Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Night Hawk

Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Beitrag von Night Hawk »

Hallo,

der Winter naht und wenngleich auch die meisten nicht mitten im Schnee
fahren werden, so werden doch einige Fahrten bei um die Null Grad
Umgebungstemperaturen stattfinden.

Zumal beim morgendlichen Pendelverkehr, wenn die nächtliche Kälte gerade
maximal in den Akkukern eingedrungen ist. Dies passiert ja durchaus schon
Ende Oktober oder im November.

Daß die meisten LFP-Akkus nicht unter null Grad Celsius geladen werden dürfen,
ist bekannt (Ausnahme Winston), daß sie bereits bei über Null Grad Leistungs-
einbußen erleiden, die dann unter Null Grad immer heftiger werden ebenso.

Endlich habe ich aber für meine Theorie, daß auch die Lebensdauer bei der
Benutzung (nicht Lagerung!) von LFP bei niedrigen Temperaturen leidet,
und zwar schon deutlich auch bei Null Grad, eine Studie gefunden, die
ich hier gerne diskutieren möchte:

http://ecec.mne.psu.edu/Pubs/2010-Zhang-JPS.pdf

Kernsatz:
Studie hat geschrieben: Capacity fade after 600 cycles is 14.3% at 45 ◦C and 25.8% at −10 ◦C.

There is little power fade at 45 ◦C after 600 cycles,
whereas the power fade after 600 cycles is 61.6% and 77.2%, respectively, at 0 and −10 ◦C.

The capacity and power fade evidently becomes more severe at lower temperature.
In particular, the power fade at low temperatures (e.g., 0 and −10 ◦C) rather than
capacity loss is a major limitation of the LiFePO4 cell.
Hier lese ich heraus, daß bereits bei "milden" Null Grad nach vergleichsweise
frühen 600 Zyklen eine katastrophale Leistungseinbuße (nicht Kapazitätseinbuße!)
von 77.2% eintreten kann. Und zwar dauerhaft - nicht nur auf die aktuellen kalten
Temperaturen bezogen (näheres dazu im Text).

Der Akku geht also gleichsam kaputt, indem er hochohmig wird, kaum noch Leistung
bringt, wenn auch noch akzeptable Gesamtkapazitätswerte. Schon bei Null Grad!

Leider enthält die Studie keine Zwischenergebnisse, zwischen 45 Grad und Null Grad,
aber man kann sich leicht vorstellen, daß dieser negative Effekt nicht erst bei 1 Grad
Celsius schlagartig einsetzt, sondern daß bereits bei milden 10 Grad leichte Effekte
zu erwarten sein dürften, während die 45 Grad ja allgemein eher als zu warm für einen
Akku empfunden werden, offenbar aber für seine Lebensdauer ganz ok sind, jedenfalls
während des Gebrauchs.

Meine Folgerungen:

Akkuheizungen bereits bei 10 Grad Außentemperaturen nutzen, wenn auch nicht gerade
zum Erreichen der 45 Grad. Aber vielleicht um in Verbindung mit Wärmedämmung eine
Akkukerntemperatur von 20 Grad sicherzustellen.

Entscheidend dabei: Die reinen Stromkosten stellen ja selbst bei bester Akkulebensdauer
nur einen Bruchteil der Akkukosten dar. Also wäre selbst der energetisch noch nicht
lohnende Einsatz einer Akkuheizung auch finanziell lohnend, wenn dadurch der Akku
länger lebt. Ein Anteil der Heizenergie von vielleicht 25% an der Akkuenergie könnte
hier durchaus öknonomisch lohnend sein, auch schon bei 10 Grad.

Bei richtig niedrigen Temperaturen wie -10 Grad Celsius wäre selbst ein Heizenergieeinsatz
von 50% der Akkukapazität durchaus ökonomisch und auch ökologisch vertretbar - natürlich
nicht in diesem Ausmaß, wenn die Energiequelle der Akku selbst ist. Aber auch hierbei
sind durchaus hohe Energieeinsätze bedenkenswert, solange der Akku dabei incl.
der nötigen Nutzenergie für die Fahrt nicht zu weit entladen wird.

Und für diejenigen mit Ökologischem Gewissen: Wenn der Akku länger hält, dann rechnet
sich das letztlich auch für die Umwelt, da ja der Energieaufwand für die Herstellung eines
neuen Akkus, Umweltverschmutzung beim Recyclen usw. ebenfalls minimiert werden.

Ich warte erst mal Eure Meinungen ab, bevor ich dazu weiter einsteige.

Freundliche Grüße,
Night Hawk

Benutzeravatar
MEroller
Moderator
Beiträge: 17372
Registriert: Mo 1. Nov 2010, 22:37
Roller: Zero S 11kW ZF10.5/erider Thunder (R.I.P)
PLZ: 7
Tätigkeit: Entwickler (Traktionsbatterie)
Kontaktdaten:

Re: Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Beitrag von MEroller »

Dass meine GBS schon unter 20°C deutlich "hochohmiger" werden habe ich schon recht ausführlich im "Fury ist wahnsinn" (im Elektrorollerbereich) und diversen "Eskimo" und Akkuheizungs-Threads hier im Akkuforum zum Besten gegeben. Ich kann gerade die zitierte Dokumentation nicht lesen, werde das aber beizeiten nachholen.
Wo ich ein bisschen Lebensdauersorge habe mit Batterieheizung sind die äußeren Zellen, an denen meine Heizschlange anliegt. Das Heizkabel erreicht durchaus 60°C, so dass ggf. der Elektrolyt in den äußeren Zellen mit der Zeit thermisch bedingten Zersetzungsschaden erleiden könnte. Das wird aber erst beim nächsten Rundum-checkup nachprüfbar, und wenn dann das bestellte "Battery Impendance" Messgerätchen da ist. So billig wie das war traue ich ihm aber keinne allzugroße Aussagekraft zu...

Generell ist der Innenwiderstand meiner Batterie deutlich angestiegen, trotz Gebrauch nur bei Batterietemp. >15°C, von daher gibt es leider auch andere Effekte als Betrieb bei (nicht mehr Spaß machenden) Batterietemp. von unter 10°C, die den Innenwiderstand erhöhen :(
Zero S 11kWZF10.5
e-rider Thunder 5000: Ruht in Frieden

Night Hawk

Re: Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Beitrag von Night Hawk »

Hallo MEroller, danke für diese interessante Zusatzinfo.

Ich vergaß zu erwähnen - bzw. wollte meinen Text nicht noch länger machen :lol: - daß es
natürlich auch obere Temperaturgrenzen gibt, oberhalb derer Akkus leiden.

Auch dazu gibt es unterschiedliche Studien, aber beispielsweise die von mir verlinkte Studie
sieht hier schon einen erheblichen(!) Schaden bei 55 Grad Celsius, der den Schaden bei
tiefen Temperaturen sogar noch übersteigt.

Zitat:

"Amine et al. reported that there was little capacity fade at 25 ◦C,
but approximately 70% capacity loss at 55 ◦C after 100 charge–discharge
cycles at C/3 rate"

Deine Vermutung, daß zu starke Heizung schaden kann, ist also allzu berechtigt.
Und ebenso wie bei den tiefen Temperaturen gehe ich davon aus, daß die
Probleme schon vorher beginnen. Also sind vermutlich 40 Grad das Maximum
dessen was man jedenfalls anstreben sollte.

Ich bin noch nicht völlig klar, wie man all dies optimal berücksichtigt,
aber ich habe z. B. Heizfolien in 4-facher Menge des eigentlich nötigen
gekauft und will die "untertourig" fahren, also z. B. durch seriell schalten
je zweier Folien deren Heizleistung vierteln, so daß dann alle 4 zusammen
gerade die eigentlich für eine Folie vorgesehenen 70 Watt bringen.

Mein Billig-LiFePO4-Akku ist ja leider innen schwer zugänglich, aber als
ich noch die Winstons plante, schwebte mir da eine Platzierung der
Folien "zwischen" den Zellen vor, so daß die Wärmequelle sich besser
verteilt.

Jetzt mit der Quaderförmigen Batterie lege ich die Folien wohl an die 4 großflächigsten
Seiten, wobei ich bewußt an den Ecken etwas frei lassse, damit dort nicht zu viel
Wärme von beiden Seiten kommt. Völlig homogen bekommt man das ohnehin nicht hin.

Zeitlich wäre es vielleicht gut, die Heizphase bewußt 1 Stunde vor Betrieb enden zu
lassen, damit sich evtl. Überwärme noch nach Innen ausgleichen kann.
Bei Nichtbetrieb sind Übertemperaturen ja nicht so schlimm wie bei Betrieb.

Evtl. könnte ich mit den 4 Folien sogar eine zweistufige Heizung vorsehen, also z. B.
ab 3 Uhr heizen mit 4 Folien, also zusammen 70 Watt,
ab 5 Uhr heizen mit 2 Folien, dann nur noch 35 Watt Gesamtleistung,
ab 7 Uhr komplett abschalten und Temperaturausgleich zulassen,
ab 8 Uhr dann losfahren.

Bei diesen Beispielwerten kommt man grob auf ca. 0,2 kWh,
also ungefähr 200 Kcal, ungefähr 10 Grad Delta T
(gerechnet für meinen kleinen Akku mit 20 Litern Wasser als Äquivalent)

Idealerweise wären dann vielleicht - alles nur grob geschätzt -
relativ homogene 20 bis 30 Grad Celsius in den Akkuzellen
(Bei vorheriger Akkutemperatur 10 bis 20 Grad).

Wenn vorher während der Heizphasen lokal auf die Außenfläche des
Akkupacks begrenzt und nur kurzzeitig auch mal 50 Grad - ohne Last! -
auftreten, wäre das wohl nicht so schlimm.

Energetisch ist das natürlich nicht optimal, aber ich will ja bewußt mehr auf die
Akkulebenszeit optimieren und dabei ganz bewußt auch mal einen Bruchteil
einer kWh pro Vorgang "verschwenden". Wärmedämmung gleicht ja einiges
wieder aus.

Bei Außentemperaturen von Null Grad und weniger müßte man die jeweiligen
Heizzeiten ungefähr verdoppeln gegenüber meinem obigen Beispiel.
0,4 kWh wären ja immer noch vernachlässigbar, wenns was bringt.

Als Kompromiß hätte man dann ein Delta T von ca. 20 Grad.
Ob das ausreicht, kann ich nicht beurteilen, aber ich persönlich
werde wohl unter 5 Grad Außentemperaturen nicht mehr fahren
und 15 Grad Akkutemperatur sollte im kalten Winter vielleicht
gerade noch reichen, da ich dann ohnehin nicht so wild
"heizen" will weil man ja immer mal mit überraschend
vereisten Straßen rechnen muß.

Wie gesagt - das ist recht komplex und muß noch durchdacht werden. Außerdem fehlen mir
noch einige Daten. Umso dankbarer bin ich für solche Erfahrungsberichte wie jetzt von Dir.

Freundliche Grüße,
Night Hawk

elfo27
Beiträge: 878
Registriert: Mo 16. Jan 2012, 18:04
PLZ: 65428
Kontaktdaten:

Re: Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Beitrag von elfo27 »

Wenn die Batterien nicht mal mitteleuropäische Temperaturen aushalten, hätten's halt keine Batterien werden sollen!

Ich würde so ein Brimborium nicht veranstalten - außer ich wäre wie MEroller ein beinharter Winterfahrer. Dann aber vorher noch heizbare Griffe

STW
Beiträge: 7406
Registriert: So 22. Feb 2009, 11:31
Roller: RGNT Classic NO. 1 SEL
PLZ: 14***
Wohnort: bei Berlin
Kontaktdaten:

Re: Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Beitrag von STW »

Wenn die Zellen insgesamt hochohmiger werden mit steigender Nutzung, dann wäre Ursachendiskussion gut. Ich bin Winterfahrer von Anfang an ohne Heizung, und habe die Zellen auch bei 2-stelligen Minusgraden entladen und geladen - ja, ich weiß, das sollte man mit den alten Thunderskys nicht machen, aber das wußte ich 2008 noch nicht. Nun habe ich keinen Impedanzmesser, bin aber anhand der Spannungslage der Zellen bei unterschiedlichen Temperaturen der Meinung, dass ich keine wahrnehmbaren Veränderungen habe.

Unterschied zu MEroller:
- anfangs (2-3 Monate) kein BMS, danach nur Balancer
- Thunderskys von 2008
- etwa 13.000km auf dem Buckel
- maximal 1.25C Belastung auf den Zellen
- mit 0.2-0.4C geladen
- ... ?

Falls die Aufzählung vollständig ist, wären entweder Hersteller- oder C-Last der Auslöser von Impedanzänderungen. Oder gibt es noch andere Ideen
RGNT V2 ab 01/23 > 10000km
NIU NGT ab 06/20 Km-Stand > 36000km, nach Unfall verkauft in 5/23
Niu NPro seit 09/19 Km-Stand > 8000km - Verkauft in 10/22
Ahamani Swap Bj 2007 - 2.4KW - Vario - Km-Stand > 27.000km - 40AH Thundersky ab 11/08 - CALB 70AH seit 10/11 -Verschrottung 09/19

Night Hawk

Re: Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Beitrag von Night Hawk »

STW hat geschrieben:- Thunderskys von 2008
- etwa 13.000km auf dem Buckel
Ich verstehe nicht, wie das zur Signatur paßt mit
"CALB 70AH seit 10/11"

elfo27
Beiträge: 878
Registriert: Mo 16. Jan 2012, 18:04
PLZ: 65428
Kontaktdaten:

Re: Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Beitrag von elfo27 »

Night Hawk hat geschrieben:
STW hat geschrieben:- Thunderskys von 2008
- etwa 13.000km auf dem Buckel
Ich verstehe nicht, wie das zur Signatur paßt mit
"CALB 70AH seit 10/11"
Ausnahmsweise mal ein Vollzitat

Im Hause STW sind mehrere E-Roller beheimatet und bewegt, schon paßt's wieder

Gruß

mcfrech

Re: Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Beitrag von mcfrech »

Hallo , habe gerade auch einenen lifepo4 40 ah Akku geordert , werde so anbringen , dass ich sie immer in der Wohnung bzw in der Arbeit lade und lagere , wie sieht es im Fahrbetrieb aus , also aus der Wohnung und dann bei Minus 10 Grad 2 Stunden im Roller und Dan wieder raus.Ergeben sich dadurch eventuell auch Lebensverkürzende Zustände ? .

Night Hawk

Re: Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Beitrag von Night Hawk »

@elfo27: Danke für die Aufklärung, elfo27!
Da hatte ich die Signatur bisher wohl immer fehlinterpretiert.
mcfrech hat geschrieben:Hallo , habe gerade auch einenen lifepo4 40 ah Akku geordert , werde so anbringen , dass ich sie immer in der Wohnung bzw in der Arbeit lade und lagere , wie sieht es im Fahrbetrieb aus , also aus der Wohnung und dann bei Minus 10 Grad 2 Stunden im Roller und Dan wieder raus.Ergeben sich dadurch eventuell auch Lebensverkürzende Zustände ? .
Hallo mcfrech,

Details zum Akku würden mich interessieren, z. B. zu den Maßen des
entsprechenden Akkufaches - aber die passen wohl besser zum anderen
Thread - hast Du hier ja auch nicht geschrieben.

In den 2 Std. kann der Akku von Zimmertemperatur nur unwesentlich abkühlen,
zumal er beim Fahren ja auch etwas innere Wärme freisetzt.

Deshalb gehe ich davon aus, daß das keine Kälteprobleme macht.

Wenn man ganz sicher gehen will, kann man ja eine Wärmedämmung
nutzen, dann braucht es definitiv keine Akkuheizung.

Ich habe dafür z. B. "Armaflex" gekauft - ohne Kleber.
Bei eBay wird das öfter angeboten.

Natürlich muß man auch noch etwas Platzreserve im Akkufach haben,
zumal beim Wechselakku.

Wichtig ist noch, daß LFP beim Laden nochmals kälteempfindlicher ist
als beim Entladen. STW hat dazu ja bereits etwas geschrieben.

Freundliche Grüße,
Night Hawk

Benutzeravatar
MEroller
Moderator
Beiträge: 17372
Registriert: Mo 1. Nov 2010, 22:37
Roller: Zero S 11kW ZF10.5/erider Thunder (R.I.P)
PLZ: 7
Tätigkeit: Entwickler (Traktionsbatterie)
Kontaktdaten:

Re: Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

Beitrag von MEroller »

STW hat geschrieben:Falls die Aufzählung vollständig ist, wären entweder Hersteller- oder C-Last der Auslöser von Impedanzänderungen. Oder gibt es noch andere Ideen
Die C-Last wird es sein bei mir (bis zu 4C Spitze, 3C mal ein Paar Minuten bergauf, aber sonst auch eher 1,5 bis 2C), plus GBS hat gegenüber der ursprünglichen TS-Chemie auf einen anderen Elektrolyten gesetzt, der vielleicht etwas weniger langzeitstabil ist.
Aber es sind ja die vielen "C's", die den "EV-grin" auslösen :mrgreen: Bin halt C-süchtig :lol:

@Night Hawk: Hier die Aufheizkurve meines 120W Heizkabels, von denen ca. 110W links und rechts an den Alu-Enplatten meiner 4er Zellpacks ankommen. Vielleicht hilft es bei der weiteren Auslegung...
Bei um +11°C Umgebungstemp.:
Bild

Bei um -10°C:
Bild

Das ist alles dem Thema LiFePo4 bei Minusgraden...
Zero S 11kWZF10.5
e-rider Thunder 5000: Ruht in Frieden

Antworten

Zurück zu „LiFePo Akkus“

Wer ist online?

Mitglieder in diesem Forum: 0 Mitglieder und 10 Gäste