Für Nerds: DIY-SoH-Berechnung beim 64kWh-NMC-Akku

Wer seinen MG4 geleast hat, braucht sich um den SoH des HV-Akkus normalerweise keine Gedanken machen.

Doch das kann anders aussehen, wenn man den MG4 z.B. gekauft hat oder wie ich daran denkt, ihn zum Leasing-Ende (im Herbst 2027) zu kaufen.

Selbst wenn dann endlich ein Aviloo-Premiumtest für den MG4 verfügbar sein sollte, will ich eine SoH-Erstdiagnose nicht erst ca. 3 1/2 Jahre nach EZ bekommen, sondern schon zur Früherkennung künftiger Tendenzen eine Reihe gemessener(!) SoH-Werte über die Leasingdauer kennen. Denn dem auslesbaren SoH incl. Reichweitentest traue ich nicht mehr über den Weg.

Daher suchte ich nach Möglichkeiten, den SoH unkompliziert anhand eigener Meßwerte zu überwachen, etwa den aufgezeichneten Daten meiner bisher 3 Kalibrierungsladungen von 2% bis 100% SoC. Und inzwischen glaube ich, daß das tatsächlich möglich ist.

Da evtl. auch der ein oder andere von Euch am realen SoH seines 64kWh-NMC-Akkus interessiert sein könnte, beschreibe ich hier meine Methode. Wer sie ohne weitere Erklärungen anwenden will, kann sich den Anhang runterladen und im Teil 2 ab „Wie wird das Excelsheet bei der eigenen SoH-Berechnung benutzt?“ weiterlesen.

Wie funktioniert die Berechnung?

Wenn man in einer Kalibrierungsladungs-Aufzeichnung für jeden Datenpunkt mit Uhrzeit, Spannung und Strom die noch fehlende Energie bis zum Lade-Ende berechnet und durch die Spannungsdifferenz zwischen dem Datenpunkt und dem Lade-Ende (440V) teilt, ergibt das hübsche Kurven mit markanten Maxima im Spannungsbereich um 370V:

Kapazitaetskurven_KaliLadungen_Ulf_SoC.jpg

Die Berechnung liest sich kompliziert, ist aber per Tabellenkalkulation problemlos machbar.

Beispiel für das Maximum der obersten Kurve:

a) Spannung =368,5V

b) Geladene Energie bis dahin = 5,86kWh

c) Spannung beim Ende der Ladung = 440V

d) Geladene Gesamt-Energie = 61,14kW

ergibt als Kurvenwert im Maximum = (d – b) / (c – a) = 0,773 kWh / Volt.

Die Kurven-Maxima sind also Kennzahlen für die Gesamt-Energiespeicherung im SoC-Bereich von ca. 9% – 100%.

Die Berechnungen der Kurven vom Mai 2024 und Oktober 2025 findet Ihr im Anhang auf den Blättern Beispiel_SoH_Mai24 und Beispiel_SoH_Okt25.

Einfachere SoH-Bestimmung mit SoC-Daten?

In der Grafik zeigt die orange Kurve meiner Kalibrierungsladung mit dejustiertem BMS exemplarisch, welche irrwitzigen Ergebnisse SoH-Berechnungsversuche anhand von SoC-Daten liefern können:

Als mein XP 26 Monate plus 9353 km alt war, hatte ich ihn mit 62,1 kWh von 2% bis 100% SoC aufgeladen - d.h. mehr als die offizielle Neu-Nettokapazität von 61,7 kWh!

17 Tage und 280 km später waren es im praktisch gleichen SoC-Bereich nur noch 57,9 kWh = 6,8% weniger.

Interpretiert man diesen scheinbaren Kapazitätsverlust als Degradationsrate und extrapoliert sie auf 100%, dann würde der SoH innerhalb von 250 Tagen und ca. 4.180km von 100% auf 0% fallen: das ist völlig absurd. Dabei zeigte der XP im Alltag keinerlei Auffälligkeiten, die auf ein dejustiertes BMS hindeuteten.

Doch die Grafik zeigt auch, daß sogar bei der Chaos-Kalibrierungsladung vom September 2025 das kWh/V – Maximum nur 0,13% unter dem Wert der anschließenden Oktober-Kalibrierungsladung lag. Daher wäre auch die orange Kurve zur Überwachnung des SoH-Verlaufs über die Haltedauer des XP geeignet – eben weil die kWh/Volt-Berechnungen keine SoC-Daten verwenden.

Also: Zurück zu den kWh/Volt – Daten

Meine Methode nutzt die gleiche Datengrundlage wie Aviloo: BMS-Daten zwischen 10 und 100% SoC…

Aviloo_PremiumtestAblauf.JPG

… allerdings rückwärts, weil ich den Akku nicht leerfahre, sondern lade. So macht es z.B. auch VAG für ihre Batteriezertifikate:

Wenn also Aviloo und VAG den SoH aus BMS-Daten zwischen ca. 10 und 100% SoC berechnen, dann sind wahrscheinlich auch meine Kurvenmaxima ein proportionales Maß für den SoH, und das Absinken des Maximums zwischen Mai 2024 und Oktober 2025 von 0,773 auf 0,754 kWh/V bedeutet einen Kapazitäts- bzw. SoH-Verlust von ca. 2,5%.

Daraus lassen sich allerdings keine absoluten SoH-Werte ableiten, sondern die 2,5% Verlust könnten z.B. 100 -> 97,5% SoH bedeuten, oder 96,3 -> 93,8% SoH, oder oder oder.

Anhand aller mir bisher zugänglichen Daten (einschl. 2 Kalibrierungsladungen von Romeo) vermute ich, daß die 0,773 kWh/V meines Akkus im Mai 2024 einem SoH von 98,9% entsprechen.

Dann hätte ein neuwertiger Akku mit 100% SoH einen kWh/V-Wert von 0,773 / 0,989 = 0,782 kWh/V.

Diese 0,782 kWh/V x 71,5V ergeben 55,91 kWh gespeicherte Energie bei ca. 91% SoC-Hub.

Linear extrapoliert, würde der neuwertige Akku bei einer 0-100%-Ladung 55,91 kWh / 0,91 = 61,4 kWh aufnehmen. Das paßt fast perfekt zur offiziellen Nettokapazität von 61,7kWh und zeigt, daß mein SoH-Berechnungsansatz eher richtig als grob falsch sein dürfte.

Der Innenwiderstand (Ri) des Akkus …

… ist stark temperaturabhängig und kann bei einer 11kW-Ladung eines neuwertigen Akkus von 0 bis100% SoC bei 0°C Zelltemperatur ca. 0,43 kWh nutzlos verheizen. Denn die 0,43 kWh müssen zusätzlich geladen werden, um auf 100% SoC zu kommen.

0,43 kWh entsprechen 0,7% der 61,7kWh-Nettokapazität und würden das SoH-Ergebnis schon bei einem neuwertigen Akku um ca. 0,7% nach oben verfälschen, wenn Ri nicht beachtet wird.

Im Laufe der Degradation erhöht sich der Ri, und SoH-Berechnungen ohne ihn werden daher noch falscher als bei 100% SoH.

Ich ermittle den Ri per Stromsprung-Aufzeichnung an einer AC-Wallbox, näheres findet Ihr im Blatt Beispiel_Ri des Anhanges.

Teil 2

Wie wird das Excelsheet bei der eigenen SoH-Berechnung benutzt?

Als Datenfutter wird gebraucht:

1. Für die Berechnung des Innenwiderstandes Ri:

1a. eine Stromsprung-Aufzeichnung bei höchstens 366 V Akkuspannung (ca. 5% SoC bei normal kalibriertem BMS) und stehendem MG4 ohne aktive Großverbraucher (AC, Akkuheizung, Heckschiebenheizung, Fahrlicht…).

Dafür den MG4 bei einer AC-Wallbox parken und eine Aufzeichnung mit Akkuspannung und Akkustrom starten, die spätestens alle 2 Sekunden gespeichert werden.

Wenn zusätzlich max. und min. Zellspannung und max. und min. Zelltemperatur aufgezeichnet werden, können diese Daten weitere Hinweise zum Akkuzustand liefern.

1b. bei laufender Aufzeichnung eine Ladung mit hoher Leistung (optimal: 11kW) starten, die Ladung ca. 5 – 10 sec nach dem Erreichen der vollen Leistung beenden, nach weiteren ca. 5 - 10 sec nochmal starten und nach ca. 5 – 10 sec wieder beenden.

1c. die Aufzeichnung beenden und die Spannungs- und Stromdaten ins Blatt Berechnung_Ri (orange Spalten) übernehmen. Aufgezeichnete Zeiten ändern hier nichts am Ergebnis und können auch weggelassen werden.

1d. in Zelle I2 den Wert eintragen, mit dem alle Sprünge der U-stromlos-Kurve im Diagramm beim Ein- und Ausschalten des Ladestroms möglichst klein werden: das ist der ermittelte Innenwiderstand für die eigentliche SoH-Berechnung.

2. für die SoH-Berechnung:

2a. möglichst kurz nach der Stromsprung-Aufzeichnung (damit der ermittelte Ri bei der SoH-Aufzeichnung noch paßt, bevor sich die Akkutemperatur ändert) eine durchgehende Kalibrierungsladung bis 100% SoC starten; die Ladeleistung kann frei gewählt werden, aber darf dann bis zum Ende der Ladung nicht mehr geändert werden!

2b. Während der laufenden Ladung im Spannungsbereich von ca. 366V bis 373V jeweils spätestens nach 2 Volt Spannungsanstieg die Daten aus 1a plus minutengenauer Uhrzeit aufzeichnen.

2c. ab 439V spätestens alle 60 Sekunden jeweils Uhrzeit, Akkuspannung und Akkustrom aufzeichnen, und nachdem der MG4 die Ladung beendet hat (d.h. Ladestrom < 0,5A, auch wenn danach „Batterieausgleich“ angezeigt wird), noch ca. 1 Minute weiter aufzeichnen. Der Abschaltzeitpunkt ist sehr wichtig und sollte mindestens minutengenau notiert werden, falls die Aufzeichnung nicht glatt durchläuft.

2d. Die Aufzeichnungsdaten Uhrzeit, Akkuspannung und Akkustrom ins Blatt Berechnung_SoH (orange Spalten) übernehmen. Wenn mehr Datenzeilen übertragen werden als in den Berechnungsspalten E bis J stehen, die Berechnungsspalten einfach so weit nach unten verlängern, bis alle Aufzeichnungsdaten abgedeckt sind.

2e. Die Daten für Spannung und kWh kumuliert von ca. 1 Minute nach dem Lade-Ende (in den SoH-Beispiel-Blättern gelb markiert) in die Zellen C3 und C4 eintragen; in C2 den mOhm-Wert aus I2 im Blatt Berechnung Ri eintragen.

2f. den berechneten SoH in Feld L6 ablesen.

3. optional ein weiterer Ri-Test nach der Kalibrierungsladung incl. Batterieausgleich:

3a. den Akku ohne Vollstrom-Orgien (um starke Erwärmung zu vermeiden) bis ca. 97% SoC runterfahren und den Ri-Test aus 1. wiederholen.

3b. den Mittelwert beider Ri-Ergebnisse ins Blatt Berechnung_SoH, Zelle C2 eintragen.

Das ist statistisch genauer als die Berechnung nur mit dem RI-Wert vor der Kalibrierungsladung.

Wie soll aufgezeichnet werden?

Bei Ri-Aufzeichnungen kommt man wegen der benötigten Samplerate (alle 2 Sekunden oder schneller) kaum um die Carscanner-App oder etwas vergleichbares herum, z.B. ein Werkstatt-Diagnosetool.

Carscanner-Aufzeichnungen können Sampleraten um ca. 1 Hz liefern. Das ist für Ri-Aufzeichnungen sehr gut, für SoH-Aufzeichnungen zwar oversized, aber unschädlich für die Genauigkeit des Ergebnisses.

Für SoH-Aufzeichnungen reichen z.B. auch Screenshots oder Notizen von Uhrzeit, Spannung und Strom aus, falls man die nötige Geduld und Ausdauer hat.

Da der MG4 bis ca. 439V mit konstanter Leistung lädt, werden zwischen 373V und 439V keine Aufzeichnungen gebraucht: das Excelsheet berechnet trotzdem die gesamte geladene Energie.

Die in 1a. genannten Daten der minimalen und maximalen Zellspannungen und –temperaturen werden für die SoH-Berechnung nicht gebraucht.

Aber sie können Hinweise auf Akkuprobleme geben, wenn z.B. der Zelldrift-Betrag sich bei jedem Start und Ende der Ladungen für die Ri-Bestimmung erheblich ändert: das deutet auf eine relativ große Ri-Streuung zwischen den Einzelzellen hin, die den Akku bei weiterer Degradation bald unbrauchbar machen könnte.

Auch wenn die max. und min. Zelltemperaturen während der Kalibrierungsladung deutlich auseinanderdriften anstatt sich anzunähern, ist das kein gutes Zeichen.

Vorsicht Akkuheizung!

Im Winter zeigt die Akkuheizung beim AC-Laden meines XP unterhalb 15°C Zelltemperatur (der kältesten Zelle) ein schwer kalkulierbares Eigenleben, auch wenn der Schalter im Lademenü auf OFF steht. Den Strombedarf der getakteten Akkuheizung aus der SoH-Aufzeichnung herauszurechnen, wäre schwierig und meistens auch ungenau.

Daher empfehle ich Aufzeichnungen zur verläßlichen SoH-Berechnung nur, wenn Umgebungsluft und Akku mindestens 15°C warm sind und das auch für die Dauer der Ladung sicher so bleibt.

Dagegen sind kurze Ri-Messungen ohne besonderes Fehlerrisiko auch im Winter möglich, wenn im Lademenü „maximaler Ladestrom“ eingestellt ist.

Schlußbemerkungen

Für Akkus außer dem 64kWh-NMC habe ich bisher keine Daten, anhand derer man den SoH nach der o.a. Methode berechnen kann. Aber wenn Besitzer eines Standard oder ER77kWh Lade-Aufzeichnungen oder sonstige Infos zu einem entsprechenden Projekt beitragen möchten, bin ich bereit, mich daran zu beteiligen.

Ja, meine SoH-Berechnung ist wohl nicht so bequem wie z.B. ein Aviloo-Premiumtest oder das Erstellenlassen eines VAG-Batteriezertifikats. Aber beim MG4 ist sie bisher der einzige mir bekannte Ansatz, der Meßdaten auswertet anstatt nur den angeblichen SoH auszulesen. Zudem spart sie jedes Mal ca. 100€ und liefert die Zusatzinformation des Akku-Innenwiderstands, der als ergänzendes Degradations-Kriterium herangezogen werden kann.

Zur Genauigkeit der Ergebnisse vermute ich, daß sie im Bereich des Aviloo-Premiumtests liegt. Da ich kein Akkuprofi bin, wird man die Ergebnisse wohl einfach vom Tisch wischen, wenn es z.B. um die garantierten 70% SoH bis 7 Jahre nach EZ geht.

Doch niemand kann mich daran hindern, sie z.B. bei meiner Entscheidung zu verwenden, ob ich den geleasten MG4 zurückgebe oder kaufe.

Und wenn ich an einem gebrauchten MG4 mit dem 64kWh-NMC-Akku interessiert wäre, würde ich bei Händlerangeboten eine Testzeit z.B. über 1 Wochenende erfragen, während der ich den SoH nach meinem Ansatz prüfen kann.

Wenn hier jemand den SoH seines 64kWh-NMC-Akkus nach meinem Ansatz ermittelt, wäre ich an den Ergebnissen für Ri und SoH interessiert, um ggf. eine parallele Datensammlung zu den ausgelesenen SoHs aufzubauen.

Der Carscanner-csv-Datenexport der beiden Kalibrierungsladungen von Romeo hat mir gezeigt, daß scheinbar chaotisch verstreute Daten erstmal geordnet werden müssen, bevor man sie für das Excelsheet im Anhang verwenden kann. Falls jemand damit Probleme haben sollte, kann ich helfen. Näheres dann bitte per PN-Konversation.