Was ist ein Entladezyklus?
Definition
Ein Entladezyklus beschreibt den Prozess, bei dem ein Akku oder eine Batterie von einem geladenen Zustand in einen entladenen Zustand übergeht. Dabei wird die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt, die dann von einem angeschlossenen Verbraucher genutzt werden kann. Ein vollständiger Entladezyklus beginnt bei einem voll geladenen Akku und endet, wenn die Spannung des Akkus unter eine definierte Schwelle fällt, die als Entladeschlussspannung bezeichnet wird.
Der Entladezyklus ist Teil des gesamten Ladezyklus, der aus dem Laden und Entladen eines Akkus besteht. Die Anzahl der möglichen Lade- und Entladezyklen ist ein wichtiger Indikator für die Lebensdauer eines Akkus. Je nach Akkutechnologie und Anwendung können Akkus mehrere hundert bis einige tausend Lade- und Entladezyklen durchlaufen, bevor ihre Kapazität deutlich nachlässt.
Wie läuft ein Entladezyklus ab?
Während des Entladevorgangs fließen Elektronen von der negativen Elektrode (Anode) über den angeschlossenen Verbraucher zur positiven Elektrode (Kathode). Gleichzeitig wandern Lithium-Ionen durch den Elektrolyten von der Anode zur Kathode. Dieser Prozess setzt sich fort, bis die Spannung des Akkus unter die Entladeschlussspannung fällt, die je nach Akkutyp zwischen 2,5 und 3,0 Volt liegt.
Die Entladung eines Akkus folgt einer charakteristischen Entladekurve. Zu Beginn des Entladezyklus fällt die Spannung relativ schnell von der Ladeschlussspannung auf die Nennspannung ab. Danach bleibt die Spannung über einen langen Zeitraum nahezu konstant, bevor sie gegen Ende des Entladezyklus stark abfällt.
Welche Faktoren beeinflussen den Entladezyklus?
Entladestrom
Je höher der Entladestrom, desto schneller entlädt sich der Akku. Hohe Entladeströme führen jedoch zu einer geringeren entnehmbaren Kapazität und können die Lebensdauer des Akkus verkürzen.
Temperatur
Sowohl sehr hohe als auch sehr niedrige Temperaturen beeinträchtigen die Leistungsfähigkeit des Akkus während der Entladung. Ideale Temperaturen liegen zwischen 10°C und 30°C.
Entladetiefe (Depth of Discharge, DoD)
Die Entladetiefe gibt an, wie viel Prozent der Kapazität während eines Entladezyklus entnommen werden. Eine geringere Entladetiefe schont den Akku und erhöht die Zahl der möglichen Zyklen.
Alter des Akkus
Mit zunehmendem Alter und steigender Zyklenzahl nimmt die Kapazität des Akkus ab, was sich auf die Dauer und Leistungsfähigkeit des Entladezyklus auswirkt.
Wie wirkt sich die Entladetiefe auf die Lebensdauer aus?
Die Entladetiefe (DoD) hat einen großen Einfluss auf die Lebensdauer und Zyklenfestigkeit eines Akkus. Je tiefer ein Akku in jedem Zyklus entladen wird, desto stärker verkürzt sich seine Lebensdauer. Wird ein Akku beispielsweise regelmäßig zu 80% entladen, hält er deutlich weniger Zyklen durch, als wenn er nur zu 50% entladen wird.
Lithium-Ionen-Akkus vertragen im Vergleich zu älteren Technologien wie Blei-Säure-Akkus zwar höhere Entladetiefen, dennoch empfehlen Hersteller oft, die Entladetiefe auf 80% oder weniger zu begrenzen, um eine optimale Lebensdauer zu erreichen. Durch ein intelligentes Lade- und Entlademanagement, das die DoD überwacht und steuert, lässt sich die Zyklenfestigkeit und Lebensdauer moderner Akkus deutlich verbessern.
Was ist der Unterschied zwischen Ladezyklus und Entladezyklus?
Lade- und Entladezyklus sind zwei Phasen des gesamten Ladezyklus eines Akkus. Während des Ladezyklus wird dem Akku elektrische Energie zugeführt, die in chemische Energie umgewandelt und gespeichert wird. Beim anschließenden Entladezyklus wird diese gespeicherte Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt und an einen Verbraucher abgegeben.
Ein vollständiger Ladezyklus umfasst somit das Laden des Akkus von einem definierten Entladezustand (z.B. 20% Restkapazität) bis zur vollständigen Ladung (100% Kapazität) und die anschließende Entladung bis zum Erreichen des definierten Entladezustands. Die Anzahl der Ladezyklen, die ein Akku durchlaufen kann, bevor seine Kapazität auf einen bestimmten Wert (meist 80% der ursprünglichen Kapazität) abfällt, ist ein Maß für seine Lebensdauer.
Welche Rolle spielt der Entladezyklus bei Elektrofahrzeugen?
Bei Elektrofahrzeugen ist der Entladezyklus von besonderer Bedeutung, da er die Reichweite des Fahrzeugs direkt beeinflusst. Die Kapazität der Antriebsbatterie bestimmt, wie viel elektrische Energie während eines Entladezyklus zur Verfügung steht und somit, welche Strecke mit einer Ladung zurückgelegt werden kann.
Um eine möglichst hohe Reichweite zu erzielen und gleichzeitig die Lebensdauer der Batterie zu schonen, setzen Elektrofahrzeuge auf ein ausgeklügeltes Batteriemanagementsystem (BMS). Das BMS überwacht und steuert den Lade- und Entladevorgang, um eine optimale Entladetiefe und Temperatur der Batterie zu gewährleisten. Durch eine intelligente Steuerung des Entladezyklus und eine Begrenzung der Entladetiefe auf meist 80-90% kann die Lebensdauer der Antriebsbatterie deutlich verlängert werden, ohne die Reichweite des Fahrzeugs spürbar zu beeinträchtigen.