten aufgrund verschiedener Klimabedingungen in Verkaufsregionen.

Zusammenfassung

Es ist leider ein Naturgesetz, dass die Zellen des Hochvoltspeichers bei jedem elektrisch gefahrenen Meter und in jeder Sekunde kontinuierlich ein wenig altern, je nach Bedingungen und Nutzung mehr oder weniger. Die Ausfallwahrscheinlichkeit ist vom Autohersteller genau kalkuliert, so dass der Hochvoltspeicher in der Regel während den X Jahren Garantie den EoL noch nicht erreicht hat. Wenn bei EoL das schwächste Modul erneuert wird, kann man mit einer geringen Verbesserung rechnen (je nach Streuung, in der Größenordnung von ca.5%). Auch hängt es von der Auffälligkeitsschwelle des Nutzers ab, ab wann der Hochvoltspeicher eine subjektiv nicht mehr ausreichende Leistung bereitstellt. Die Zustandserfassung des Hochvoltspeichers hängt weniger von den gefahrenen Kilometern des Fahrzeugs ab als von den geleisteten und geladenen elektrischen Strömen und den Temperaturbelastungen.
Obwohl die Entwicklung leistungsfähigerer und billigerer Batteriezellen im Gange ist, darf man sich von gestern auf heute und morgen keine Wunder der Physik erwarten, so dass ein Kunde die Probleme verstehen, einschätzen und für sich abwägen muss.