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Warum ein E-Bike BMS den Akkukapazität nicht genau bestimmen kann

Akkus von Elektrofahrzeuge (EV) können ihre Kapazität genau genug bestimmen für Garantiezwecke. EV‘s haben einen eingebauten Akkutester, den auch die BMS-Daten liest und interpretiert, was für die Garantie Bewertung von entscheidender Bedeutung ist. Dieser Artikel beschreibt die Einschränkungen von dem E-Bike BMS, wie damit umzugehen und wie diese -theoretisch- zu lösen.

Genauigkeit der Bauteile und Kalibrierung

Ein guter Akkutester verwendet hochgenaue Spannungs- und Strommesswiderstände mit einem sehr niedrigen Tc (Temperaturkoeffizient). Diese Widerstände sind teuer, in Bezug auf die Kosten eines E-Bike-Akku BMS. Gute Akkutester wurden einzeln kalibriert, was einen erheblichen Einfluss auf die Systemgenauigkeit hat. Um dies durchzuführen würden die Kosten der E-Bike-BMS leicht verdoppeln. Doch das ist nur der Anfang…

Coulombs Zählen

Sowohl der Akkutester als das BMS verwenden die gleiche Methode, um den Akkukapazität zu bestimmen: Multiplizierung von Spannung, Strom und Zeit ergibt die Kapazität (in Wh). In einem Laden oder Labor, wo der Akkutester verwendet wird, ist die Umgebungstemperatur relativ konstant. Auf einem E-Bike verändert sich das offensichtlich erheblich. Dies hat Einfluss auf der Akkutemperatur und damit auf dem Akkukapazität. Weil die daraus resultierende Ungenauigkeit hoch ist, muss das Schlimmste noch kommen …
Ein Akkutester lädt immer zu 100% und entlädt auf 0%. Mit diesem Verfahren kann der Akkukapazität genau bestimmt werden. Der Akku lädt auch zu 100% während der E-Bike-Betrieb, aber der Fahrer entlädt selten bis auf 0%. Dies, weil sie nicht leer kommen wollen oder weil sie sich realisieren dass die regelmäßige Tiefentladung schlecht für die Lebensdauer der Akku ist. Der absolute Wert kann nur bestimmt werden, wenn den Akku bis auf 0% entladen wird.

Vertrauen auf BMS-Daten

Wenn ein BMS eine tatsächliche Kapazität in Wh meldet und nicht als % des letzten bekannten Kapazität, dann hängt die Genauigkeit stark davon ab wann der Akku zuletzt entladen wurde. Wenn ein Verbraucher einen E-Bike für Trade-in an einem Händler anbietet, dann hat der Händler keine Ahnung von dem Datum der letzten vollständigen Entladung. Desto mehr Händler von der Erfahrung lernen, desto weniger Sie e-bikes eintauschen, ohne die Kapazität zu messen mit einem Akku-Tester. Zusätzlich zu das messen der inneren Widerstand, der ein Maß für die Gesundheit des Akkus ist.

Die Verbesserung der Datengenauigkeit von einem BMS

Um die Genauigkeit der E-Bike-BMS-Daten auf ein akzeptables (+/- 5-10%) Niveau zu bringen, könnten diese Maßnahmen ergriffen werden:

  • Verwendung von hochpräzise Spannungs- und Strommesswiderstände mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten
  • Charakterisierung der Akku als Unterteil des QC-Verfahrens: Das Messen der Spannungen bei verschiedenen Belastungen und Temperaturen über den gesamten SoC (state-of-charge) Bereich. Dann kann das BMS genauer den SoC bestimmen, basierend auf der Messung von Spannung, Strom und Temperatur, sofern eine aktuelle vollständige Entladung durchgeführt wurde und das Datum dieser Veröffentlichung und die Anzahl der nachträglichen Zyklen aufgezeichnet wurden. Dies ist das Verfahren, das bei High-End-EV (Elektrofahrzeuge) verwendet wird. Für Akkus von 10.000 Euro und höher, diese zeitaufwendige (mehrere Tagen!) Charakterisierung ist die Kosten wert, aber für E-Bikes ist es gar nicht kosteneffizient

Optimales Verfahren für E-Bike-BMS

Wann BMS Designer den letzt bekannten Kapazität -von einem Akkutester gemessen- registrieren würde, sowie das Datum und die Zyklen danach, würde der Händler (und der Verbraucher) einen besseren Einblick in der tatsächliche Akkukapazität ermöglichen. Der Händler kann dann eine schnelle Prüfung der Innenwiderstand durchführen. Die Kombination von Akkukapazität und Gesundheit (gekennzeichnet durch den Innenwiderstand) simulieren eng die Leistung unter Straßenbedingungen und damit den (Rest)Wert.