So prüfen Sie den Zustand einer Elektroauto-Batterie mit einer Kapazitätsschätzung

Eine Fahrt kann helfen, die verfügbare Energie über den angezeigten Batterie-Prozentbereich eines Elektroautos abzuschätzen. Mit einheitlichen Messwerten und einer passenden Referenz lassen sich Veränderungen der verfügbaren Energie durch wiederholte Schätzungen verfolgen.

Was die Schätzung erfasst

Die Methode teilt den vom Bordcomputer angezeigten Energieverbrauch durch den genutzten Anteil des angezeigten Ladezustands (SOC). Sie schätzt die Energie, die unter den Bedingungen dieser Fahrt dem gesamten angezeigten Bereich von 100–0% entspricht.

Die zentrale Annahme ist, dass jeder angezeigte Prozentpunkt einen gleich großen Energieanteil darstellt. SOC beschreibt die elektrische Ladung, während die Energie auch von der Spannung abhängt. Die Spannung verändert sich beim Entladen, und die Anzeige verwendet die fahrzeugspezifische Zuordnung. Angezeigte Prozentwerte müssen daher nicht linear der Energie folgen. Analog Devices: SOC and SOH estimation

Gemeinsam verwendete Messungen können zusammenhängende Fehler erzeugen. Übereinstimmende Anzeigewerte bestätigen die Batteriekapazität deshalb nicht unabhängig. Das Kapitel Battery Management System erklärt, wie das Fahrzeug den Batteriezustand schätzt.

Der Vergleich mit einem passenden Neuwert ergibt eine Schätzung des Energieerhalts. State of Health (SoH) kann auch die Leistungsfähigkeit beschreiben, die diese Fahrt nicht misst. Eine Diagnose prüft Fehler getrennt vom Kapazitäts- und Leistungserhalt. Die Mechanismen hinter Kapazitätsverlust und Leistungsabnahme behandelt Battery Degradation.

Messwerte und Referenz auswählen

Verwenden Sie eine Fahrtaufzeichnung, die die gesamte Strecke abdeckt. Prüfen Sie im Fahrzeughandbuch, welche Verbraucher die Verbrauchsanzeige berücksichtigt, insbesondere Innenraumklimatisierung, Batterieheizung oder -kühlung und Verbrauch im Stand. Ein Mittelwert über die zuletzt gefahrene Strecke bildet eine längere Fahrt nicht ab.

Energie- und SOC-Werte müssen denselben Zeitraum abdecken. Das US-Handbuch des Tesla Model Y unterscheidet beispielsweise zwischen Energieverbrauch beim Fahren und beim Parken. Wird ein reiner Fahrenergieverbrauch mit einem SOC-Rückgang kombiniert, der eine längere Parkphase einschließt, fehlt ein Teil des Verbrauchs in der Berechnung. Tesla US Model Y manual: energy use while driving and parked

Für einen prozentualen Energieerhalt benötigen Sie einen Neuwert für dieselbe Batterieversion und dasselbe Energiefenster:

• Ermitteln Sie die genaue Batteriekonfiguration und alle Softwareänderungen, die ihre zugängliche Energie beeinflussen.
• Prüfen Sie die Anfangs- und Endgrenzen der Referenz. Bruttokapazität, Nettokapazität und Energie im angezeigten Bereich von 100–0% sind unterschiedliche Größen.
• Klären Sie, ob die Referenz auch Energie unterhalb von angezeigten 0% enthält und ob ihre Messbedingungen vergleichbar sind.

EVKX definiert Nettokapazität als die gesamte für den Fahrer zugängliche Energie von angezeigten 100% bis zum Abschalten des Antriebs, einschließlich einer eventuell nutzbaren Reserve unter null. Diese Fahrtberechnung rechnet nur auf den angezeigten Bereich von 100–0% hoch. Das Kapitel Battery Buffer and Usable Capacity erläutert diese Grenze; Gross and Net Battery Capacity definiert die wichtigsten Kapazitätsbegriffe.

Fehlt eine passende Referenz, behalten Sie die Schätzung in kWh bei und vergleichen Sie ähnliche Fahrten im Zeitverlauf. Eine frühere Fahrt kann als persönliche Ausgangsbasis dienen. Sie beschreibt jedoch den Zustand dieses Fahrzeugs zu diesem Zeitpunkt, nicht zwingend seinen Neuzustand.

Eine Fahrt aufzeichnen und die Energie berechnen

Wählen Sie eine Strecke mit gut erreichbaren Lademöglichkeiten und genügend Reserve für Wetter- und Routenänderungen. Ein größerer SOC-Bereich verringert den relativen Einfluss von Rundungen, doch es gibt keinen allgemeingültigen Mindestbereich, der Genauigkeit garantiert. Ein Start bei 100% ist optional; fahren Sie für diese Prüfung nicht bis zur drohenden Antriebsabschaltung.

1. Befolgen Sie die Ladehinweise des Fahrzeugs. Wählen Sie eine Fahrt bei einer reproduzierbaren Betriebstemperatur der Batterie und ohne Warnungen zur Batterie oder zum Thermosystem.
2. Notieren Sie unmittelbar vor der Fahrt den angezeigten SOC und setzen Sie die Fahrtaufzeichnung für die gesamte Strecke zurück.
3. Fahren Sie normal. Halten Sie Energieaufzeichnung und SOC-Bereich auch bei Zwischenstopps zeitlich deckungsgleich; fehlt der Verbrauch beim Parken und lässt er sich nicht erfassen, verwenden Sie eine andere Fahrt.
4. Notieren Sie nach sicherem Abstellen am Ziel SOC, Strecke und Verbrauch gemeinsam, bevor Sie laden oder das Fahrzeug länger ruhen lassen. Erfassen Sie außerdem Fahrtdauer, Datum, Kilometerstand, Softwareversion, Außentemperatur und, sofern verfügbar, Batterietemperatur.
5. Berechnen Sie die angezeigte Energie und teilen Sie diese durch den genutzten Anteil des angezeigten SOC.

Bei einer Verbrauchsangabe in kWh/100 km:

Angezeigte Fahrtenergie (kWh) = Strecke (km) × Verbrauch (kWh/100 km) ÷ 100

Bei einer Effizienzangabe in Meilen/kWh:

Angezeigte Fahrtenergie (kWh) = Strecke (Meilen) ÷ Effizienz (Meilen/kWh)

Eine Änderung von 90% auf 20% entspricht 70 Prozentpunkten beziehungsweise einem Anteil von 0,70:

Geschätzte Energie des Anzeigebereichs (kWh) = angezeigte Fahrtenergie ÷ ((Start-SOC − End-SOC) ÷ 100)

Mit einem passenden Neuwert:

Geschätzter Energieerhalt (%) = geschätzte Energie des Anzeigebereichs ÷ passender Neuwert × 100

Diese Gleichungen verwenden die vom Fahrzeug angezeigte Energie. Die von einer Ladesäule abgerechnete Energie kann Verluste und den Verbrauch von Nebenaggregaten hinter ihrem Zähler enthalten. Sie lässt sich daher nicht anstelle der während der Fahrt verbrauchten Batterieenergie einsetzen. Charging loss erläutert die Messgrenzen.

Rechenbeispiele

Diese hypothetischen Angaben zeigen die Berechnung und sind keine Messwerte eines bestimmten Modells. Beide Beispiele setzen einen passenden Neuwert von 86,5 kWh für den angezeigten Bereich von 100–0% voraus. Die gerundeten Ergebnisse zeigen die Rechnung; sie belegen keine Messgenauigkeit auf ein Zehntelprozent.

Kilometer und kWh/100 km

Eine Fahrt führt über 308 km bei einem angezeigten Durchschnittsverbrauch von 25 kWh/100 km, von 100% auf 5%:

Angezeigte Energie = 308 × 25 ÷ 100 = 77,0 kWh

SOC-Bereich = 100 − 5 = 95 Prozentpunkte

Geschätzte Energie des Anzeigebereichs = 77,0 ÷ 0,95 ≈ 81,1 kWh

Geschätzter Energieerhalt = (77,0 ÷ 0,95) ÷ 86,5 × 100 ≈ 93,7%

Die Schätzung liegt etwa 6,3% unter der Referenz. Diese Differenz enthält sowohl mögliche dauerhafte Veränderungen als auch die Einflüsse der Bedingungen und des Schätzfehlers.

Meilen und Meilen/kWh

Eine andere hypothetische Fahrt führt über 140 Meilen bei 2,5 Meilen/kWh, von 90% auf 20%:

Angezeigte Energie = 140 ÷ 2,5 = 56,0 kWh

SOC-Bereich = 90 − 20 = 70 Prozentpunkte

Geschätzte Energie des Anzeigebereichs = 56,0 ÷ 0,70 = 80,0 kWh

Geschätzter Energieerhalt = 80,0 ÷ 86,5 × 100 ≈ 92,5%

Diese Schätzung liegt etwa 7,5% unter der Referenz. Die Fahrt beginnt unterhalb der Vollladung und endet mit einer Reserve. Die beiden Beispiele verwenden unterschiedliche Eingangswerte; sie sind keine Einheitenumrechnung derselben Fahrt.

Unterschiede zwischen Fahrten einordnen

Rundung und SOC-Bereich

Angenommen, jeder SOC-Endpunkt wird auf den nächsten ganzen Prozentpunkt gerundet. Jeder Anzeigewert kann dann um bis zu einen halben Punkt von der zugrunde liegenden Schätzung abweichen. Ihre Differenz kann somit allein durch Rundung um bis zu einen Punkt falsch sein.

Bei gleichbleibender angezeigter Energie verändert ein Bereich von 9 oder 11 statt 10 Punkten die berechnete Energie um etwa +11% beziehungsweise −9%. Bei 79 oder 81 statt 80 Punkten verändert sie sich um etwa ±1,3%. Diese Bereiche veranschaulichen ausschließlich die Rundung; BMS-Schätzfehler, Verbrauchsrundung und nicht erfasste Energie sind nicht enthalten.

Verbrauch und verfügbare Energie

Wind, Steigungen, Reifen und Geschwindigkeit verändern den Energiebedarf einer Fahrt. Ein höherer Verbrauch allein bedeutet keine kleinere Batterie: Erfasst die Fahrtaufzeichnung die Energie und bildet die SOC-Änderung sie korrekt ab, berücksichtigt die Berechnung den Mehrverbrauch.

Nicht erfasste Energie ist ein anderes Problem. Senkt ein Verbraucher den SOC, ohne in der aufgezeichneten Fahrtenergie enthalten zu sein, ist der Zähler der Formel zu klein und die berechnete Energie des Bereichs zu niedrig. Prüfen Sie die Energiebilanzierung des Fahrzeugs, bevor Sie Korrekturen ergänzen; nehmen Sie keinen pauschalen Verlustprozentsatz an.

Auch Temperatur und Entladerate können beeinflussen, wie viel Energie die Batterie bis zum Erreichen ihrer Grenzen liefert. Das DOE-Batterietesthandbuch legt Temperatur- und Spannungsbedingungen fest und unterscheidet deshalb zwischen Kapazitäts-, verfügbarer-Energie- und Leistungstests. US Department of Energy: Battery Test Manual for Electric Vehicles

SOC-Korrekturen und Änderungen des Betriebsfensters

Das BMS schätzt die Ladung anhand von Messungen und Modellen. Änderungen dieser Schätzung können den angezeigten Prozentwert verschieben, ohne Energie hinzuzufügen oder Zellkapazität wiederherzustellen. Analog Devices: SOC and SOH estimation Notieren Sie einen unerwarteten SOC-Sprung oder eine Korrektur nach dem Parken separat; kombinieren Sie diesen späteren SOC nicht mit der Energie der vorherigen Fahrt, um daraus einen vergleichbaren Test abzuleiten.

Software kann ebenfalls das zugängliche Fenster verändern. Balancing kann Energie wieder zugänglich machen, die durch ungleiche Ladezustände eingeschränkt war, ohne verlorene Speicherkapazität der Zellen wiederherzustellen. Cell balancing Halten Sie Softwareänderungen und relevante Wartungsarbeiten im Protokoll fest, damit eine veränderte Schätzung nicht automatisch als Degradation eingeordnet wird.

Vergleichen Sie mehrere Fahrten mit ähnlichen SOC-Fenstern, Temperaturen und gleicher Energiebilanzierung. Bewahren Sie einzelne Ergebnisse samt Bedingungen auf, statt unvereinbare Tests zu mitteln. Ein anhaltender Rückgang unter vergleichbaren Bedingungen ist ein stärkerer Anlass zur Untersuchung als der niedrigste einzelne Wert.

Wann ein Diagnosetest sinnvoll ist

Treten mit einem unerwartet niedrigen Ergebnis Batteriewarnungen, wiederholte abrupte SOC-Änderungen oder ungewöhnliche Leistungsbegrenzungen auf, befolgen Sie die Servicehinweise des Fahrzeugs. Eine weitere lange Fahrt kann einen Fehler nicht ausschließen. Die Studie zur Batteriebewertung von Montes und Kollegen unterscheidet laufende Zustandsschätzungen von Kapazitäts- und Innenwiderstandstests und berücksichtigt neben der verbleibenden Energie auch Fehler. Montes and colleagues: assessing batteries after EV use (2022)

Wo verfügbar, bietet ein Herstellertest ein festgelegtes Verfahren. Das US-Handbuch des Tesla Model Y unterscheidet eine BMS-basierte Zustandsbewertung von einem optionalen Batteriezustandstest. Bei entsprechend ausgestatteten Fahrzeugen kann der Test an einem AC-Anschluss bis zu 24 Stunden dauern und die Batterie bis auf angezeigte 0% entladen, während das Fahrzeug geparkt und angeschlossen bleibt. Er ermittelt den Energieerhalt gegenüber dem Neuzustand und kann die angezeigte Reichweitenschätzung neu kalibrieren. Tesla empfiehlt ihn nur bei Bedenken zum Energieerhalt. Befolgen Sie sämtliche Voraussetzungen und Anweisungen im Handbuch. Tesla Model Y Owner's Manual: High Voltage Battery Health

Fordern Sie für eine Kauf-, Reparatur- oder Garantieentscheidung einen Bericht mit Fahrzeug- und Batterieidentifikation, Testdatum, Messgröße, Referenzwert, Methode, Bedingungen und relevanten Fehlern an. Bei einem Kapazitätsanspruch gehört der geltende Grenzwert für Bestehen oder Nichtbestehen dazu. Klären Sie vor der Bezahlung eines Tests zur Unterstützung eines Anspruchs, welches Verfahren der Hersteller akzeptiert. Battery warranty erklärt die getrennten Anforderungen für Kapazitätsgarantien und Fehlerabdeckung.