🔋 Li-Ionen-Akku-Simulator

Der SoC ist der Anteil der nutzbaren Kapazität des Akkus, der aktuell gespeichert ist, ausgedrückt als 0-100%. In dieser Simulation entspricht er der Anzahl der Lithium-Ionen, die in der Graphit-Anode gegenüber der Kathode eingelagert sind: bei hohem SoC befinden sich die meisten Ionen in der Anode, und beim Entladen wandern sie zurück zur Kathode, wodurch der SoC gegen 0% sinkt.

Die Leerlaufspannung (OCV) ist der Wert, den die Zelle ohne fließenden Strom anzeigen würde, und sie folgt einer festen S-förmigen Kurve über dem SoC. Unter Last ist die Klemmenspannung die OCV plus oder minus dem Spannungsabfall über dem Innenwiderstand (I·R_int): höher beim Laden, niedriger beim Entladen. Deshalb kann derselbe SoC je nach C-Rate und ob Sie laden oder entladen unterschiedliche Spannungen zeigen.

Niedrigere Temperaturen verlangsamen die Beweglichkeit der Lithium-Ionen im Elektrolyten und an den Elektrodengrenzflächen, was den Innenwiderstand erhöht - die Simulation erhöht R_int um etwa 1,2% pro Grad unter 25°C. Wärmere Bedingungen verringern den Widerstand leicht durch verbesserten Ionentransport, obwohl reale Zellen bei hohen Temperaturen letztlich unter beschleunigten Nebenreaktionen leiden, was hier nicht als Widerstandsänderung modelliert wird.

Wiederholte Lade-/Entladezyklen verringern allmählich und irreversibel, wie viel Ladung eine Zelle halten kann. Die Hauptursachen sind das Wachstum der Festelektrolyt-Zwischenphase (SEI) an der Anode, Lithium-Plattierung beim schnellen oder kalten Laden und mechanisches Reißen von Elektrodenpartikeln. Der Regler für Kapazitätsverschlechterung ahmt dies nach, indem er den maximal verfügbaren SoC-Bereich und die in der Animation gezeigte Ionenzahl verringert.

Echte Li-Ionen-Zellen haben sichere Spannungsgrenzen: Laden über etwa 4,2-4,3 V oder Entladen unter etwa 3,0 V beschleunigt die Degradation und kann unsichere Reaktionen auslösen. Die Simulation bildet dies nach, indem der Ladezyklus bei SoC = 100% oder einer Abschaltung bei 4,25 V endet und das Entladen bei SoC = 0% oder einer Abschaltung bei 2,95 V endet, wobei der Zykluszähler erhöht wird.