Akkuheizung vor allem auch Lebensverlängernd für LiFePO4

[MEroller]

Zum Thema Akkuheizung habe ich diese Woche einem MTZ-Artikel (Motor-Technische Zeitung) eine interessante Info entnommen, die allerings mit etwas Nachdenken auch absolut plausibel ist. Die Frage ist ja, wo man besten die Heizung platziert, um eine schnelles Durchwärmen der Zellen zu erreichen.
Da unsere meist prismatischen Zellen auch in Lagen aufgebaut sind ist die Wärmeleitfähigkeit in Lagenrichtung weitaus besser als quer oder gar längs dazu, weil da sehr viele eher isolierende Trennschichten zwischen drin sind. Die Kupfer / Alu / Graphitschichten der Elektroden dagegen leiten die Wärme ganz hervorragend.

Der ideale Ort zum Heizen ist somit der Boden der Zellen, weil dann die Wärme parallel in den Elektroden nach oben wandern kann, ohne von vielen Isolatorschichten gehemmt zu werden. Hätte ich das schon früher gewusst, dann hätte ich mich noch viel intensiver nach geeigneten Aquarienheizmatten umgesehen, die ich in einem Sandwich auf dem Boden des Batteriekastens verteilt hätte.

Hätte, wäre, wenn... Andererseits habe ich mit den unisoliert auf dem Kastenboden stehenden Zellen an heißen Sommertagen noch eine gewisse Kühlwirkung.

[MEroller]

Glück gehabt, Alfred Oder eben einen guten Instinkt. Die seitlich hervorlugende Heizmatte würde mir allerdings auch etwas Sorge bereiten, bzw. die scharfe Blechkante, um die sie sich biegen muss. Es WÄRE (da ist es wieder...) ggf. möglich gewesen, das Blech ebenfalls etwas breiter gemacht zu haben und in gleicher Weise am Rand hochgebogen zu haben?

Nun ja, für den nächsten E-Roller in 2 Jahren könnte man solche Erkenntnisse dann umsetzen, außer es würde der BMW C evolution-Panzer (wenn ich bis dann im Geld schwimmen würde )...

[MEroller]

Habe nun die Zeit gefunden, den Versuchsbericht "2010-Zhang-JPS.pdf" der Herren Yancheng Zhang, Chao-Yang Wang, und Xidong Tang zu studieren.

Die haben eine kleine prismatische LiFePO4 Zelle mit anfangs 16,4Ah Kapa recht wüst zykliert zwsichen 3,6V Lade-Abschaltspannung und nur 2V Entlade-Endspannung, mit einem Entlade- UND Ladestrom von 3C!!! Das ist mein erster Punkt: Ziel war es hier, SCHNELL einen teils extrem starken Kapa- bzw.- Leistungsabbau aufzuzeichnen. Zwischen 3,6V und 2,5V hätte das Ganze erheblich länger als nur 600 Zyklen gehalten, und bei Hüben nur in der oberen Ladezustandshälfte nochmals viel länger. Und bei 2C (was eher der Normalfall sein sollte für diese Zellchemie) wären dann tausende von Zyklen bei über 10°C Umgebungstemp. möglich gewesen. Und dann nur mit 0,25 bis 0,5C Laden, wie es unsere kleinen, "billigen" Ladegerät nur können, dan wäre die heute noch nicht fertig mit ihren Versuchen...

Mein Hauptkritikpunkt an diesem Versuchsbericht ist das völlige Fehlen der eigentlich wichtigsten Temperatur, nämlich der tatsächlichen Zelltemperatur: Die haben immer fein säuberlich nur die Umgebungstemps. bei 45, 25, 0 und -10°C gehalten, und jeweils vor Versuchsbeginn die Zelle 4h bei der Temperatur gehalten (außer bei 25°C, wo eine Stunde reichen musste) zum durchtemperieren. Wenn dann aber mit 3C (49.2A) entladen und geladen wird, dann wird die Zelle ganz nett wärmer als Umgebung, sicherlich um 3 bis mindestens 5 Kelvin, was zwar dem reellen Gebrauch näher kommt, aber wissenschafltich totalen Humbug hervorbringt, wenn aus -10° auf einmal -5°C werden, oder aus 45°C deren 50.

Egal... Meine Vermutung, dass die Alterung dieser Zellen vor allem in einer Erhöhung des Innenwiderstands und dadurch erhöhtem Spannungseinbruch bei Strom X mess- und erlebbar wird hat sich in diesem Versuch erhärtet. Hauptursache ist dabei der Entzug von elektrochemisch aktiven Lithium-Ionen aus Elektrolyt und Elektroden, was vor allem tiefen Temp. beschleunigt wird.

Also jeden Zellgebrauch unter 20°C Batterietemp. einschränken bzw. möglichst ganz unterbinden. Und bei über 40°C macht die Batterie so RICHTIG Spaß, das ist jetzt außer mit meinem Popometer auch durch diesen Versuchsbericht verifiziert

[Night Hawk]

Also jeden Zellgebrauch unter 20°C Batterietemp. einschränken bzw. möglichst ganz unterbinden. Und bei über 40°C macht die Batterie so RICHTIG Spaß, das ist jetzt außer mit meinem Popometer auch durch diesen Versuchsbericht verifiziert

Ich freue mich, daß gerade Du als einer der erfahrensten "Akkuheizer" hier mit dem Text etwas anfangen konntest.
Ich will hier ja - solange meine Schreibbeschränkungen in Kraft sind - nicht mehr diskutieren, aber eine Sache
ist mir schon noch wichtig:

Du hast das natürlich gelesen, aber flüchtige Mitleser könnten hier übersehen, daß es dann über 45°C auch schnell
wieder schädlich für die Batterie werden könnte - laut verlinktem PDF-Text.

Diese Klarstellung ist mir dann doch so wichtig, daß ich mein "Schweigegelübde" hier breche.
Schließlich will ich unbedingt vermeiden, daß die an sich gute und wichtige Idee, Akkus mehr als normal zu heizen,
durch versehentliche Übertreibungen etwa in Verruf geraten könnte.

Weiteres dann per PN. Meine Textquote ist ja ohnehin für die kommende Woche wieder voll,
da fällt mir das Schweigen jetzt sowieso wieder "leicht".

Freundliche Grüße,
Night Hawk

[MEroller]

Stimmt schon, zu heiß ist auch nicht gut. Bei 40°C auf meiner Batterietemp.-Anzeige tue ich dann auch ein bisschen piano mit dem Drehgriff, auch wenn es immens schwerfällt.

Wobei ja schon rechts in der "Introduction" darauf hingewiesen wird, dass der ursprünglich beobachtete starke Kapa-Abbau bei 55°C (das war noch aus 2005!) durch Anoden-Verbesserungen extrem reduziert werden konnte. Meine GBS sind wohl auf Technologie aus 2008/2009 rum aufgebaut und sollten daher schon etwas gescheitere Anoden drin haben.
Und bei 45°C hatte die getestete Zelle die wenigsten Verluste rundum zu beklagen.

Was ich auch sehr gut fand an diesem Versuch war die "Fahrsimulation" bezüglich Entladestrom, denn das ist schlussendlich unsere erfahrbare Realität. Da kam sehr deutlich der extreme Leistungsabfall unter 25°C zum Vorschein, der teils sogar zum vorzeitigen Abbruch der Fahrsimulation geführt hat. Been there - done that

[kurtn]

Hallo Kollegen,

ich fürchte, Ihr habt die Studie fehlinterpretiert: Um zu entscheiden, ob Akkuheizung lebensverlängerdn wirkt, müssten vier Akkus bei vier verschiedenen Temperaturen gezykelt werden, und dann bei gleicher Temperatur verglichen werden.

Die habens genau umgekehrt gemacht:
"The cell was cycled at 3C rate (for both charge and discharge) between 2.0 and 3.6V at 50 ◦C. The cycling was interrupted every 300 cycles for characterization tests at different temperatures (in the order of 45, 25, 0 and −10 ◦C)."
Also eine Zelle bei erhöhter Temperatur gealtert, und dann bei unterschiedlichen Temperaturen charakterisiert. Das Ergebnis war vorhersehbar.

Ich wollte es MEroller nachmachen, und die Rollgerbatterie kurz vor der Heimfahrt heizen. Weil ich die Technik noch nicht fertig hatte, hab ich erstmal begonnen, beim Laden (in der kalten Garage) zu heizen. Der unterschied ist gewaltig! Vermutlich hab ich letzten Winter die kalten Akkus nicht richtig voll bekommen und bin deswegen den letzten Berg nicht mehr hochgekommen.

Außerdem hab ich jetzt einen Kelly drin, der sich wesentlich Batterieschonender steuern lässt.

Gruß
Kurt