Was uns 6.000 EV-Batterien über die Gesundheit von EV-Batterien verraten

Wie lange hält eine Elektroauto-Batterie? Verwenden Sie die kostenlose Analyse zur Batteriedegradation von EV, um die durchschnittliche Batteriedegradation im Laufe der Zeit für verschiedene Fahrzeughersteller und -modelle zu vergleichen. Geotab hat diese interaktive Analyse auf der Grundlage von Daten von 6.300 Flotten- und Verbraucherelektrofahrzeugen erstellt. Lesen Sie weiter, um mehr über die Gesundheit von EV-Batterien zu erfahren und wichtige Erkenntnisse zur realen Batterieleistung zu erhalten.

Die Bedeutung von EV-Batterien

Wenn Sie darüber nachdenken, ein Elektrofahrzeug (EV) zu kaufen, gibt es einige wichtige Faktoren zu beachten. Diese drei Fragen stehen wahrscheinlich ganz oben auf Ihrer Liste:

• Wie viel kostet das EV?
• Wie weit kommt es mit einer Ladung?
• Wie lange hält die Batterie?

Von einem Lebenszyklusaspekt aus gesehen sind die Leistung und Gesundheit der Batterie wirklich der Schlüssel zu allem. Da die Batterie die teuerste Komponente eines EVs ist, wird der Grad der Degradation den Restwert des Fahrzeugs beeinflussen (was die Kostenfrage oben beantwortet) und auch einen direkten Einfluss auf die maximale nutzbare Reichweite im Laufe der Zeit haben.

Wie lange hält eine EV-Batterie?

Sie haben möglicherweise bemerkt, dass es schwierig ist, klare Antworten auf Fragen zur Lebensdauer einer EV-Batterie zu erhalten. Stattdessen erhalten Sie möglicherweise Zusicherungen, dass Batterien durch Garantien abgesichert sind, falls etwas schief geht. In der Regel deckt die Batterieabdeckung 8 Jahre oder 100.000 Meilen ab, kann aber je nach Hersteller und Land variieren.

Garantien sind beruhigend, ebenso wie die Tatsache, dass die Kosten für Batterien von Jahr zu Jahr erheblich sinken. Seit 2010 ist der Preis für einen durchschnittlichen Lithium-Ionen-Batteriepack um über 80% gesunken.

Die Garantie des Automobilherstellers für ihre Batterietechnologie und die Aussicht auf sinkende Kosten sollten einige Vertrauen schaffen. Die meisten von uns würden jedoch mehr Sicherheit haben wollen, wenn es darum geht, wie schnell unsere Batterien voraussichtlich degradieren und wie wir diesen Verlust minimieren können.

Was ist Batteriedegradation bei EVs?

Batteriedegradation ist ein natürlicher Prozess, der die Menge an Energie reduziert, die eine Batterie speichern kann, oder die Menge an Leistung, die sie liefern kann. Die Batterien in EVs können in der Regel mehr Leistung liefern, als die Antriebskomponenten verarbeiten können. Daher ist die Leistungsdegradation in EVs selten sichtbar, und nur der Verlust der Fähigkeit der Batterie, Energie zu speichern, ist relevant.

Der Zustand einer Batterie wird als ihr Gesundheitszustand (SOH) bezeichnet. Batterien beginnen ihr Leben mit 100% SOH und verschlechtern sich im Laufe der Zeit. Eine 60 kWh Batterie, die einen SOH von 90% hat, würde effektiv wie eine 54 kWh Batterie funktionieren.

Beachten Sie jedoch, dass dies nicht dasselbe ist wie die Reichweite des Fahrzeugs (die Strecke, die das Fahrzeug mit diesen kWhs zurücklegen kann), die täglich oder von Reise zu Reise schwanken wird, abhängig von einer Reihe von Faktoren wie Ladestand, Topographie, Temperatur, Nutzung von Nebenverbrauchern, Fahrverhalten und Passagier- oder Frachtbelastung.

Gemeinsame Faktoren, die die Gesundheit von Lithium-Ionen-Batterien beeinflussen:

1. Zeit
2. Hohe Temperaturen
3. Betrieb bei hohem und niedrigem Ladezustand
4. Hoher elektrischer Strom
5. Nutzung (Energiezyklen)

Obwohl viel Forschung zu Batteriegesundheit betrieben wurde, gibt es bisher sehr wenig Daten, die die reale Leistung von EVs im Laufe der Zeit verfolgen, geschweige denn Vergleiche zwischen verschiedenen Herstellern und Modellen. Bis jetzt.

Die EV Battery Degradation Analysis

Geotab hat die EV Battery Degradation Analysis erstellt, um zu untersuchen, wie sich Batterien gehalten haben, und um die relative Bedeutung der oben genannten Faktoren auf die Batterielebensdauer von EVs unter realen Bedingungen zu untersuchen.

Wir haben die Batteriegesundheit von 6.300 Flotten- und Verbraucher-EVs analysiert, was 1,8 Millionen Tage Daten entspricht. Aus den verarbeiteten Telematikdaten haben wir Einblick gewonnen, wie reale Bedingungen die Batteriegesundheit von Elektrofahrzeugen beeinflussen und aggregierte Durchschnittsdegradationsdaten für 21 verschiedene Fahrzeugmodelle ermittelt, die 64 Hersteller, Modelle und Jahrgänge repräsentieren.

Anmerkungen zur Analyse:

• Die angezeigten Degradationskurven sind die durchschnittliche Trendlinie aus den analysierten Daten.
• Diese Grafiken können Einblicke in die durchschnittliche Batteriegesundheit im Laufe der Zeit geben, sollten aber nicht als genaue Vorhersage für ein bestimmtes Fahrzeug interpretiert werden.
• Eine Teilmenge von Fahrzeugherstellern, Modellen und Jahrgängen ist in der Visualisierung nicht verfügbar – wir haben Fahrzeuge mit unzureichenden Daten ausgeschlossen, also keine Sorge, wenn Ihr Wunschauto fehlt.

Beginnen Sie mit der Analyse

Wichtige Erkenntnisse

Hohe Niveaus an dauerhafter Batteriegesundheit beobachtet

In erster Linie zeigen Daten von über 6.000 Elektrofahrzeugen aller wichtigen Hersteller und Modelle, dass Batterien hohe Niveaus anhaltender Gesundheit aufweisen. Wenn die beobachteten Degradationsraten beibehalten werden, werden die meisten Batterien die nutzbare Lebensdauer des Fahrzeugs überdauern.

Wie bei uns nimmt die Gesundheit mit dem Alter ab

Wie zu erwarten war, nimmt die Degradation mit zunehmendem Alter eines Fahrzeugs zu. Betrachtet man jedoch den durchschnittlichen Rückgang aller Fahrzeuge, so ist der Verlust mit 2,3% pro Jahr eher geringfügig. Das bedeutet, dass der Verlust von etwa 17 Meilen Reichweite nach fünf Jahren voraussichtlich keinen Einfluss auf Ihren täglichen Bedarf haben wird, wenn Sie heute ein EV mit einer Reichweite von 150 Meilen kaufen.

Verläuft die Batteriedegradation bei EVs linear?

Obwohl diese Analyse mehr oder weniger eine lineare Degradation zeigt, wird erwartet, dass EV-Batterien im Allgemeinen nicht linear abbauen: zunächst ein Rückgang, der dann mit deutlich langsamerem Tempo weiter abnimmt. Gegen Ende ihres Lebens wird die Batterie einen letzten signifikanten Rückgang erfahren, wie unten zu sehen ist.

Abbildung 1: Eine normale Degradationskurve wird voraussichtlich so aussehen.

Glücklicherweise haben zu wenige Batterien in unserem Datensatz den Punkt des endgültigen Abfalls erreicht, um vorhersagen zu können, wann diese nichtlineare Degradation (“Heel”) beginnt.

Es gibt einen messbaren Unterschied zwischen Herstellern, Modellen und Jahrgängen

Basierend auf unseren Daten scheinen Fahrzeugbatterien unterschiedlich auf den Test der Zeit zu reagieren, abhängig von ihrem Hersteller und dem Modelljahr. Warum scheinen einige Fahrzeugmodelle im Durchschnitt schneller abzubauen als andere? Zwei mögliche Gründe sind die Batteriechemie und das thermische Management des Batteriepacks.

Obwohl EVs Lithium-Ionen-Batterien verwenden, gibt es viele verschiedene Variationen von Lithium-Ionen-Chemien (der größte Unterschied besteht in den Materialien, die für die Elektroden verwendet werden). Die chemische Zusammensetzung einer Batterie beeinflusst, wie sie auf Belastungen reagiert. Neben der Zellchemie unterscheiden sich auch die Temperaturregelungstechniken zwischen verschiedenen Fahrzeugmodellen. Ein wichtiger Unterschied besteht darin, ob das Batteriepack durch Luft oder Flüssigkeit gekühlt oder beheizt wird.

Lassen Sie uns das Beispiel eines Fahrzeugs mit einem Flüssigkeitskühlsystem mit einem Fahrzeug mit einem passiven Luftkühlsystem vergleichen: dem Tesla Model S von 2015 und dem Nissan Leaf von 2015. Der Leaf hat eine durchschnittliche Degradationsrate von 4,2%, während das Model S 2,3% beträgt. Ein gutes thermisches Management bedeutet einen besseren Schutz vor Degradation.

Abbildung 2: Batteriedegradationsvergleich des Tesla Model S von 2015 (Flüssigkeitskühlung) vs. des Nissan Leaf von 2015 (passive Luftkühlung).

Ladezustand (SOC) und der Buffer-Effekt

Ein weiterer erwarteter Grund für die Unterschiede in der Batteriegesundheit zwischen Herstellern besteht darin, wie der Ladezustand (SOC) kontrolliert wird. Das Betreiben einer Batterie nahezu voll oder leer hat Auswirkungen auf die Batteriegesundheit. Um diesen Effekt zu begrenzen, fügen viele Hersteller einen Buffer hinzu, der den Zugriff auf die extremen Enden des SOC-Fensters verhindert (wie im Bild unten gezeigt).

Zusätzlich zu den Schutzpuffern am oberen und unteren Ende des Batteriebereichs bieten viele Fahrzeuge dem Besitzer die Möglichkeit, das normale tägliche Aufladen unterhalb von 100% zu stoppen.

Abbildung 3: Batterieschutzpuffer kontrollieren das nutzbare Ladezustandsfenster für ein EV.

Wussten Sie schon?

Das Entfernen der Extreme geschieht nicht nur aus Gründen der Batteriegesundheit, sondern auch für einen sicheren Fahrzeugbetrieb. An den beiden Extremen könnte die Batterie nicht in der Lage sein, volle Leistung aufzunehmen oder abzugeben, und das Fahrerlebnis würde beeinträchtigt. Im Grunde genommen ist eine Batterie bei 100% Ladung aus rein chemischer Sicht nicht komplett aufgeladen.

Ähnlich ist 0% nicht komplett leer. Da der Fahrzeugbesitzer keinen Zugang zu diesen Teilen des Batteriebereichs aus Sicherheits- und Batterielebensdauergründen hat, ist es wahrscheinlich, dass viele davon nichts wissen. Dank Over-the-Air-Software-Upgrades kann die Größe des Buffers im Laufe der Zeit verändert werden, wie einige Tesla-Besitzer im Jahr 2019 herausgefunden haben, als sie eine Verringerung ihrer Reichweite bemerkten. Tesla bestätigte, dass das Upgrade “zum Schutz der Batterie und zur Verbesserung der Langlebigkeit” durchgeführt wurde.

Darüber hinaus verfügen einige Automobilhersteller über anpassbare Ladebegrenzungen, bei denen der Benutzer festlegen kann, bei welchem Punkt das Laden des Akkus gestoppt wird (z. B. können sie dem Fahrzeug mitteilen, dass es bei 75% anstatt bei 100% aufhören soll). Dieser nutzerbestimmte Bereich (B in der Grafik oben) arbeitet in Kombination mit dem nicht frei wählbaren Puffer (A), um den Batteriebetrieb in Bereichen mit höherer Degradation zu begrenzen.

Denken wir über ein Beispiel nach:

Der Chevrolet Volt, insbesondere die frühen Modelljahre, weist vergleichsweise große obere und untere Schutzpuffer (Bereiche A und D) auf, die sich mit zunehmendem Alter der Batterie dynamisch ändern. Obwohl die größeren Pufferenergie für die Fahrt bedeuten, sollte dies zu einem länger haltbaren Batteriepaket führen. Aufgrund der größeren SOC-Puffer, der Flüssigkeitsthermik und der dynamisch (abnehmenden) Puffergröße sollten langsamere Abbauraten als der Durchschnitt beim Volt erwartet werden.

Abbildung 4: Batteriedegradation im Laufe der Zeit für einen Chevrolet Volt im Vergleich zu allen Fahrzeugen.

Welche zusätzlichen Faktoren scheinen die Batteriegesundheit zu beeinflussen?

Basierend auf den verfügbaren Telematikdaten konnten wir die Batteriedegradation anhand der verschiedenen Faktoren bewerten, denen die Fahrzeuge ausgesetzt waren, und sehen, ob es eine Korrelation mit dem Gesundheitsrückgang gab. Diese Faktoren umfassten:

• Nutzung
• Extremklimata
• Ladetyp

Hohe Fahrzeugnutzung führt nicht zu höherer Batteriedegradation

Ein aufregendes Detail, das wir aus den Daten erfahren konnten, war, dass Fahrzeuge mit hoher Nutzung nicht signifikant höhere Batteriedegradation aufwiesen. Das sollte eine gute Nachricht sein, denn ein EV ist nicht nützlich, wenn es nur im Flottenhof steht.

Die Quintessenz? Zögern Sie nicht, Ihre EVs in hoch genutzten Einsatzzyklen zu nutzen. Solange sie innerhalb ihrer täglichen Reichweite liegen, wird ihre Batterielebensdauer nicht negativ beeinflusst. Eine Ausnahme besteht, wenn eine hohe Nutzung regelmäßiges DC-Schnellladen erfordert – lesen Sie den Abschnitt zum Einfluss des Ladetyps.

Abbildung 5: Die Menge der Nutzung scheint keine Auswirkungen auf die Degradationsraten zu haben.

Fahrzeuge, die in heißen Temperaturen gefahren werden, zeigen einen schnelleren Rückgang des Batterie-Gesundheitszustands

Eine Batterie, die sehr hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wird anfälliger für Schäden sein, aber um wie viel? Hat ein EV in Arizona eine andere Batterielebensdauer als dasselbe Auto, das in Norwegen gefahren wird? Um dies herauszufinden, haben wir die Fahrzeuge basierend auf den folgenden Klimabedingungen gruppiert:

• Gemäßigt: Weniger als 5 Tage pro Jahr über 80 F (27 C) oder unter 23 F (-5 C).
• Heiß: Mehr als 5 Tage pro Jahr über 80 F (27 C).

Wie unten dargestellt, zeigten Fahrzeuge, die in heißen Klimazonen gefahren wurden, eine spürbar schnellere Abnahme als diejenigen, die in gemäßigten Klimazonen gefahren wurden. Das ist keine gute Nachricht, wenn Sie und Ihre Flotte unter der heißen Sonne arbeiten.

Hitze- und Kälteeinwirkungen beeinflussen auch Ihre Reichweite im Alltag. Um zu verstehen, wie, werfen Sie einen Blick auf unsere Analyse, wie die Temperatur die Reichweite von EVs beeinflusst.

Abbildung 6: Batterien, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind, degradieren schneller als solche in gemäßigten Klimazonen.

Ein Blick auf den Ladetyp

Wir konnten uns das vorherrschende Ladelevel ansehen, das für die EVs in unserem System verwendet wurde. Nordamerikanische EV-Ladestationen sind in drei gängige Typen unterteilt:

1. Level 1: 120 Volt – eine normale Steckdose in Nordamerika.
2. Level 2: 240 Volt – typisch für Haus- oder Flottenladung.
3. Direkter Schnelllader für Gleichstrom: DCFC – für schnellere Aufladungen.

Eine Übersicht über das Laden und die damit verbundenen Kosten finden Sie in unserem einfachen Leitfaden zum Laden von EVs.

Das Laden in den meisten europäischen Ländern wird als AC-Laden bezeichnet (was im Allgemeinen Level 2 in Nordamerika entspricht) und DC-Laden (DCFC, wie oben beschrieben).

Während Level 2 oft als optimale Art des Aufladens eines EVs genannt wird, schien der Unterschied in der Batteriegesundheit zwischen Fahrzeugen, die routinemäßig auf Level 2 geladen wurden, im Vergleich zu denen, die Level 1 verwendeten, beobachtbar, aber nicht über das Maß der statistischen Signifikanz hinaus.

Abbildung 7: Batteriedegradation für Fahrzeuge, die hauptsächlich auf Level 1 im Vergleich zu Level 2 laden.

Die Verwendung von DCFCs scheint jedoch die Geschwindigkeit zu beeinflussen, mit der Batterien abbauen. Das schnelle Aufladen einer Batterie bedeutet hohe Ströme, die hohe Temperaturen verursachen, die beide die Batterien belasten. In der Tat empfehlen viele Automobilhersteller, die Verwendung von DCFC einzuschränken, um die Lebensdauer ihrer Fahrzeugbatterien zu verlängern.

Hier betrachten wir alle batterieelektrischen Fahrzeuge in derselben Klimagruppe (wir haben uns entschieden, uns die anfälligste Gruppe anzusehen – diejenigen, die in extremen Klimabedingungen betrieben werden) und kategorisieren sie nach der Häufigkeit, mit der sie DCFC verwendet haben: Nie, gelegentlich (1-3 Mal pro Monat) und häufig (mehr als 3 Mal pro Monat).

Abbildung 8: Batteriedegradation scheint für Fahrzeuge in saisonalen oder heißen Klimazonen stark mit der Verwendung von DCFC korreliert zu sein.

Der Unterschied zwischen Fahrzeugen, die niemals DCFC verwendet haben, und denen, die es auch gelegentlich in saisonalen oder heißen Klimazonen verwendet haben, war bemerkenswert. Obwohl möglicherweise andere Faktoren im Spiel sind (wir möchten betonen, dass dies kein kontrolliertes Experiment war), sollte das Aufladen über niedrigere Leistungsniveaus (Level 2) Priorität haben.

Tipps zur Verlängerung der Lebensdauer Ihrer EV-Batterie

Obwohl sich die Batteriedegradation je nach Modell und externen Bedingungen (wie Klima und Ladetyp) unterscheidet, haben die meisten Fahrzeuge auf der Straße heute noch keinen signifikanten Rückgang erfahren. Tatsächlich war die Gesamtdegradation sehr gering, wobei ein durchschnittlicher Kapazitätsverlust von nur 2,3% pro Jahr zu verzeichnen war. Unter idealen Klima- und Ladebedingungen beträgt der Verlust 1,6%.

Obwohl einige Dinge außerhalb der Kontrolle des Betreibers liegen, gibt es Möglichkeiten, die Lebensdauer der EV-Batterie zu verlängern.

Einige Tipps zur Nutzung Ihrer EVs:

• Vermeiden Sie es, Ihr Auto mit voller oder leerer Ladung stehen zu lassen. Ideal ist es, den Ladezustand zwischen 20-80% zu halten, insbesondere wenn Sie es für längere Zeiträume stehen lassen, und es nur für Langstreckenfahrten voll aufzuladen.
• Minimieren Sie das Schnellladen (DCFC). Einige Hochleistungsdienstzyklen benötigen eine schnellere Ladung, aber wenn Ihr Fahrzeug über Nacht steht, sollte Level 2 für die meisten Ladeprozesse ausreichend sein.
• Das Klima liegt außerhalb der Kontrolle des Betreibers, tun Sie jedoch Ihr Bestes, um extreme Hitze zu vermeiden, wie z.B. das Wählen von Schattenplätzen an heißen Tagen.
• Hohe Nutzung ist kein Problem, daher sollten Flotten keine Angst haben, sie zu nutzen. Ein EV ist nutzlos, wenn es im Flottenhof steht, und die Nutzung der Fahrzeuge pro Kilometer ist insgesamt eine bessere Flottenmanagementpraxis.

Schlussgedanke

Wenn Fahrzeuge mit größeren Batteriepacks auf den Markt kommen, wird ein gewisser Kapazitätsverlust Ihren täglichen Fahrbedarf möglicherweise nicht beeinträchtigen. Genauere Informationen zum Gesundheitszustand, die durch umfassende Telematikdaten unterstützt werden, sind jedoch entscheidend, um Flotten den richtigen Fahrzeugtyp für den richtigen Einsatz zuzuordnen. Der EV Battery Health-Bericht von Geotab ermöglicht es Flotten, die tatsächliche Batteriekapazität ihrer EVs zu ermitteln, das Degradationstempo zu verstehen und Entscheidungen über den Austausch basierend auf der verbleibenden Batteriekapazität zu treffen, so dass sie ihre Fahrzeuge mit Vertrauen nutzen und ersetzen können, wenn es am sinnvollsten ist. Besuchen Sie geotab.com/ev für weitere Informationen.

Ursprünglich veröffentlicht am 13. Dezember 2019. Aktualisiert am 7. Juli 2020.