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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 2
AT A GLANCE Nº1 80,000000 1,650 WORLD LEADER EMPLOYEES OFFICES AND LABORATORIES 13 GLOBAL INDUSTRIES SERVED GLOBAL SERVICE LOCAL EXPERTISE Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 3.000 Mitarbeiter Über 40 Niederlassungen Umsatz 2013: 276 Mio Elektromobilität Battery Testhouse EMV Homologation Funktionale Sicherheit Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 4
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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 6
TRAKTIONS-BATTERIE-CHARAKTERISTIK 95% SOC 10-50 kwh 3500 Zyklen 5-15 kwh 3500 Zyklen Energie e 0.5-5.0 kwh 20.000 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 8
LITHIUM IONEN AKKUS - PREIS $/kwh Große Zellformate Consumer Electronics 560 280-50% 175 140-50% year Source: Navigant Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 10
ALLE AKKUS NUTZEN AB Source: www.v3.co.uk 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 1.000 vollen Entladezyklen noch 80% ihrer ursprünglichen Ladungsmenge. Viele Hersteller nennen eine Lebensdauer von 300 bis 500 Zyklen. Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 12
KALENDARISCHE ALTERUNG (T, SOC) LFP 2.3 Ah 3.3V Ri(1kHz)=8mΩ Arrhenius: Reaktionsgeschwindigkeit ~ exp(-e/kt) 10% 55% 100% Storage Temp. 60-50 C to +60 C 40 20 0 Source: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 cycles @ (10C, 100% DOD) 0.5C (6 x länger als 3 C) (10C signifikante Stromheizung) Source: Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.v. Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 14
ALTERUNG: EIN BLICK IN DIE ZELLE Source: Jens Groote, Uni Uppsala, PhD, 2012 Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 16
ALTERUNG HÄNGT VON DER TEMPERATUR AB Geografischer Einfluss Einfluss des Entwärmung Quelle: NREL Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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: www.nissan.de Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 18
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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 20
TESLA ROADSTER IM BETRIEB: KAPAZITÄT ALS FUNKTION DER GEFAHRENEN MEILEN 80% bis 85% Kapazität nach 100.000 Meilen Durchschnittlicher h h Verlust von 3.7 ideal miles of range per 10.000 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 22
2013: NISSAN VERBESSERTE DIE BATTERIE- GARANTIE FÜR DEN LEAF (EV) Ursprüngliche Garantie: Defekte und Fehler, 8 Jahre oder 100.000 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 60.000000 Meilen die Kapazität nicht größer ist als 66.25% ist. Source: Nissan Source: Nissan Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 100.000km 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: http://www.bmw.dk/dk/da/_teaserpool_2014/_shared/pdf/bmw_i3_flyer_050514.pdf Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 24
CHEVROLET VOLT (PHEV) WARRANTY Component defect related to materials or workmanship accuring during 8 year, 100.000 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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: www.autotech.org Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 26
TESLA MODEL S BATTERIE Energy: 85 kwh, Weight : 578kg >8000 Panasonic 18650 Cells Warranty: 8 years and/or 200.000 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 e-mailed 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 28
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 Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 Performance* @ BOL 1. Lagerung** 2. Performance* N x 80% Kapazität @EOL *Performance: Selbsentladung Kapazität Widerstand Battery Monitoring **Lagerung SOC Temperatur Anzahl der Tage Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 30
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-11069 ISO 12405-1/-2 OEM-Spezifikationen Simulation von Umweltbedingungen (Vibration, Feuchte, Temperatur, Kombinationen) während der Lade- und Fahrzyklen Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 Performance* @ BOL 1. Duty Cycle** 2. Performance* N x 80% Kapazität @EOL *Performance: Kapazität Widerstand Selbst-Entladung Battery Monitoring **Duty Cycle C-Rate Temperatur Entladetiefe Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 32
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 Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 34
UMWELTPRÜFUNGEN AN BATTERIEN Temperatur Feuchte Betauung Spritzwasser Schwallwasser Tauchen IP-Tests Chemische Beständigkeit Salz Nebel Staub Roll over Stoß und Fall Schadgase Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx 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 http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 36
KONTAKT Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Phys. Detlef Hoffmann SGS Germany GmbH Hofmannstraße 50 D-81379 München t +49 89 787475-400 detlef.hoffmann@sgs.com www.sgs.com/batterytesting Detlef.Hoffmann@SGS.com http://www.sgs.com/en/automotive/electrical-components/batteries.aspx SGS Société Générale de Surveillance Holding (Deutschland) GmbH 2013 All rights reserved SGS is a registered trademark of SGS Group Management SA 37 WWW.SGS.COM WWW.SGSGROUP.DE