WIE LANGE LEBT DIE BATTERIE IM E-FAHRZEUG?

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1 GARANTIE UND TEST: WIE LANGE LEBT DIE BATTERIE IM E-FAHRZEUG? Dipl.-Phys. Detlef Hoffmann Business Development Manager SGS Germany GmbH SGS IS THE WORLD S LEADING INSPECTION, VERIFICATION, TESTING AND CERTIFICATION COMPANY Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 2

2 AT A GLANCE Nº1 80, ,650 WORLD LEADER EMPLOYEES OFFICES AND LABORATORIES 13 GLOBAL INDUSTRIES SERVED GLOBAL SERVICE LOCAL EXPERTISE Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 3 DEUTSCHLAND SGS Holding (Deutschland) Seit 1920 in Deutschland Mehr als Mitarbeiter Über 40 Niederlassungen Umsatz 2013: 276 Mio Elektromobilität Battery Testhouse EMV Homologation Funktionale Sicherheit Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 4

3 INTERNER GARANTIE UND KURZSCHLUSS TEST: WIE LANGE UND SICHERHEIT LEBT DIE VON BATTERIE LIB-ZELLEN IM E-FAHRZEUG? AGENDA Elektrofahrzeuge und ihre Antriebsbatterien Was bestimmt die Lebensdauer? Was gilt für die Garantie? Wie simuliert man ein ganzes Lebens in wenigen Monaten? SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 5 FAHRZEUGTYPEN Verbrenner Parallel- Hybrid Serien- Hybrid Elektrisches Fahrzeug Brennstoffzellen Fahrzeug ICE Gearr ICE Gear Tank Tank B ICE Tank G B H2 Tank FC B EM EM EM Plug-In ICE Gear Tank B ICE Tank G B B EM EM EM Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 6

4 TRAKTIONS-BATTERIE-CHARAKTERISTIK 95% SOC kwh 3500 Zyklen 5-15 kwh 3500 Zyklen Energie e kwh Zyklen 80% SOC 90% SOC Risiko des Überladens Ab Arbeitsbereich 20% SOC 40% SOC 20% SOC Reserve EV Batterie HEV Batterie Plug-in Hybrid Batterie Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 7 NPE: KPI S EV LITHIUM IONEN BATTERIE SYSTEM Gravimetric energy Volumetric energy Quality failure rates in [%] as (average per year over 10 years) Marginal Pack Cost costs [ /kwh] Life time [years] Safety Power at cold starting** Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 8

5 LITHIUM IONEN AKKUS - PREIS $/kwh Große Zellformate Consumer Electronics % % year Source: Navigant Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 9 INTERNER GARANTIE UND KURZSCHLUSS TEST: WIE LANGE UND SICHERHEIT LEBT DIE VON BATTERIE LIB-ZELLEN IM E-FAHRZEUG? AGENDA Elektrofahrzeuge und ihre Antriebsbatterien Was bestimmt die Lebensdauer? Was gilt für die Garantie? Wie simuliert man ein ganzes Lebens in wenigen Monaten? Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 10

6 ALLE AKKUS NUTZEN AB Source: Wie alle anderen wiederaufladbaren Batterien liefern Lithium-Ionen-Batterien mit der Zeit und der Nutzung zunehmend weniger Ladung. Apple: Laptop-Batterien liefern nach bis zu vollen Entladezyklen noch 80% ihrer ursprünglichen Ladungsmenge. Viele Hersteller nennen eine Lebensdauer von 300 bis 500 Zyklen. SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 11 BEGRIFFE: KAPAZITÄT, SOC, SOH Die Kapazität (K(I, T) in Ah) ist die Ladung, die maximal gespeichert oder abgeben werden kann Nennkapazität KN kann bei Nennstrom IN und Nenntemperatur TN einer neuen Zelle entnommen werden. Anteil gespeicherte Ladung Q, bezogen auf die maximale Kapazität K in %? (bei festem I und T): Ladezustand, State of Charge: SOC=Q/K Wieviel Kapazität kann eine gebrauchte Batterie noch speicher, bezogen auf ihre Nennkapazität? Alterungszustand, State of Health: SOH=K(IN,TN)/KN Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 12

7 KALENDARISCHE ALTERUNG (T, SOC) LFP 2.3 Ah 3.3V Ri(1kHz)=8mΩ Arrhenius: Reaktionsgeschwindigkeit ~ exp(-e/kt) 10% 55% 100% Storage Temp C to +60 C Source: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 13 KAPAZITÄTSVERLUST FÜR VERSCHIEDENE C-RATEN Degeneration ~ geflossenen Ladung 3C 3C 0.5C 20 Operating Temp -30 C to +60 C 0.5C 40 >1.000 (10C, 100% DOD) 0.5C (6 x länger als 3 C) (10C signifikante Stromheizung) Source: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 14

8 ALTERUNG: EIN BLICK IN DIE ZELLE Source: Jens Groote, Uni Uppsala, PhD, SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 15 URSACHEN UND WIRKUNG DER BATTERIE-ALTERUNG Verlust von zyklisierbarem Lithium Elektroden-Oberflächen wiederaufladbarem Elektrodenmaterial --> Kapazitätsverlust reduziert Reichweite Erhöhte Ladungs-Transfer-Impedanz Degradation des Binders Lokal erhöhte Stromdichte aufgrund von Materialverlust -->Erhöhung des Innenwiderstandes -> geringere Beschleunigung -> verstärkte Erwärmung Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 16

9 ALTERUNG HÄNGT VON DER TEMPERATUR AB Geografischer Einfluss Einfluss des Entwärmung Quelle: NREL SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 17 WAS BEEINFLUSST DIE REICHWEITE? Quelle: Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 18

10 NISSAN LEAF BATTERIE KAPAZITÄT ÜBER GEFAHRENE MEILEN FÜR VERSCHIEDENE TEMPERATUREN 21 C 27 C 32 C 38 C Source: Plug In America s Tesla Roadster Battery Study, Tom Saxton, July 13, 2013 Source: Nissan Entwicklungschef Takeshi Miyamoto: Temperatur wird über Innenwiderstand gesteuert Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 19 TESLA ROADSTER Source: Tesla Motors Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 20

11 TESLA ROADSTER IM BETRIEB: KAPAZITÄT ALS FUNKTION DER GEFAHRENEN MEILEN 80% bis 85% Kapazität nach Meilen Durchschnittlicher h h Verlust von 3.7 ideal miles of range per gefahrener Meilen (1.6%). Source: Plug In America s Tesla Roadster Battery Study Tom Saxton, July 13, 2013 CAC=calculated amp-hour capacity - this number is not presented to the driver, but a Tesla service technician can read it and will generally share this number with owners when asked. Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 21 INTERNER GARANTIE UND KURZSCHLUSS TEST: WIE LANGE UND SICHERHEIT LEBT DIE VON BATTERIE LIB-ZELLEN IM E-FAHRZEUG? AGENDA Elektrofahrzeuge und ihre Antriebsbatterien Was bestimmt die Lebensdauer? Was gilt für die Garantie? Wie simuliert man ein ganzes Lebens in wenigen Monaten? Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 22

12 2013: NISSAN VERBESSERTE DIE BATTERIE- GARANTIE FÜR DEN LEAF (EV) Ursprüngliche Garantie: Defekte und Fehler, 8 Jahre oder Meilen. Leaf-Fahrer in Staatent mit warmen Klima beschwerten sich: Battery life is lacking Neue Garantie: Reparatur oder Ersatz der Batterie, wenn innerhalb 5 Jahren oder nach Meilen die Kapazität nicht größer ist als 66.25% ist. Source: Nissan Source: Nissan Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 23 BMW I3 BATTERY WARRANTY The BMW lithium-ion high-performance battery ( high-voltage battery ) provides a long service life. For the first km and a maximum of 8 years, any defects of the vehicle s high-voltage battery will be rectified cost-free and a capacity of 70% guaranteed. Source: BMW Group Source: Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 24

13 CHEVROLET VOLT (PHEV) WARRANTY Component defect related to materials or workmanship accuring during 8 year, miles Volt Chief Engineer Andrew Farah: If you live in Southwest, depending on how you use your car, the Volt might not be the right for you Depending on use, the battery may degrade as little as 10% to as much as 30% of capacity over the warranty period. Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 25 CHEVROLET VOLT (PHEV) WARRANTY Dealer service will check if kwh storage is within proper limit with respect to age and mileage. Components will be repaired and replaced and the original battery will be returned to the vehicle Source: Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 26

14 TESLA MODEL S BATTERIE Energy: 85 kwh, Weight : 578kg >8000 Panasonic Cells Warranty: 8 years and/or km for the 60kWh-Battery, unlimited km for the 85kWh Pack "Lithium-ion batteries will experience gradual capacity loss with time and use, which is NOT covered under warranty. I ed ownership@teslamotors.com to find out when a %-loss of range becomes a warranty issue. They replied that if my battery drops below 70% Tesla Motors would replace it. Source Tesla Motors Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 27 INTERNER GARANTIE UND KURZSCHLUSS TEST: WIE LANGE UND SICHERHEIT LEBT DIE VON BATTERIE LIB-ZELLEN IM E-FAHRZEUG? AGENDA Elektrofahrzeuge und ihre Antriebsbatterien Was bestimmt die Lebensdauer? Was gilt für die Garantie? Wie simuliert man ein ganzes Lebens in wenigen Monaten? Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 28

15 ALTERUNG IM LABOR SIMULIEREN Zellkomponenten wie Aktivmaterial, Elektrolyt, Binder beeinflussen Alterung Tests an Zelle Starker Temperatureinfluss, Entwärmung, Zellstreuung, Ballancing, Tests an Batteriesystemen Beschleunigte Lebensdauertests orientieren sich an den Betriebsgrenzen der Applikation (Temperatur, C-Rate, SOC, Entladetiefe, Vibrations- Amplituden etc) Kalendarische Alterung ist Basis für Extrapolation und Verständnis der zyklischen Alterung SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 29 KALENDARISCHE LEBENSDAUER BESTIMMEN Formierung BOL 1. Lagerung** 2. Performance* N x 80% *Performance: Selbsentladung Kapazität Widerstand Battery Monitoring **Lagerung SOC Temperatur Anzahl der Tage Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 30

16 ZYKLISCHE LEBENSDAUER BESTIMMEN (2) Ladungsneutraler Stromzyklus Ladungsdurchsatz hat signifikanten Einfluss auf die Batterielebensdauer Der nutzbare SOC-Bereich soll abgedeckt werden. Beispiele für Fahrzyklen: EUCAR-HEV Specification 2005 FreedomCar DOE/ID ISO /-2 OEM-Spezifikationen Simulation von Umweltbedingungen (Vibration, Feuchte, Temperatur, Kombinationen) während der Lade- und Fahrzyklen SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 31 ZYKLISCHE LEBENSDAUER BESTIMMEN (1) Formierung BOL 1. Duty Cycle** 2. Performance* N x 80% *Performance: Kapazität Widerstand Selbst-Entladung Battery Monitoring **Duty Cycle C-Rate Temperatur Entladetiefe Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 32

17 LEBENSDAUERPRÜFUNG AN ZELLEN UND PACKS Performance Alterung kalendarische Betriebszyklen Real Time Monitoring der Batterie Real Time Logging der Batterie-Daten 14 Test Stände for Packs Zahlreiche Modul- und Zellkanäle Entwicklung von Verfahren zur beschleunigten Alterung SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 33 MECHANISCHE TESTS AN HOCHVOLTSPEICHERN Vibration Mechanischer Stoß (500 m/s², 11 ms) EUT: m > 500 kg, l > 2 m length Kraft bis 300 kn Simultan möglich: elektrischer Betrieb der Batterie Temperaturüberlagerung Battery Monitoring N2-Inertisierung Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 34

18 UMWELTPRÜFUNGEN AN BATTERIEN Temperatur Feuchte Betauung Spritzwasser Schwallwasser Tauchen IP-Tests Chemische Beständigkeit Salz Nebel Staub Roll over Stoß und Fall Schadgase SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 35 E-MOBILITY SERVICES IN DEUTSCHLAND: SGS BIETET DEN VOLLEN SCOPE Lebensdauer-Prüfung Sicherheit und Missbrauch UN 38.3Transport-Test EMV (EMF) an Batterien und Fahrzeugen Umweltsimulation Funktionale Battery Testhouse, Sicherheit (ISO EMC, 26262) Homologation Homologation, (UN ECE-100, UN ECE-10, Functional ) Safety, Risk Analysis Ladeinfrastruktur Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 36

19 KONTAKT Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Phys. Detlef Hoffmann SGS Germany GmbH Hofmannstraße 50 D München t detlef.hoffmann@sgs.com Detlef.Hoffmann@SGS.com SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA