SoH (State of Health)
SoH (State of Health) bezeichnet den allgemeinen technischen Zustand einer Batterie oder ihrer Zelle. Es drückt das Verhältnis zwischen der aktuellen Kapazität und der ursprünglichen Nennkapazität einer neuen Batterie aus. Anders gesagt gibt SoH den Verschleißgrad der Batterie an. Dieser Wert ist beispielsweise bei der Bewertung des Batteriezustands eines gebrauchten Elektroautos von entscheidender Bedeutung.
Mit dem Aufschwung der Elektromobilität wird zunehmend über die tatsächliche Lebensdauer von Batterien in Elektrofahrzeugen diskutiert. Einer der wichtigsten Indikatoren für deren Verschleiß ist der sogenannte Gesundheitszustand der Batterie, auch bekannt als SoH (State of Health). Dieser Parameter wird in der Regel in Prozent angegeben und beschreibt, inwieweit die Batterie ihre ursprüngliche Kapazität und Leistungsfähigkeit im Vergleich zum Neuzustand beibehalten hat.
Der SoH-Wert ermöglicht es sowohl Nutzern als auch Herstellern von Elektrofahrzeugen, den Batteriezustand zu überwachen und über deren weiteren Einsatz oder Austausch zu entscheiden. Gleichzeitig ist er ein entscheidender Faktor beim Kauf eines gebrauchten Elektrofahrzeugs. Der SoH-Wert hat direkten Einfluss auf die Reichweite des Fahrzeugs, die Ladezeit und die gesamte Lebensdauer des Autos.
Definition von SoH
State of Health (SoH) ist ein in Prozent angegebener Parameter, der den Verschleiß einer Batterie (oder ihrer Zelle) beschreibt. SoH wird typischerweise als Verhältnis der aktuellen Kapazität zur ursprünglichen Nennkapazität der Batterie definiert. Wenn der aktuelle Zustand den Spezifikationen einer neuen Batterie entspricht, beträgt der SoH = 100 %.
Wenn eine Batterie einen SoH = 80 % aufweist, bedeutet dies, dass ihre maximale Kapazität auf 80 % der ursprünglichen Nennkapazität gesunken ist. Das bedeutet in der Praxis, dass selbst wenn die Batterie voll geladen ist (SoC = 100 %), ihre nutzbare Kapazität nur 80 % der ursprünglichen Nennkapazität beträgt.
Es ist wichtig, SoH nicht mit dem Begriff SoC (State of Charge) zu verwechseln. Während SoH den langfristigen Verschleiß der Batterie beschreibt, gibt SoC den aktuellen Ladezustand an – also wie viel Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Batterie gespeichert ist.
Konkretes Beispiel zur Berechnung des SoH:
- eine neue Batterie hat eine Nennkapazität von 10 Ah
- durch Verschleiß sinkt die Kapazität auf 8 Ah
- das bedeutet, dass die aktuelle Kapazität 80 % des ursprünglichen Wertes entspricht → SoH = 80 %
- mit anderen Worten: selbst bei vollem Ladezustand (SoC = 100 %) speichert die Batterie maximal 8 Ah statt der ursprünglichen 10 Ah
Warum sinkt der SoH-Wert der Batterie mit der Zeit?
Durch wiederholtes Laden und Entladen, unterschiedliche Temperaturbedingungen, Alterung der Materialien und normalen Betrieb verschlechtert sich die Batterie allmählich. Dies äußert sich vor allem in einem Kapazitätsverlust, erhöhtem Innenwiderstand und weiteren Veränderungen, die die Leistung beeinflussen.
Faktoren, die die Batterie-Degradation beeinflussen:
Die Degradation von Batterien wird durch eine Reihe äußerer und innerer Faktoren beeinflusst, darunter insbesondere:
- Anzahl der Lade- und Entladezyklen – je mehr Zyklen, desto höher der Verschleiß
- Betriebstemperaturen – extreme Hitze oder Kälte wirken sich negativ auf die Lebensdauer aus
- Nutzerverhalten – Art des Ladens und Entladens, Häufigkeit der Nutzung, langfristiges Halten bei hohem oder niedrigem SoC
Bei Elektrofahrzeugen (EVs) kommen noch weitere spezifische Faktoren hinzu, die den SoH-Verlust beeinflussen:
- Fahrstil – häufiges starkes Beschleunigen und Bremsen belastet die Batterie
- Klimatische Bedingungen – extreme Temperaturen oder feuchte Umgebung können die Degradation beschleunigen
- Verfügbarkeit und Typ der Ladeinfrastruktur – z. B. häufiges Schnellladen kann den Verschleiß erhöhen
Messung und Bewertung von SoH
Die Ermittlung des SoH-Werts eines bestimmten Fahrzeugs hängt vom Fahrzeugtyp und Hersteller ab. Der SoH wird in der Regel mithilfe eines Batteriemanagementsystems (Battery Management System, BMS) bestimmt. Dieses analysiert verschiedene Parameter der Batterie wie:
- Kapazität – aktuell vs. Nennwert
- Innenwiderstand oder Impedanz
- Spannung bei unterschiedlichen Ladezuständen
- Selbstentladung – Fähigkeit der Batterie, ihre Ladung zu halten
- Anzahl der Lade-/Entladezyklen
- Alter der Batterie
- Temperatur im Betrieb
Jeder dieser Parameter kann unterschiedlich gewichtet und kombiniert werden, um ein Gesamtbild des Batterie-Zustands zu liefern. Der genaue Algorithmus zur Berechnung des SoH ist häufig ein Geschäftsgeheimnis des Herstellers.
SoH-Schwellenwert und seine Bedeutung
Der SoH-Schwellenwert bezeichnet den Mindestwert, bei dem eine Batterie noch als geeignet für eine bestimmte Anwendung gilt:
- Elektrofahrzeuge: Der Schwellenwert liegt in der Regel bei 70–80 %. Fällt der SoH darunter, gilt die Batterie als ungeeignet, da sie die geforderte Leistung nicht mehr zuverlässig liefern kann.
- Kritische Anwendungen: In medizinischen Geräten zum Beispiel kann der minimale SoH-Wert bei 90 % oder mehr liegen, da Stabilität und Zuverlässigkeit entscheidend sind.
Sinkt der SoH unter den festgelegten Schwellenwert, wird die Batterie entweder recycelt oder in weniger anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt (z. B. als Energiespeicher in Haushalten).
