Jeder weiß, dass sich bei kalten Winterbedingungen die chemischen Reaktionen in einer Batterie verlangsamen und sich die Leistung des Elektrolyts verändert. Dies wirkt sich auf die Entlade- und Energiespeicherkapazität der Batterie aus. Aber warum verlieren Lithiumbatterien im Winter an Leistung und wie können wir die Leistungsfähigkeit von Lithiumbatterien bei kaltem Wetter aufrechterhalten?
Warum werden Lithiumbatterien durch kalte Temperaturen beeinträchtigt?
Die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien sinkt bei niedrigen Temperaturen deutlich, da kaltes Wetter die elektrochemische Reaktionsgeschwindigkeit verlangsamt und behindert die Bewegung der Lithium-Ionen. Wenn die Temperatur unter 15 °C fällt, steigt die Viskosität des Elektrolyten drastisch an.
Diese Veränderung tritt auf, weil die Lithium-Ionen-Leitfähigkeit im Elektrolyten abnimmt – kalte Temperaturen verlangsamen die Molekülbewegung und reduzieren die Leitfähigkeit des Elektrolyten auf nur einen Bruchteil der Leitfähigkeit bei Raumtemperatur. Dadurch steigt der Innenwiderstand der Batterie deutlich an – bei -20 °C kann er mehr als dreimal so hoch sein wie normal.
Die effektivste und direkteste Lösung besteht derzeit darin, Batterien warm zu halten – egal, ob es sich um ein Smartphone in der Tasche oder ein Elektrofahrzeug in der Garage handelt.
Häufige Probleme mit Lithiumbatterien bei kaltem Wetter
Im Winter kann die Reichweite von Elektrofahrzeugen um bis zu 55 % sinken, und Smartphones können sich selbst bei einer Anzeige von 30 % Ladung plötzlich abschalten. Diese Probleme liegen in der natürlichen Temperaturempfindlichkeit von Lithium-Ionen-Batterien begründet.
Reduzierung der Reichweite von Elektrofahrzeugen
Jeder Temperaturabfall um 10 °C kann die Kapazität einer Lithium-Ionen-Batterie um 10–20 % verringern. Der dickere Elektrolyt bei niedrigen Temperaturen blockiert den Ionentransport – ähnlich wie Straßensperren auf einer Autobahn –, verlangsamt die Lithium-Ionen-Migration und reduziert die verfügbare Energie.
Längere Ladezeit
Kalte Temperaturen verlangsamen den Ladevorgang ebenfalls. Bei 0 °C sinkt die Migrationsgeschwindigkeit der Lithium-Ionen-Batterien auf ein Fünftel ihrer normalen Geschwindigkeit und der SEI-Widerstand (Solid Electrolyte Interface) verdreifacht sich. Dadurch wird das Batteriemanagementsystem (BMS) gezwungen, den Ladestrom zu begrenzen.
Noch schlimmer: Es kann zu einer „unvollständigen Ladung“ kommen – wenn Ihr Gerät 100 % anzeigt, die tatsächlich nutzbare Kapazität jedoch nur 80 % beträgt. Dies liegt daran, dass sich einige Lithiumionen bei niedrigen Temperaturen nicht in die Anodenstruktur einbetten können.
Geräte schalten sich ab oder starten nicht
Das plötzliche Abschalten eines Smartphones oder Elektrofahrzeugs bei -10 °C bis -20 °C ist eine Form des Selbstschutzes der Batterie. Bei der Nutzung von Hochleistungsfunktionen (wie Kameras oder Heizungen) kann die Spannung stark bis zur Abschaltgrenze abfallen.
Bei -20 °C können sich Smartphones automatisch abschalten. Bei -10 °C bleiben sie zwar eingeschaltet, der Akku entlädt sich aber 1,7-mal schneller als bei 20 °C. Elektrofahrzeuge können aufgrund größerer Akkus und höherer Wärmekapazität länger betrieben werden, schalten sich jedoch typischerweise bei Temperaturen unter -25 °C ab, und der angezeigte Akkuladestand kann dennoch ungenau sein.
Nach dem Transport in eine wärmere Umgebung kann die Batterie oft 30–50 % ihrer scheinbaren Kapazität wiederherstellen. Für Nutzer von Elektrofahrzeugen wird die „20-%-Regel“ empfohlen: Laden Sie die Batterie auf, wenn der Ladezustand unter 20 % fällt, um plötzliche Spannungsabfälle zu vermeiden, die Sie liegen lassen könnten.
Schäden durch unsachgemäßes Laden
Das Laden einer Lithiumbatterie unter 0 °C ist der gefährlichste Fehler. Dies kann zu einer metallischen Lithiumbeschichtung führen, die nadelartige Strukturen (Dendriten) bildet, die den Separator durchbohren und interne Kurzschlüsse oder sogar Feuer und Explosionen verursachen.
Verschiedene Geräte bieten unterschiedlicheKälteschutz. Elektrofahrzeuge verfügen normalerweise über ein Batterievorheizsystem, um die Temperatur vor dem Laden über 0 °C zu erhöhen. E-Bikes und Smartphones verfügen jedoch aus Kostengründen nicht über solche Systeme, sodass eine manuelle Temperaturregelung unerlässlich ist.
Wichtige Tipps für die richtige Nutzung von Lithiumbatterien im Winter
Der Schutz von Lithiumbatterien im Winter erfordert eine dreidimensionale Strategie: Temperaturkontrolle, richtiges Laden und Entladen sowie intelligente Lagerung. Durch die richtige Handhabung können die negativen Auswirkungen von Kälte um über 50 % reduziert werden. Tatsächlich halten geschützte Lithiumbatterien bei -10 °C bis zu 2,3-mal länger als ungeschützte.
Optimale Temperatur aufrechterhalten
Die elektrochemische Aktivität von Lithiumbatterien erreicht ihren Höhepunkt zwischen 15 °C und 25 °C. Versuchen Sie, Ihre Geräte in diesem Temperaturbereich zu halten.
Bei Elektrofahrzeugen kann das BMS die Batterie vorwärmen. Durch die Planung des Vorwärmens 15 Minuten vor Abfahrt kann die Temperatur von -10 °C auf 10 °C erhöht werden, wodurch sich die anfängliche Reichweite um bis zu 23 % verbessert. Smartphones und Wearables nah am Körper zu tragen, hilft, die Wärme zu speichern. Tests zeigen, dass ein in der Tasche aufbewahrtes Telefon bei -5 °C 1,5 Stunden länger hält als ein der Kälte ausgesetztes.
Laden Sie Lithiumbatterien nicht bei niedrigen Temperaturen.
Laden Sie Lithiumbatterien nicht bei Temperaturen unter 0 °C. Falls ein Laden erforderlich ist, lassen Sie den Akku oder das Gerät zunächst auf Raumtemperatur abkühlen. Die Verwendung eines intelligenten Ladegeräts mit Untertemperaturschutz ist sicherer.
Die sicherste Methode ist das Aufwärmen der Batterie vor dem Laden. Beispielsweise sollte ein Elektrofahrzeug, das von -20 °C kommt, vor dem Laden mindestens zwei Stunden in einer 25 °C warmen Garage ruhen, bis die Kerntemperatur 5 °C erreicht hat. Bei kleinen Geräten wie Smartphones kann die Ausführung einer App mit geringem Stromverbrauch (z. B. Musikwiedergabe) die Temperatur allmählich erhöhen. Vermeiden Sie jedoch Apps mit hoher Belastung, die zu lokaler Überhitzung führen können.
Hochstromentladung reduzieren
Da der Innenwiderstand bei Kälte zunimmt, wird eine Hochstromentladung riskanter. Vermeiden Sie stromintensive Funktionen (z. B. Gaming, Kamerablitz oder Hochgeschwindigkeitsbeschleunigung in Elektrofahrzeugen) bei sehr niedrigen Temperaturen, um plötzliche Spannungsabfälle und Abschaltungen zu vermeiden.
Lagern Sie Batterien mit teilweiser Ladung
Kalte Witterung beschleunigt die Selbstentladung. Bei -20 °C kann die monatliche Selbstentladungsrate von Lithiumbatterien 12 % erreichen – dreimal höher als bei 25 °C. Die Lagerung von Batterien bei halber Ladung (40–60 %) trägt zur Erhaltung der Elektrodenstabilität bei.
Wenn Sie eine Batterie längere Zeit nicht verwenden, lagern Sie sie bei 10 °C–25 °C in einer trockenen Umgebung mit 40–60 % Ladung. Lagern Sie eine vollständig entladene Batterie niemals bei extremer Kälte oder über längere Zeit.
Wichtige Tipps für den richtigen Umgang mit Lithiumbatterien im Winter
Der Schutz von Lithiumbatterien im Winter erfordert eine dreidimensionale Strategie: Temperaturkontrolle, richtiges Laden und Entladen sowie intelligente Lagerung. Durch die richtige Handhabung können die negativen Auswirkungen von Kälte um über 50 % reduziert werden. Tatsächlich halten geschützte Lithiumbatterien bei Temperaturen von bis zu -10 °C bis zu 2,3-mal länger als ungeschützte.
Halten Sie eine optimale Temperatur aufrecht
Die elektrochemische Aktivität von Lithiumbatterien erreicht ihren Höhepunkt zwischen 15 °C und 25 °C. Versuchen Sie, Ihre Geräte in diesem Temperaturbereich zu halten.
Bei Elektrofahrzeugen kann das BMS Wärmen Sie den Akku vor. Wenn Sie das Vorheizen 15 Minuten vor Abfahrt einplanen, kann die Temperatur von -10 °C auf 10 °C erhöht werden, wodurch sich die anfängliche Reichweite um bis zu 23 % verbessert. Smartphones und Wearables bleiben am Körper warm, wenn Sie sie nah am Körper tragen. Tests zeigen, dass ein in der Tasche getragenes Telefon bei -5 °C 1,5 Stunden länger hält als ein der Kälte ausgesetztes.
Laden Sie nicht bei niedrigen Temperaturen.
Laden Sie Lithium-Akkus nicht bei Temperaturen unter 0 °C. Falls ein Laden erforderlich ist, lassen Sie den Akku oder das Gerät zunächst auf Raumtemperatur abkühlen. Die Verwendung eines intelligenten Ladegeräts mit Untertemperaturschutz ist sicherer.
Die sicherste Methode ist das Aufwärmen der Batterie vor dem Laden. Beispielsweise sollte ein Elektrofahrzeug, das von -20 °C kommt, vor dem Laden mindestens zwei Stunden in einer 25 °C warmen Garage ruhen, bis die Kerntemperatur 5 °C erreicht. Bei kleinen Geräten wie Smartphones kann die Ausführung einer App mit geringem Stromverbrauch (z. B. Musikwiedergabe) die Temperatur allmählich erhöhen. Vermeiden Sie jedoch Apps mit hoher Belastung, die zu lokaler Überhitzung führen können.
Hochstromentladung reduzieren
Da der Innenwiderstand bei Kälte zunimmt, wird eine Hochstromentladung riskanter. Vermeiden Sie stromintensive Funktionen (z. B. Gaming, Kamerablitz oder Hochgeschwindigkeitsbeschleunigung in Elektrofahrzeugen) bei sehr niedrigen Temperaturen, um plötzliche Spannungsabfälle und Abschaltungen zu vermeiden.
Lagern Sie Batterien mit teilweiser Ladung
Kalte Witterung beschleunigt die Selbstentladung. Bei -20 °C kann die monatliche Selbstentladungsrate von Lithiumbatterien 12 % erreichen – dreimal höher als bei 25 °C. Die Lagerung von Batterien bei halber Ladung (40–60 %) trägt zur Erhaltung der Elektrodenstabilität bei.
Wenn Sie eine Batterie längere Zeit nicht verwenden, lagern Sie sie bei 10 °C–25 °C in einer trockenen Umgebung mit 40–60 % Ladung. Lagern Sie einen vollständig entladenen Akku niemals bei extremer Kälte oder über längere Zeit.
Wenn Sie verstehen, wie sich Lithium-Ionen-Akkus bei Kälte verhalten und diese Tipps zur Akkupflege im Winter befolgen, können Sie die Lebensdauer Ihres Akkus verlängern. Verlängern Sie die Batterielebensdauer, sorgen Sie für zuverlässige Leistung und reduzieren Sie Risiken wie Spannungsabfall oder dauerhaften Kapazitätsverlust – egal, ob es sich um Ihr Elektrofahrzeug, Smartphone, Drohne oder Elektrowerkzeug handelt.
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