Entladetiefe einer Batterie (DoD – Depth of Discharge) und deren Einfluss auf die Lebensdauer

Jede wiederaufladbare Batterie (Akkumulator) hat eine Nennkapazität, die die maximal speicherbare Energiemenge angibt, also 100 %. Diese Kapazität kann jedoch nicht vollständig genutzt werden. An beiden Kapazitätsgrenzen – sowohl am oberen Ende (100 %) als auch am unteren Ende (0 %) – treten kritische Punkte auf, die zu einer Zerstörung der Batteriezellen führen können. Dieses Phänomen umfasst die Bildung von Dendriten (Kurzschluss zwischen Anode und Kathode) oder eine beschleunigte Degradation der Batterie.

Was ist die Entladetiefe einer Batterie (DoD)?

Die Depth of Discharge (DoD) gibt an, wie viel Prozent der Kapazität einer Batterie im Verhältnis zu ihrer gesamten Nennkapazität entladen wurde. Zum Beispiel bedeutet eine DoD von 80 %, dass die Batterie auf 80 % ihrer gesamten Kapazität entladen wurde, während die verbleibenden 20 % als Reserve bleiben.

Um die Lebensdauer der Batterie zu maximieren, ist es entscheidend, nicht nur die maximalen Lade- und Entladeströme (C), sondern auch den DoD-Wert zu überwachen. Ein höherer DoD bedeutet eine höhere Kapazitätsnutzung, beschleunigt jedoch gleichzeitig die Degradation.


Einfluss der DoD auf die Lebensdauer der Batterie

Im Allgemeinen gilt: Je niedriger die DoD, desto länger ist die Lebensdauer der Batterie. Dies liegt daran, dass die Batteriezellen weniger extremen Zuständen ausgesetzt sind, was das Risiko einer Degradation verringert.

Lebensdauer der Batterie bei unterschiedlichen DoD-Werten:

  • DoD 50 % : Längste Lebensdauer, geeignet für Anwendungen mit langfristigem Horizont, bei denen Stabilität Priorität hat.
  • DoD 80 % : Ein ausgewogener Kompromiss zwischen Kapazitätsnutzung und Lebensdauer, ideal für die meisten Standardanwendungen.
  • DoD 95 % : Maximale Kapazitätsnutzung, aber erheblich verkürzte Lebensdauer. Wird in Anwendungen verwendet, bei denen eine hohe Kapazität entscheidend ist, jedoch mit schnellerer Degradation.

Beispiele für DoD in der Praxis

  • Heimbatteriesysteme : Es wird eine DoD von etwa 80 % empfohlen, um ein Gleichgewicht zwischen Kapazität und Lebensdauer zu erreichen.
  • Industrielle Systeme : Eine DoD von 90 % ist für Anwendungen geeignet, die einen höheren Energiebedarf haben.
  • Kommerzielle Systeme : Einige Kunden wählen eine DoD von bis zu 95 %, dies erfordert jedoch fortschrittlichere Systeme und eine kontinuierliche Überwachung.

Optimale DoD-Werte

Der häufigste Kompromiss zwischen Lebensdauer und nutzbarer Kapazität liegt bei einer DoD von 80 % bis 90 %. Zum Beispiel bedeutet dies bei einer Batterie mit einer Kapazität von 1 MWh eine tatsächlich nutzbare Kapazität von 800–900 kWh. Dieser Wert bietet einen ausreichenden Puffer zum Schutz der Batteriezellen und gewährleistet gleichzeitig eine angemessene Kapazitätsnutzung.

Für Systeme, die für SVR-Anwendungen (Short Voltage Response) ausgelegt sind, verlangen einige Kunden eine DoD von bis zu 95 %. Dieser Ansatz ist jedoch riskant, da er den unteren Puffer auf nur 2,5 % reduziert. Dies kann zu einer schnelleren Degradation und einer Verschlechterung des SoH-Werts (State of Health) führen.


Grafische Darstellung:

1. Zusammenhang zwischen DoD-Wert und Zyklenzahl

Die folgende Tabelle zeigt, wie sich unterschiedliche DoD-Werte auf die Gesamtzahl der Zyklen auswirken, die eine Batterie bewältigen kann. Höhere DoD-Werte führen zu niedrigeren Zyklenzahlen, was die Notwendigkeit verdeutlicht, einen Kompromiss zu finden.

2. Degradationsrisiko bei hoher DoD

Die Tabelle vergleicht SoH-Werte nach 1000 Zyklen bei DoD von 80 %, 90 % und 95 %.

DoDAnzahl der ZyklenSoH nach 1000 Zyklen
80 %5000+90 %
90 %3000–400080 %
95 %2000–300070 %

3. Empfohlene DoD nach Anwendung

  • Haushalte: 80–85 %
  • Industrielle Anwendungen: 80–90 %
  • SVR-Anwendung: 90–95 %

Fazit

Die Einstellung der Entladetiefe (DoD) ist ein entscheidender Faktor für die Maximierung der Lebensdauer einer Batterie. Ein zu hoher DoD-Wert kann die Lebensdauer der Batterie verkürzen, während ein zu niedriger Wert die nutzbare Kapazität einschränkt. Der Schlüssel liegt darin, einen optimalen Wert zu finden, der ein Gleichgewicht zwischen Kapazität und langfristiger Nachhaltigkeit gewährleistet. Bei der Einstellung von Parametern ist es wichtig, die spezifischen Anwendungen zu berücksichtigen und qualitativ hochwertige Batteriesysteme zu bevorzugen.