SoH / Batteriegesundheitszustand

Was bedeutet das eigentlich?

Mythen und Fakten zum Zustand einer EV-Batterie: Was ihr wissen müsst.

Nikolaus Mayerhofer

In diesem Text beantworten wir Fragen zum Batteriegesundheitszustand (SoH) bei Elektrofahrzeugen und Plug-in-Hybriden. Es ist wichtig zu verstehen, welche unterschiedlichen Definitionen von SoH es gibt und welcher tatsächlich relevant ist. Entdecke eine neue Perspektive und beginne, Elektrofahrzeuge mit anderen Augen zu sehen.

SoH steht für „State of Health“, also den Gesundheitszustand der Batterie eines Elektro- bzw. Plug-in-Hybrid Autos. Um zu wissen, in welchem Zustand sich die Batterie eines Elektro- oder Plug-in-Hybrid Autos befindet, muss der SoH ermittelt werden. Die Elektromobilität ist jedoch eine noch junge Branche, in der es noch keine einheitlichen Standards und Normen gibt. Das Fehlen von Normen führt auch dazu, dass es keine einheitliche Methode zur Berechnung des Batteriegesundheitszustands (SoH) gibt. Unser Ausgangspunkt ist das, was jeden EV-Fahrer interessiert – die Reichweite.

Die Formel ist einfach! Theoretisch...

Die Ermittlung des SoH mittels Reichweite könnte auf folgender Rechnung basieren:
„Reichweite aktuell“ (entsprechend dem derzeitigen Zustand der Batterie) dividiert durch „Reichweite Neuzustand“ – das Ergebnis wird dann in Form eines Prozentwerts angegeben. Entscheidend bei dieser Berechnungsmethode ist jedoch, dass derselbe Fahrstil als Grundlage für beide Werte herangezogen wird. Einfacher gesagt als getan! Denn jeder Fahrer hat sein eigenes, individuelles Fahrprofil. Auch äußere Einflüsse wirken sich auf die entnehmbare Energie der Batterie und damit auf die Reichweite des zu testenden Fahrzeugs aus.

Aber dafür gibt‘s WLTP! Leider auch nur theoretisch...

Die transparenteste, von äußeren Einflüssen unabhängigste Berechnungsmethode wäre die SoH Ermittlung auf Basis des sogenannten WLTP Fahrzyklus. WLTP steht für „Worldwide Harmonised Light-Duty Vehicles Test Procedure“, ein Prüfverfahren, mit dem der Verbrauch von Fahrzeugen bestimmt werden kann. Die WLTP-Daten sollen ein möglichst realitätsnahes Fahrprofil widerspiegeln, bei dem verschiedene Einwirkungsfaktoren berücksichtigt werden. Natürlich könnte man nun wieder über den Begriff „Realitätsnähe“ streiten und es ist kein Geheimnis, dass bei vielen Autos die reale Reichweite weit unter ihrer WLTP-Reichweite liegt. Der Vorteil jedoch ist, dass diese Methode weltweit dieselbe und somit vergleichbar und unabhängig vom Fahrstil des Fahrers ist.

Prinzipiell würde wieder die Formel „WLTP aktuell“ dividiert durch „WLTP Neuzustand“ zum Einsatz kommen – der Wert für „WLTP Neuzustand“ ist jener, den der Hersteller für die Reichweite angibt. Um „WLTP jetzt“ zu ermitteln müsste das zu testende Auto tatsächlich nach WLTP Standards gefahren werden. Dieses Verfahren kostet jedoch Unmengen an Geld, ist sehr zeitaufwendig und ist für den Otto Normalverbraucher somit keine Option. Der Bezugswert, die WLTP-Reichweite Neuzustand, hingegen könnte jedoch bequem aus dem Herstellerdatenblatt übernommen werden, um den Prozentwert zu berechnen.

Eine einfache Lösung ist das Messen während des Ladevorgangs! Leider doch nicht so einfach...
Am einfachsten wäre es, die zu ladende Menge zu messen. Diese wird allerdings durch Außeneinwirkungen, Ladeart etc. beeinflusst und wird dadurch größer ausfallen als die tatsächlich in der Batterie gespeicherte Energiemenge. Daher ist sie als Bestimmungsgröße für den Batteriezustand unbrauchbar.

Die leistungsbestimmenden Parameter einer Batterie sind ihre Nominalspannung in Volt [V], ihre Kapazität in Amperestunden [Ah] und die sich daraus ergebende speicherbare Energiemenge in Kilowattstunden [kWh]. Diese Parameter verändern sich jedoch nicht nur durch die Nutzungsdauer, sondern auch durch Umgebungseinflüsse (wie z.B. Temperatur), Entladecharakteristik (Fahrprofil) usw.

AVILOO-Lösung - herstellerübergreifend und objektiv

Um unseren Kunden dennoch ein ehrliches, aussagekräftiges Ergebnis präsentieren zu können, basiert unsere Berechnung des Gesundheitszustandes der Batterie auf der entnehmbaren Energie in kWh. Die entnehmbare Energie in kWh ist vergleichbar mit dem aus einem Verbrennungsfahrzeug entnehmbaren Tankinhalt in Liter Benzin oder Diesel.

Wie schon zuvor erwähnt, gibt es bei diesem Vergleich jedoch weitere gravierende Unterschiede bzw. Eigenheiten, die man vom Verbrennerantrieb nicht kennt. Wie wir bereits wissen, ist die entnehmbare Energie in kWh stark von der Temperatur der Batterie, sowie der Entladecharakteristik und weiteren Aspekten abhängig. So kann im Vergleich zum Tankinhalt bei einem Verbrennungsmotor, die gespeicherte Energiemenge der Batterie nicht immer zu 100% ausgeschöpft werden.

Deshalb ist es AVILOO wichtig, zahlreiche Korrekturfaktoren bei der Berechnung des Ergebnisses zu berücksichtigen. So wird von AVILOO beispielsweise bei jeder Auswertung auf eine Batterie-Temperatur von 25° und ein WLTP ähnliches Fahrprofil zurückgerechnet.

So wird der SoH (Gesundheitszustand) mittels unseres PREMIUM Tests berechnet:

Man schließt die AVILOO Box an die OBD-Schnittstelle seines Fahrzeuges an und fährt in seinem individuellen Fahrstil, bis die Batterie von 100% auf 10% entladen ist. Man braucht dabei auf nichts speziell zu achten oder seine Fahrweise anzupassen.

Die Analyse basiert auf allen während der Entladung gesammelten Daten. Millionen batterierelevante Datenpunkte aus dem Fahrzeug werden dabei in Echtzeit an die AVILOO Battery Data Plattform übertragen. Nach Abschluss der Entladung erfolgt die Validierung der übertragenen Daten und daraus die Analyse des Gesundheitszustandes (SoH) der Antriebsbatterie.

Sämtliche Daten werden ausgewertet und auf unseren AVILOO Servern mit den nötigen Kompensationsfaktoren auf ein vergleichbares Ergebnis umgerechnet. Die Berechnung erfolgt gemäß dem SoC Display im Fahrzeug auf die gesamten 100% und wird in kWh auf dem Batteriezertifikat transparent dargestellt. Das Ergebnis ist der Wert, der für die Beurteilung eines Batteriezustandes herangezogen wird.
Mit der Berechnung „Energieinhalt jetzt“ (gemessene nutzbare Energie des Testfahrzeugs /100% bis 0% gemäß Display/) dividiert durch „Energie Neuzustand“ (gemessene nutzbare Energie des getesteten Fahrzeugmodells im Neuzustand /100% bis 0% gemäß Display/) erhalten wir einen Prozentwert, der Auskunft über den Gesundheitszustand (SoH) gibt.

Der Grundlagen der Analyse:

Gesundheitszustand (SoH) wird mittels aufwändiger Berechnungen, Algorithmen und Modellen berechnet. Zwei wichtige Faktoren, die in der Berechnung berücksichtigt werden, sind die Temperaturkompensation und die Entladeratenkompensation (Art der Fahrweise).
Um eine Temperaturunabhängigkeit während des Batterietests zu gewährleisten, wird jedes Messergebnis auf eine Batterietemperatur von 25°C kompensiert.
Um eine Entladeratenunabhängigkeit während des Batterietests zu gewährleisten, wird jedes Messergebnis auf eine entsprechend dem WLTP Zyklus typische Entladerate kompensiert.

Beispiel:

Die gemessene Batteriekapazität (100% bis 0% gemäß Display) für ein Automodell ist 60 kWh, das ist der Wert für „Energieinhalt Neuzustand“.
Bei dem AVILOO PREMIUM Test sind nur noch 54 kWh entnehmbar, das ist der Wert für „Energieinhalt jetzt“.
54 kWh / 60 kWh = 0,9 * 100 = 90%
Das bedeutet, der SoH dieser Batterie beträgt noch 90% im Vergleich zum Neuzustand.