Hoeveel werkt een gedegradeerde accu?

[bugboy]

Ik vroeg mij eigenlijjk af of een gedegradeerde batterij gewoon minder capaciteit krijgt of dat het chemische proces minder effectief is, waardoor je niet alles er meer uit krijgt dat je er in stopt?

Voor de voorbeelden ga ik even uit van een 100kWh batterij met een degradatie van 20% en dat er geen normale laadverliezen zijn (laatste is niet zo, maar is even wat makkelijker).

Optie 1: Minder capaciteit
Als de 100kWh batterij enkel nog maar 80kWh capaciteit heeft, dan zou het laden (vanaf 0) dus ook hooguit 80kWh mogen kosten. Het is dus in feite gewoon nog maar een 80kWh accu.

Optie 2: Minder efficiënt
Als het proces minder efficiënt is, dan zou ik dus wel 100kWh moeten laden, maar er slechts 80kWh uit moeten krijgen. Die overige 20kWh zal dan waarschijnlijk extra warmte ontwikkeling zijn bij het laden/ontladen. Daarmee wordt de auto dus ook meteen een stuk minder economisch.

Ik krijg altijd een beetje het gevoel dat optie 1 de juiste is, maar ik heb daar nooit echt wat over kunnen vinden. Wellicht dat het ook een beetje van beide is. Weet iemand met wat meer battery-related achtergrond (wellicht @fivari) hier meer van?

 

[Myfirstone]

Wat ik gelezen heb is dat namaten van tijd de weerstand in de cellen toeneemt. Dit komt door “soort” van kristal vorming en dit kan je niet meer wegkrijgen. Verder onbalans zal groter worden tussen de onderlinge groepen per accu pack en onder de packs zelf ontstaan ook verschillen.

De BMS is zo ingesteld dat hij stopt bij de eerste groep per packet als de veiligheids instelling wordt bereikt. Dit kan zijn onderling verschil in voltage of wanneer er te grote warmte verschillen worden gemeten.

 

[TheDoc]

Ik weet niet meer waar ik het vandaan heb maar als goed is dan zal accu snel vol zitten met laden tot aan die 80% en ook weer snel leeg zijn. Resultaat is minder stroom er in en ook weer uit.

 

[Energie Gratiz]

Oftewel het juiste antwoord is niet geheel optie 1) of geheel optie 2), maar het zit het dichtst bij optie 1) met een toefje 2) er bij.

 

[JanG007]

Gaat de max power output ook achteruit bij degradatie? Ik vermoed van wel?

 

[JP68]

Ik heb zelf een logging draaien, hoewel er wat 'gaten' in de data kunnen zitten.

Degradatie die ik zie op de batterij is van ca 73 kWh naar 69 kWh, ofwel -5%.
Dat in 3 jaar, 110,000 km.

Aan energie kan ik 3 dingen vergelijken:
- 1 Gemeten energie via mijn kWh-meter thuis.
- 2 Gelogde laad-energie (gelijk aan de energie in kWh op het scherm in de auto zelf aan het eind van een laadsessie).
- 3 Energie gebruikt om te rijden (gelijk aan de energie in kWh op het trip-scherm in de auto).

Laadverlies (verschil tussen 1 en 2):
Gemeten bij nieuwe auto, jan-2017 - juni 2017, 1=2651 kWh, 2=2421 kWh: circa 8.7% verlies
Gemeten oct-2019 - dec-2019, 1=1196 kWh, 2=1039 kWh: circa 13.1% verlies
Gemeten dec-2019 - feb-2020, 1=1122 kWh, 2=926 kWh: circa 17.4% verlies
Totaal jan 2017 - feb-2020, 1=20051 kWh, 2=18596 kWh: circa 7.2%

De efficiency lijkt recent inderdaad te verslechteren, ik ga dit iets beter in de gaten houden.
Buiten eventuele gaten in de logging (nr 2 wordt lager), is de laatste meting gedaan in de winter.
Als de auto accu-verwarming inzet tijdens laden, heeft dat ook een impact.
Ik zal tegen de zomer weer een update posten, 's kijken of het laadverlies kleiner is in de zomer.
Zeker gezien het totale laadverlies over de levensduur, lijkt de laatste meting van 17.4% verlies erg groot.

Rijverlies (verschil tussen 2 en 3):
Bij nieuwe auto, 2=2783 kWh, 3=2529 kWh: circa 9.1% verlies
Totaal, 2=24256 kWh, 3=21708 kWh: circa 10.5% verlies.

 

[Energie Gratiz]

Gaat de max power output ook achteruit bij degradatie? Ik vermoed van wel?

Ja, acceleratie wordt iets minder, toen onze eerste S zo'n 350.000km op de teller had hebben we grofweg de acceleratie van 0-100 gemeten en die was ca. een halve seconde langzamer dan toen deze nieuw was. De omstandigheden weet ik niet meer, oftewel die kunnen verschillend zijn geweest, maar enige verslechtering van de acceleratie treedt wel op na een groot aantal kilometers.
Verder geven de cijfers van JP68 m.i. een bevestiging van mijn conclusie hierboven.

 

[jeJochen]

Ik zal niet alles uittypen, dus hier wat leesvoer:

BU-808b: What Causes Li-ion to Die? – Battery University

 

[fivari]

Bovenop bovenstaande degradatie van een enkele lithiumcel komt nog: je hebt een groot verschil tussen de degradatie van een cel en die van een samengesteld batterij-pack. Het pack van een EV bestaat typisch uit een honderdtal reeksen in serie van een aantal parallelle cellen. Van in het begin bestaat er wat verschil de capaciteit van elke reeks.
Wanneer een enkele cel degradeert, krijg je in principe minder capaciteit, maar de laadduur neemt evenredig af. Een lithium wordt geladen met CC-CV, dus constant current tot een bepaalde spanning wordt bereikt (4,2V voor lithium ion) en vervolgens constant voltage tot de stroom te klein wordt. Ik zie de degradatie in twee vormen een verminderde capaciteit van een cel ontstaat door het onbeschikbaar worden van ionen voor deelname aan het proces. Ik zie een verhoogde interne weerstand als het verlies van mobiliteit van de ionen. Dat laatste doet zich trouwens ook voor bij een koude batterij.
Bij een batterij bestaande uit reeksen in serie, krijg je bij degradatie het bijkomend fenomeen van versterkte onbalans: de reeksen die op een verschillende spanning staan. Bij het laden zullen bepaalde reeksen eerder vol geraken,dus de 4,20V bereiken. Omdat andere reeksen nog niet zo ver geraken is de totale spanning nog niet bereikt. Toch moet het laden worden onderbroken over vertraagd. Er moet energie van de al volle reeksen worden afgenomen (en soms worden overgeheveld naar de nog niet volle reeksen) alvorens meer stroom in de batterij kan gestuurd worden. Bij mijn scooters gebeurt dat door wat stroom te verbruiken door een weerstandje te voeden. Je voelt in die fase de BMS warm worden. Als het pack na een recente eerdere laadbeurt al in balans is, gaat het balanceren bij de volgende veel sneller. Dat balanceren kan erg lang duren en gaat ook met bijkomende energieverliezen gepaard. De algemene laadefficiëntie neemt erdoor af.
Bij ontladen krijg je een gelijkaardig fenomeen: de minst performante reeks zal de uiteindelijke capaciteit van de batterij bepalen. Bij flinke vermogenvraag zakt de spanning wat in. Een reeks met een verhoogde interne weerstand of met capaciteitsverlies zal bij vol accelereren sneller de onderste spanningsgrens bereiken. Daarom legt een intelligente auto zelf een beperking op wanneer de SOC al te laag is.
De meeste pack hebben ook onderaan een vorm van balanceren waarbij de lege reeksen wat bijgevuld worden vanuit de nog niet helemaal lege reeksen.
Het is vooral in de uiterste fasen: dus te vol of te leeg, dat er permanente beschadiging van de cellen optreedt met nog meer capaciteitsverlies en nog meer verhoging van de interne weerstand. Daarom is een lithiumpack zonder BMS geen goed idee. Een reeks een maal te vol laden of te diep ontladen veroorzaakt blijvende schade.

 

[one-ten]

Er zijn actieve en passieve BMS. Een passief BMS dissipeert via een weerstand energie van een eerder vol geraakte cel, zoals fivari al schrijft. Dit is een proces met verlies, de energie wordt omgezet in warmte. Er kunnen ook maar relatief lage stromen worden afgevoerd.
Een actief BMS stuurt het overschot van zo'n vollere cel door naar een legere cel. Hierdoor kost het laden minder tijd en heb je geen verliezen.
Een Tesla heeft een passief BMS. En doet voor zover ik weer alleen aan Top balancing. Dus alleen bij het volraken van de batterij, en niet bij het leegraken. Daar heeft het natuurlijk wel een onderspanningsbeveiliging.

Hier op mijn laptop zie je aan de linkerkant zes netjes gebalanceerde Tesla modules en aan de rechterkant zes modules die nog gebalanceerd moeten worden: