1 Warum braucht es eine Batterieheizung?
Die Leistungsfähigkeit von LiIon Zellen hängt stark von der Temperatur der Zellen ab. Abseits von der der Idealtemperatur von rund 25 °C werden Alterung beschleunigt, die Effizienz und Leistungsfähigkeit sinken. Bei sehr niedrigen Temperaturen können LiIon Batterien nicht mehr geladen werden, da es sonst zu irreversiblen Schäden an der Zelle kommt. Aus diesem Grund sperrt das BMS die Ladung der Zellen.
2 Wie funktioniert die Batterieheizung?
TODO (Bilder aus SSP einfügen)
3 Batterieheizung bis einschl. Software 2.3 (OTA)
Fahrzeugen vor Modelljahr 2022 wurden mit einer etwas konservativen Batterieheizungs-Logik ausgestattet. Sobald die Temperatur der Batterie unter 8 °C fällt, wird die Batterieheizung eingeschaltet. Diese läuft daraufhin mit 100% Leistung (6 kW) bis die Temperatur der Batterie 13,5 °C (TODO: unbestätigt) erreicht.
3.1 Kritik
Durch den relativ hohen Schwellenwert von 8 °C und der sofortigen Zuschaltung der Batterieheizung mit 100% Leistung (6 kW) ergeben sich insbesondere bei Kurzstrecken hohe Verbräuche.
Dieses Verhalten wurde mit einer neuen Version des Batteriemanagements und der Klimaanlage verbessert. Diese Version wurde auf alle Fahrzeuge ab Modelljahr 2022 bereits ab Werk aufgespielt. Bestandsfahrzeuge erhalten im Rahmen der Software 2.4 (Vorbereitung der Fahrzeuge für OTA auf Software 3.0) ebenfalls die neue Versionen und damit das neue Verhalten der Batterieheizung.
Hinweis: Ein OTA Update auf 2.3 reicht für Bestandsfahrzeuge vor MJ22 nicht aus, um die neue Batterieheizungs-Logik zu erhalten. Im Gegensatz zu der Software 2.3 der MJ22 Fahrzeuge fehlen bei der OTA Variante noch Updates des Batteriemanagements und der Klima.
4 Batterieheizung ab Software 2.3 (Werk)
Fahrzeuge ab dem MJ22 und Softwareversion 2.3 haben eine neue Logik für die Batterieheizung. In dieser wurden die Kritikpunkte der alten Version behoben.
Ein- & Abschaltpunkt
Die Batterieheizung wird ab dieser Version erst unter 1 °C (vorher 8 °C) eingeschaltet. Danach wird der Akku bis 1,5 °C aufgeheizt und die Batterieheizung deaktiviert. Aufgrund des aufgewärmten Kühlwassers erreicht die Batterie nach 15 Minuten knapp 2,5 °C.
Leistung der Batterieheizung
Die Batterieheizung wird nur noch mit rund 20% betrieben (vorher 100%). Dies entspricht einer Heizleistung von 1.200 Watt.
Verhalten beim Vorklimatisieren (App & Abfahrtszeit)
Das Aktivieren der Vorklimatisierung per App wirkt sich nicht auf die Temperatur des Akkus aus.
Ein Vorwählen der Abfahrtszeit wirkt sich nur sehr wenig aus. Das liegt daran, dass bei der Nutzung von AC zum Aufladen, die Batterieheizung nicht aktiviert wird. Stattdessen wird einfach nur geladen. Außerdem beendet sich der Ladevorgang in einem Zeitfenster von 30-60 Minuten vor der geplanten Abfahrtszeit. Durch den Ladevorgang wird die Batterie zwar gewärmt, dies wirkt sich jedoch nur minimal aus.
Bei Temperaturen unter 0° kommt die Erwärmung hauptsächlich von der Batterieheizung, weniger vom Ladevorgang. Auch hier gilt, das Erwärmen durch den Ladevorgang ist zwar nicht komplett nutzlos, bringt aber auch nicht wirklich viel.
Verhalten beim Anschluss an AC Lader
Die Batterieheizung wird bei Nutzung eines AC Laders nicht aktiviert. Ausnahme ist, wenn die Temperatur unter 0° liegt. Dann wie unter Ein & Abschaltpunkt beschrieben
Verhalten beim Anschluss an DC Lader
Beträgt die Akku Temperatur beim Anschließen an einen DC Lader weniger als 23°, so wird automatisch die Batterieheizung mit 5 KW Leistung eingeschaltet. Diese läuft dann so lange, bis die Temperatur des Akkus 23° erreicht hat. Danach schaltet sich die Heizung ab. Die hierfür notwendige Leistung wird vor dem Akku abgegriffen. Das bedeutet z.B. dass Die Ladesäule eine Leistung von 50KW anzeigt, im Auto aber nur 45KW angezeigt werden.
Ungeprüft
Folgende Punkte wurden noch nicht (ausreichend) geprüft:
- Verhalten bei sehr niedrigen Temperaturen
4.1 Auswirkungen der neuen Logik
Durch die niedrigere Temperatur als Schwelle für den Einschaltzeitpunkt (und niedrigere Temperatur für den Abschaltzeitpunkt) ist die Batterieheizung grundsätzlich weniger häufig aktiv. Selbst bei aktiver Batterieheizung wird der Verbrauch auf Kurzstrecke aufgrund der geringeren Heizleistung deutlich weniger beeinflusst.
4.2 Batterieheizung / Einschaltpunkte unter verschiedenen SW Versionen und Szenarien
hinzugefügt von matze-pe
4.3 Kritik
Durch die geringere Zieltemperatur (1,5 °C anstelle von 13,5 °C) wird die Batterie grundsätzlich weniger stark erwärmt. Dies wirkt sich bei einer Batterietemperatur unter 8 °C negativ auf einen Ladevorgang aus (Ladeleistung ist primär von Temperatur & Ladestand der Batterie abhängig). Nutzer ohne eigene Wallbox, welche z.B. periodisches Schnellladen während des Pendelns oder bei anderen Besorgungen durchführen, müssen längere Ladevorgänge in Kauf nehmen.
5 Batteriekühlung
6 Warum braucht es auch eine Kühlung?
Die Wohlfühltemperatur einer Lithium Ionen Batterie liegt bei so ca. 25°C. Dann liefert sie die volle Leistung und kann schnell geladen werden.
Schnelles laden bei höheren oder niedrigeren Temperaturen führt zur vorzeitigen Alterung der Batterie.
Schnellladen von 10 auf 100%
Bei sommerlichen Temperaturen zeigt der Akku aufgrund der hohen Ströme bei Schnellladung von 10-80% Temperaturen bis 45°C.
Ab 80% Ladestand beträgt die Ladeleistung nur noch zwischen 20 und 40 kW, was dazu führt das der Akku bereits wieder deutlich an Temperatur abnimmt.
Am Ende der Ladung (100%) haben alle Zellen bereits wieder Temperaturen weit unter 40 °C.
Die nötige Kühlleistung (Energieaufnahme des Kompressors) beträgt bis zu 6 kW, was als Ladeverluste anzurechnen ist.
(ID.3 1st mit CO2 Wärmepumpe)
