Definition: Kapazität von Batterien

Die Kapazität einer Batterie gibt an, wie viel Strom diese speichern und abgeben kann. Sie wird in Ampere-Stunden (Ah) oder Milliampere-Stunden (mAh) gemessen.

Es ist üblich, dass Hersteller die Kapazität von Batterien in den technischen Spezifikationen angeben, damit Nutzer die Leistung und die Laufzeit der Batterien einschätzen können. Das sind jedoch nur Näherungswerte.

Mit der Zeit nimmt die Kapazität von Batterien durch verschiedene Alterungsphänomene ab. Zwei Batterien des gleichen Typs, die am gleichen Tag produziert wurden, können deshalb eine völlig unterschiedliche Kapazität aufweisen. Mit der KI-basierten Technologie ist es möglich, die vorhandene Restkapazität von Batterien binnen weniger Sekunden genau zu ermitteln.

Wie hoch muss die Kapazität einer Batterie sein, damit man sie benutzen kann?

Hat eine Batterie nur noch 80% ihrer ursprünglichen Kapazität, wird sie in den meisten Fällen ausgetauscht und entsorgt. Mithilfe von NOVUM-Technologie können wir Ihnen nicht nur genau sagen, wann diese Grenze erreicht sein wird. Wir sind auch in der Lage, Ihnen Empfehlungen dafür geben, für welchen Einsatzzweck sich Ihre Batterien noch eignen, wenn sie ihr erstes Leben hinter sich gebracht haben.

Viele Batterien können unter adäquaten Bedingungen noch bis zu einer Kapazitätsgrenze von 50% sicher betrieben werden, z. B. in einem Batteriespeicher. Auch hier helfen wir mit unserer KI-basierten Technologie, indem wir Batterien überwachen, bis sie ihr tatsächliches Lebensende erreicht haben.

Warum trifft die von Batterieherstellern angegebene Kapazität oft nicht genau zu?

Die in der Produktbeschreibung angegebene Kapazität ist in der Regel ein Näherungswert, der sich auf die Kapazität von Batterien in ungenutztem Zustand direkt nach ihrer Produktion bezieht. Aus verschiedenen Gründen ist es möglich, dass die angegebene Kapazität nicht genau der tatsächlichen Leistung entspricht:

• Verschiedene Lade- und Entladebedingungen

Die vom Hersteller angegebene Kapazität basiert auf bestimmten Standardbedingungen, wie einer bestimmten Entladerate oder Temperatur. Bei der praktischen Nutzung sind diese Bedingungen nicht gegeben, was Auswirkungen auf die Kapazität haben kann.

• Kalendarische, zyklische und sprunghafte Alterung

Batterien unterliegen verschiedenen Alterungsprozessen, die dazu führen, dass ihre Kapazität immer weiter abnimmt. Selbst wenn Batterien nur gelagert werden, sinkt ihre Kapazität aufgrund der kalendarischen Alterung. Ungünstige Bedingungen wie extreme Temperaturen oder Unfälle können sprunghafte Alterungsphänomene auslösen, sodass Batterien mitunter plötzlich einen großen Teil ihrer Kapazität verlieren.   

• Entladetiefe

Die Kapazität einer Batterie kann von der Entladetiefe abhängen. Tiefere Entladungen führen mit der Zeit zu einer stärkeren Kapazitätsminderung.

• Ungünstige Umgebungstemperaturen

Die Leistung von Batterien ist temperaturabhängig. Extreme Temperaturen, seien es hohe oder niedrige, beeinflussen die Kapazität.

Die Hersteller geben dennoch diese Werte an, um Nutzern eine Vergleichsmöglichkeit zu bieten und einen groben Überblick über die erwartete Leistung zu geben. Wenn Sie sicher gehen möchten, dass die Angaben zur Kapazität Ihrer Batterien stimmen, verwenden Sie besser NOVUM-Technologie.

Wie wird bei den Batterieschnelltests von NOVUM die Kapazität ermittelt?

Die Kapazität von Batterien können wir mit unseren stationären und mobilen Testsystemen in wenigen Sekunden ermitteln. Dafür kombinieren wir das Verfahren der Impedanzspektroskopie mit Künstlicher Intelligenz.

In einem bestimmten Frequenzbereich senden wir Strom in die Batterie. Dadurch können wir ein Abbild der Batteriechemie erzeugen, das wir mithilfe neuronaler Netze analysieren. Der ganze Prozess dauert mit NOVUM nur wenige Sekunden.

Warum nimmt die Kapazität von Batterien ab?

Selbst, wenn Batterien nicht genutzt werden, nimmt ihre Kapazität im Laufe der Zeit ab. Dieser Prozess wird als Kapazitätsverlust oder Degradation bezeichnet. Hinter dem Phänomen stecken neben der normalen kalendarischen Alterung verschiedene Gründe:

• Chemische Reaktionen

In Batterien kommt es während des Lade- und Entladevorgangs zu chemischen Reaktionen Das führt letztendlich dazu, dass sich die Struktur der elektrochemischen Materialien in der Batterie verändert und die Kapazität in diesem Zuge verringert wird.

• Dendriten-Bildung

Auf den Elektroden von Batterien – insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien – können sich durch wiederholte Ladung und Entladung baumartige Strukturen aus Lithium-Ionen bilden, die als Dendriten bezeichnet werden. Sie beeinträchtigen die Durchlässigkeit der Zellen und führen zu einem Anstieg des Innenwiderstands. Durchstoßen sie den Separator der Batterie, kann es zu heftigen Reaktionen oder sogar Explosionen kommen.

• Thermische Effekte

Hohe Temperaturen können den Degradationsprozess beschleunigen. Übermäßige Wärme während des Betriebs oder Ladezyklus kann die chemischen Prozesse beschleunigen, die zur Kapazitätsminderung führen.

• Verschleiß

Die Elektrolyte in Batterien neigen dazu, sich im Laufe der Zeit zu verbrauchen, was zu einem Verlust ihrer ursprünglichen Leistungsfähigkeit und somit auch der Kapazität führen kann.

• Tiefe Entladungen

Batterien altern schneller, wenn sie häufig tief entladen werden. Wir raten unseren Kunden deshalb immer, Batterien schonend innerhalb des empfohlenen Entladungsbereichs zu nutzen, damit sie länger intakt bleiben.

Wie kann man vorbeugen, dass die Kapazität von Batterien schnell abnimmt?

Darüber hinaus können Unternehmen einiges tun, damit die Kapazität von Batterien nur langsam abnimmt. Durch die KI-basierte Batterie-Diagnose und das Batteriespeicher-Monitoring von NOVUM erhalten Sie wertvolle Daten dazu, welche Nutzungsarten und Belastungsszenarien für einzelne Batterien oder ganze Batteriespeicher am besten geeignet sind. Darüber hinaus gibt es einige grundsätzliche Tipps die Sie beachten sollten, um Ihre Batterien so effizient und nachhaltig wie möglich zu verwenden.

• Geeignetes Ladesystem

Ein effizientes Ladesystems sorgt dafür, Batterien mit der optimalen Spannung und Stromstärke aufzuladen, um die Kapazitätsminderung zu minimieren. Stellen Sie beim Kauf neuer Ladegeräte oder ‑stationen immer sicher, dass diese wirklich für Ihre Batterien geeignet sind.

• Temperaturmanagement

Temperaturschwankungen haben Einfluss auf die Leistung von Batterien. Nutzen Sie wenn nötig Systeme, die helfen, die Temperatur von Batterien während des Betriebes aber auch während des Ladens möglichst konstant zu halten. Auch dadurch lässt die Kapazität langsamer nach.

• Zyklenmanagement

Batterien sollten immer innerhalb ihres empfohlenen Betriebsbereichs genutzt werden. Mithilfe des Storage Guards von NOVUM können Sie während des Betriebs die Entladezyklen überwachen und optimieren sowie datenbasiert entscheiden, welche Nutzungsart für einzelne Module oder den ganzen Batteriespeicher optimal ist.

• Materialinnovation

Innovative Materialien können dabei helfen, Batterien zu produzieren, bei denen es weniger schnell zu einem Kapazitätsverlust kommt. Um effizient und nachhaltig zu agieren, ist es aber wichtig, die Second Life Nutzung von Batterien in Betracht zu ziehen. Durch die Batterie-Diagnose und das Batteriespeicher-Monitoring von NOVUM können auch Batterien mit verminderter Kapazität länger und sogar über mehrere Lebenszyklen genutzt werden.

• Lagerbedingungen

Nicht nur die Nutzung auch die Lagerung hat Einfluss auf den Kapazitätsverlust und generell die Alterung von Batterien. Wir empfehlen Batterien immer kühl und trocken an einem dafür zugelassenen Ort zu lagern.

• Qualitätskontrolle

Schon bei der Produktion können Qualitätsunterschiede bei Batterien des gleichen Typs entstehen, z. B. durch Luftfeuchtigkeit oder Fehler bei der Formierung. Mit strengen Qualitätskontrollen und einem End-of-Line-Test durch den Battery Analyzer von NOVUM  stellen Sie sicher, dass Ihre Batterien bestimmten Qualitätsstandards entsprechen.