Ebike-Akku bei Kälte

[rolldinger]

Ich fahre Ebike auch im Winter, deshalb interessiert mich, was ich dem Akku zumuten kann, welche Effekte nur temporärer Natur sind und was den Akku wirklich nachhaltig schädigt. Man findet unterschiedliche Aussagen zum Thema Lithium - Ionen-Akkus bei Kälte, aber selten ist klar, wie fundiert sie sind. Alleine die Tatsache, dass man irgendwas immer wieder liest, ist kein Beleg für die Richtigkeit. Oft findet man gleich lautende Texte an unterschiedlichen Orten, dh es wird voneinander abgeschrieben und ich gehe nicht davon aus, dass die Abschreiber alles kritisch hinterfragen. Ich suche Personen, die Wissen aus erster Hand haben, weil sie z. B. in der Akkuforschung arbeiten, und hätte gerne Antworten auf folgende Fragen:
- bis zu welcher Temperatur kann man Li-Io Akkus lagern, ohne dass sie dauerhaften Schaden nehmen?
- bis zu welcher Temperatur kann man diesen Akkus Strom entnehmen, ohne dass sie dauerhaften Schaden nehmen?
- was ist die Mindesttemperatur beim Laden?
- evtl noch: durch welchen Mechanismus wird ein Akku bei Kälte eigentlich geschädigt?

Gruß
Bernd

 

[astro]

Hallo Bernd,

Hier eine Fülle von Info: https://batteryuniversity.com/articles,
oder hier ein weiterer Artikel: Lit-Akku-Techn-Einfuehrung.pdf

Praktische Erfahrung vielleicht im Pedelec-Forum. Natürlich auch viel Schmarrn dort, Forum halt

Gruß Achim

 

[.Claus]

Kann man pauschal nicht so sagen, es kommt auch darauf an welcher 18650 Zellentyp und Hersteller verbaut ist. Da gibt es unterscheide. Wenn Du weist welche Zelle bei Dir verbaut ist, suche mal nach dem Datenblatt vom Hersteller. Aktuelle Zellen sind 18650GA, 18650-35E, LG 18650 MJ1 3,5 Ah , NCR 18650B, usw. Auch das Ladegerät mit dem BMS spielt eine Rolle, wie gut das Gesamtsystem abgestimmt ist.

 

[psimon]

Vergleiche deine Lion-Akku (bspw. bestehend aus 18650er Zellen) mit den Wohlfühltemperaturen des Menschen. Dann erahnst du schon, wie eine Batterie behandelt werden möchte.
Am Besten sind Zimmertemperaturen von ca. 20C°.
Entscheidend für einen sorgfältigen Umgang ist, ob man die Batterie aus dem Fahrrad nehmen und in der Wohnung oder temperierten Keller lagern und aufladen kann.
Ein E-Bike mit fest eingebauter Batterie sollte man im Winter nicht im Freien für längere Zeit herumstehen lassen.
Li-Batterien können unter -20C° Schaden nehmen.
Im Winterbetrieb empfiehlt es sich, die Batterie so zu laden, dass kurz vor Abfahrt der Aufladeprozess beendet wurde. Dann ist die Batterie aufgewärmt und kann problemlos auch bei Minus-Temperaturen benutzt werden. Die Batterie wird sich dann zwar abkühlen und die ideale Betriebstemperatur verlieren aber man könnte diesen Abkühlprozess verzögern durch eine Wärmedämmung um die Batterie. Bspw. gibt es für bestimmte Batterien Neoprenhüllen.
Mit diesen Massnahmen für den Winter, sollte man nur unbedeutend Reichweite im Winterbetrieb verlieren.

Um deine konkreten Fragen besser beantworten zu können, sollte man die genauen Bezeichnungen der verwendeten Akkuzellen wissen. Daher nur Pauschalantworten:

- bis zu welcher Temperatur kann man Li-Io Akkus lagern, ohne dass sie dauerhaften Schaden nehmen?

ca. 0-20C°
sehr kalte Batterien die Minusgraden ausgesetzt waren, sollte man vor dem Laden langsam temperieren. Also zuerst auf Zimmertemperatur lagern und dann laden oder langsam laden.

- bis zu welcher Temperatur kann man diesen Akkus Strom entnehmen, ohne dass sie dauerhaften Schaden nehmen?

je kälter die Betriebstemperatur ist, desto weniger Stromleistung sollte man der Batterie abverlangen. Aber ich vermute, dass die Batterie vorher schlapp macht bevor sie ernsthaft Schaden nehmen kann (Restreichweite bricht zusammen).

- was ist die Mindesttemperatur beim Laden?

siehe letzte Frage, einfach umgekehrte Richtung

- evtl noch: durch welchen Mechanismus wird ein Akku bei Kälte eigentlich geschädigt?

wird dir ein Experte beantworten können

Was für ein E-Bike hast du, dann könnte man genauer beantworten?

 

[simon_123]

Ich fahre Ebike auch im Winter, deshalb interessiert mich, was ich dem Akku zumuten kann, welche Effekte nur temporärer Natur sind und was den Akku wirklich nachhaltig schädigt. Man findet unterschiedliche Aussagen zum Thema Lithium - Ionen-Akkus bei Kälte, aber selten ist klar, wie fundiert sie sind. Alleine die Tatsache, dass man irgendwas immer wieder liest, ist kein Beleg für die Richtigkeit. Oft findet man gleich lautende Texte an unterschiedlichen Orten, dh es wird voneinander abgeschrieben und ich gehe nicht davon aus, dass die Abschreiber alles kritisch hinterfragen. Ich suche Personen, die Wissen aus erster Hand haben, weil sie z. B. in der Akkuforschung arbeiten, und hätte gerne Antworten auf folgende Fragen:
- bis zu welcher Temperatur kann man Li-Io Akkus lagern, ohne dass sie dauerhaften Schaden nehmen?
- bis zu welcher Temperatur kann man diesen Akkus Strom entnehmen, ohne dass sie dauerhaften Schaden nehmen?
- was ist die Mindesttemperatur beim Laden?
- evtl noch: durch welchen Mechanismus wird ein Akku bei Kälte eigentlich geschädigt?

Gruß
Bernd

Ich verstehe wie du zu diesen Fragen kommst. Die Beantwortung ist aber alles andere als einfach und es gibt mehrere sinnvolle Antworten je nach Grund der Frage:
A. Schau ins Datenblatt der verwendeten Zellen. Nur dort bekommst du definitive Aussagen vom Hersteller und die sind erstmal richtig
B. Faustregeln (mit wahrem physikalischen Hintergrund): Dafür sind deine Fragen zu spezifisch: genaue Temperaturen hängen immer vom jeweiligen Akku ab
C. Faustregeln für weniger spezifische Fragen: Lagern kann man die Akkus ohne viele Einschränkungen. Hier ist die Physik schlimmer als die Chemie: Feuchtigkeit und damit Korrosion außen am Akku (an der verbauten Elektronik) ist deutlich schlimmer als Frost für das Zellen Innere. Bei Becherzellen ist beim Lagern noch zu beachten, dass sie eine höhere Selbstentladung als die im Modellflug üblichen Taschen-Zellen haben (Hintergrund kam erst kürzlich bei Forschungen heraus: das verwedente Klebeband, mit dem die Folien zusammen gehalten werden wenn sie in die Becher kommen, löst sich im Elektrolyt auf und beeinflusst dieses dabei negativ). Entladen ist weniger kritisch als Beladen was die Temperatur angeht. Alles was nicht Optimaltemperatur ist schadet dem Akku, die Frage ist nur wie stark (Was auch von der Lastsituation abhängt). Die überall gehandelten Temperaturen sind da schon ein guter Anhaltspunkt (so etwa 25-35 °C als Optimum). Dauerhaften Schaden nimmt der Akku mit jedem Zyklus, egal wie gut die Bedingungen sind. Die Frage ist nur wie viel Schaden, das lässt sich beeinflussen. Wenn man den Akku nicht unter 0°C entläd und nich unter 10°C beläd und hohe Last nur unter Optimaltemperatur fordert, macht man das Meiste schonmal richtig. Die Antworten sind dir sicher nicht spezifisch genug, aber vielleicht ja trotzdem ein Anfang

 

[rolldinger]

Mein Ebike ist von Giant, gekauft 2021, klärt das bereits die verwendeten Zellen?
Es steht in der ungeheizten Garage. Wenn es draußen -10° hat, wird der Akku sicherlich Minustemperaturen sehen. Ich fahre auch im Winter und fände es schon ärgerlich, wenn ich es je nach Wetter manchmal nicht nutzen sollte. Eine vorübergehende, temperaturbedingte Reichweitenreduzierung wäre mir egal, weite Strecken fahre ich bei Kälte eh nicht. Eine dauerhafte Schädigung des Akkus durch Nutzung bei Kälte fände ich dagegen sehr ärgerlich.

 

[.Claus]

Ich gestehe, ich bin ein Schönwetter eBike Fahrer
Meinen Akku lagere ich im Keller bei ca. +15°C mit ca. 70% Ladung über den Winter und kontrolliere ab und zu die Ladung.

Wenn ich im Winter fahren würde und das Rad steht länger im freien, würde ich den Akku unter ca. +5 bis 10°C über Nacht oder wären der Arbeitszeit herausnehmen. Einem geladenen warmen Akku dürfte das fahren im Winter nichts ausmachen. Bei der Entladung erwärmt sich ja der Akku. Vielleicht nicht unbedingt 100% nötig aber bei mir kostet der Bosch Akku um die 800€. Eine längere Lagerung bei -10°C würde ich jetzt möglichst vermeiden.

Bei Deinem Hersteller wird nur angegeben: Batterietyp: Li-Ion (Zellen: 40/18650)

 

[BZFrank]

Warum nochmal hier ein Fass aufmachen? Eine ähnliche Fragestellung kam erst kürzlich im Akku und Ladetechnik-Teil des Forums auf.

 

[lastdownxxl]

Hallo Bernd,

wozu gibt es das Internet? Alle gängigen LiIon Becherzellen können laut den Datenblättern folgendes:

Charge: 0 to +60 C
Discharge: -20 to +60 C
Storage: -20 to +50 C

Einfach mal in den Datenblättern der verschiedenen Hersteller schmökern.

18650 | akkuteile.de

www.akkuteile.de

BU-410: Charging at High and Low Temperatures

BU meta description needed...

batteryuniversity.com

BU-502: Discharging at High and Low Temperatures

BU meta description needed...

batteryuniversity.com

Gruss
Micha

 

[rolldinger]

Super informative Links, vielen Dank, Micha! Z.B habe ich endlich eine klare Aussage dazu gefunden, ob der Betrieb bei Minustemperaturen einen Lithium-Ionen-Akku dauerhaft schädigt: nein, bei Erwärmung auf Normaltemperatur kommt die Kapazität zurück. Und auch wegen der Lagerung des Akkus im Winter in der Garage muss ich mir keine Sorgen machen. Kälter als - 10 Grad wird es da sicher nicht. Was mich noch interessieren würde, ob die Lagerung bei kalten Temperaturen eventuell sogar die Alterung verlangsamt. Dann wäre der Tipp, den man gelegentlich liest, dass man den Akku bei Kälte in die Wohnung nehmen und erst zum Fahren einsetzen soll eigentlich nur für den Fall relevant, wenn man eine möglichst große Reichweite aus dem Akku holen möchte. Was mich auch noch interessieren würde, sind die Ströme, die ein E-Bike dem Akku entnimmt, auf die Zelle bezogen groß oder klein? Im Extremfall würde ich den Akku vielleicht in zwei Stunden leer fahren, das entspräche einer 0,5 C Entladung, allerdings sicherlich mit deutlich höheren Peaks. Modellbau Akkus mit einer zulässigen Entladerate von 30C würden darüber nur lachen aber ich weiß nicht, wie Ebike-Zellen gestrickt sind, welche Ströme bei denen z. B bei -10°C noch nicht lebensdauerschädigend sind. Ist der Rat, bei Minustemperaturen mit weniger Unterstützung zu fahren, um den Strom niedrig zu halten, tatsächlich berechtigt oder ist das übervorsichtig und tatsächlich unnötig wenn man sich die Zahlen genau anschaut.

 

[hänschen]

Ich fahre auch im Winter, allerdings deutlich weniger. Der Akku, oder das ganze Rad werden im Haus gelagert, der Akku wird vor dem Laden temperiert.
Ich denke das der Motor wenn er kalt ist mehr Strom zieht / weniger Leistung bringt.
Die Ströme bewegen sich je nach Anforderung durchaus bis zu 30 A.

 

[lastdownxxl]

Was mich noch interessieren würde, ob die Lagerung bei kalten Temperaturen eventuell sogar die Alterung verlangsamt.

Hallo Bernd,

ja, optimal sind 0° C und 40 % Ladung, dann ist die Alterung sehr gering. Vor vielen Jahren hat einen E-Bike Firma in der Schweiz tests mit den Zellen gemacht. Eine volle 18650 LiIon Zelle im Winter ein paar Wochen auf die Heizung legen, dann ist sie schrott. Kalt, trocken und bei Lagerspannung lagern mache ich schon ewig bei meinen LiPos, die werden da sehr alt. Auch lade ich die LiXX erst kurz vor dem fliegen
und nie ganz voll ( -100 mV bei der Ladeschlussspannung), erhöht auch die Lebensdauer.

BU-808: How to Prolong Lithium-based Batteries

BU meta description needed...

batteryuniversity.com

Siehe: Table 3: Estimated recoverable capacity when storing Li-ion for one year at various temperatures

Gruss
Micha

 

[rolldinger]

@ hänschen

Das soll hier keine Umfrage werden, wie andere Ebiker ihr Fahrrad im Winter behandeln, ich suche nach fundierten Antworten auf meine Fragen. Sorry für den Rüffel.
Antworten, die mit "ich denke" anfangen, bitte in diesem Thread erst gar nicht eintippen. Vermutungen sind mir zu wenig.

 

[hänschen]

...interessiert wohl nicht, leider kann ich das vorherige nicht mehr löschen...

 

[Techmaster]

Meistens knicken China Zellen, von Fertig E-bikes bei Kälte mit der Spannung unter Last, bei Kälte, tief ein.
Habe Samsung 35E Zellen drin, die brauchen auch im Winter keine Vorwärmung. Ist jetzt, bei mir so 6 Jahre ziemlich oft geladen worden....
Am besten wären aber Sony Murata VTC5A Zellen oder VTC6 (2600mah) Zellen (3000mah).
Nkon in Holland verkauft die günstig und man ist sicher das es keine Clone sind.
Bei Enerproof in Berlin kann man sich diese Akkus auch bauen lassen und wählt vorher die geeignete Marke der Li/ion Zellen,welche man möchte, LG, Samsung oder Sony Murata 's

 

[.Claus]

@rolldinger
Ich denke und vermute das Du keine rechtssichere und belastbare Aussage, exakt auf Deine Fragen hier bekommen wirst.
Du wirst Dich mit Deinen Fragen an den Hersteller Deiner Akkuzellen wenden müssen.

 

[Techmaster]

... Deshalb sollte man vorher genauer wissen was Giant für (China -?) Zellen verbaut, und was die für einen Innenwiderstand haben...
Und würde mal so behaupten, daß die nicht vergleichbar zu den Vtc5a Zellen sind und Samsung usw.... Und welche "belastbare" Aussage willst du dafür denn genau erhalten...?

 

[rolldinger]

Die Infos, die ich hier bekommen habe, erscheinen mir schon mal wesentlich belastbarer als das, was ich bisher zu dem Thema gelesen habe. Mein Resümee ist, ich kann weiterhin mein Rad in der ungeheizten Garage stehen lassen und auch bei einigen Minusgraden nutzen, ohne dass der Akku geschädigt wird. Zum Aufladen nehme ich den Akku ins Zimmer und hänge das Ladegerät an eine Zeitschaltuhr, die dafür sorgt, dass der Ladevorgang erst ein paar Stunden später, wenn der Akku aufgewärmt ist, beginnt, und abschaltet, bevor der Akku komplett voll ist.

 

[S_a_S]

Ob der Akku gestresst wird, hängt auch von der Auslegung des Antriebs ab. Da bei den kalten Zellen die Spannung deutlich einbricht, muss dies durch höheren Strom kompensiert werden, um die selbe Leistung zu erhalten. Wenn der dann ans Limit geht, mögen das die Zellen auch nicht unbedingt. Den erhöhten Strom lässt Giant für 4min nur bei Temperaturen von 0...40°C zu.

Der Spannungsfall x Strom führt dann zwar (langsam) zur Erwärmung der Zellen - und damit zu besserer Spannungslage, aber die nutzbare Energie ist dennoch deutlich reduziert. Vor allem bei Kurzstrecken, wenn der Akku gleich wieder auskühlt.

Kein Kapazitätsverlust bezieht sich lediglich darauf, dass im nächsten Zyklus bei Raumtemperatur wieder regulär geladen/entladen werden kann.

Das "Auftauen"/Laden würde ich nicht nur der Zeitschaltuhr überlassen.

Grüße

 

[e-yello]

... Deshalb sollte man vorher genauer wissen was Giant für (China -?) Zellen verbaut, und was die für einen Innenwiderstand haben...

Ich hatte schon zwei Giant Akkus auf dem Seziertisch.Einmal 500Wh in 10S 4P mit Sanyo NCR 18650 GA Zellen und einen 600Wh 10S 5P mit Panasonic 18650 29E.
Bei letzterem bin ich nicht 100% sicher ob Giant...ich hab nur den Zellenblock ohne Gehäuse von einem Akku-Reparaturdienst bekommen mit einem handschriftlichen Aufkleber "Giant"
Die Ga haben nominell 3450 mAh Kapazität, die 29E 2900mAh.

Die von mir gemessenen Innenwiederstände liegen für die GA bei ca 27-29mOhm und bei den 29E bei 22-24 mOhm.
Bitte beachten, meine Werte sind von gebrauchten Zellen aber alle mit noch mindestens 90% der Nennkapazität.

Ich messe meine Akkus üblicherweise bei Temperaturen von 15-25 ° in meiner Werkstatt....ich hatte aber Stichproben bei -10 Grad gemacht..die GAs liegen dann etwa bei 45 mOhm.

Ähnliche Tendenz dann auch bei der Innenwiederstandsmessung im Zellenpaket über das BMS.



Meines Wissens sind die grösseren Giant Akkus aus 22700er Panasonic Zellen aufgebaut, dazu hab ich keine Messwerte.


Gruß
Yello