Stressniveau: Was macht Probleme? [Akkuzyklus #7 | Veröffentlichung 2026]

Vor fünf Jahren haben wir mit Erkenntnissen von Claudius Jehle, CEO von volytica diagnostics GmbH, die Artikelreihe „The Battery Cycle“ gestartet, um Licht auf die Komplexitäten von Li-Ion-Batterien zu werfen.

Die Reihe lieferte eine Fülle wertvoller Erkenntnisse für alle, die sich mit der elektrischen Mobilität beschäftigen.

Nun, fünf Jahre später, kehren wir zu denselben Themen zurück – wieder in Zusammenarbeit mit Claudius Jehle – und bereichern sie mit Daten aus der Praxis sowie gelernten Erkenntnissen.

Die vollständig aktualisierte Artikelreihe wird außerdem in einer monografischen Sonderausgabe, die den Ausgaben von Sustainable Bus (sowie den Schwestermagazinen Sustainable Truck & Van und Powertrain International) im gesamten Jahr 2026 beiliegt, veröffentlicht.

Ihre Fragen, Rückmeldungen und Beiträge sind uns unter info@sustainable-bus.com willkommen.

Willkommen zu einem neuen Artikel der Reihe „Battery Cycle“ – einer Serie von Artikeln, die sich darauf konzentrieren, dieses „Blackbox-Phänomen“ in einfachen Worten zu erklären, ohne dabei an technischer Genauigkeit einzubüßen. In unserem letzten Artikel wurde das Konzept des Zustands der Gesundheit (State of Health, SOH) erläutert sowie erklärt, warum es mit großer Vorsicht verwendet werden sollte. Da die Artikel miteinander verbunden sind, empfehlen wir dringend, sich auch alle vorherigen Artikel anzusehen (einschließlich solcher zu Unterschieden zwischen NMC, LFP, LTO, SOC sowie zu Themen wie Laden und Ausgleichen).

Der vorherige Artikel widmete sich einem bedeutenden Effekt der Alterung – dem Rückgang der Kapazität. Alles in dieser Branche dreht sich um diesen Aspekt – doch was wir nicht behandelt haben: Was schadet tatsächlich? Welche Faktoren beeinflussen das Alterungsverhalten und welche Maßnahmen können ergriffen werden, um den Fortschritt des Kapazitätsrückgangs zu verlangsamen?

Was sind „Kapazität“ und SOH?

Wie wir im letzten Artikel gelernt haben, wird die Kapazität, die man im täglichen Betrieb „erlebt“, oft als die „betriebliche“ oder „netto-Kapazität“ einer Batterie bezeichnet und wird programmgesteuert durch die BMS-Software zur Verfügung gestellt. Sie ist daher nicht automatisch proportional zur technisch verfügbaren, theoretischen elektrochemischen Kapazität eines Batteriesystems. Die betriebliche Kapazität kann sogar über Jahre hinweg konstant gehalten werden (Philosophie „Eat the buffer“: siehe vorherigen Artikel!), während die technische Kapazität zwar abnimmt, dies dem Benutzer jedoch oft nicht bewusst ist.

Dass die BMS das volle Potenzial einer Batterie freisetzen kann oder auch nicht – es gibt gute Gründe dafür, dies nicht zu tun! – darf jedoch niemals dazu führen, dass Besitzer oder Betreiber eine Batterie auf suboptimale, stressige Weise behandeln und betreiben.

Welche Faktoren beeinflussen also direkt die Alterung und damit mindestens indirekt auch die Kapazität sowie Leistung im Alltag?

Die kurze Antwort lautet: Es gibt nur wenige universelle Regeln. Im Allgemeinen hat jede Batteriezellart ihre eigene Anfälligkeit für den Gebrauch sowie äußere Einflüsse. Manche Zelltypen sind darauf ausgelegt, niedrige Temperaturen zu überstehen, andere hohe Ströme usw. – und wie so oft im Leben gibt es nichts umsonst. Eine Optimierung in einem Bereich hat ihren Preis in einem anderen – dazu später mehr.

Kalenderalterung versus Zyklusalterung

Zunächst möchten wir die Begriffe der kalendrischen (oder tagesbasierten) Alterung sowie der zyklischen Alterung vorstellen. Wenn keine Strömung fließt, d.h. kein Strom ein- oder ausgeht, degradiert sich eine Batterie ausschließlich auf kalendrische Weise. Sobald jedoch Strom fließt, wird dies durch die zyklische Alterung ergänzt. Beide Mechanismen führen zu einem Rückgang der Kapazität (und zu einem Anstieg des Widerstands), da Ionen durch Nebenreaktionen irreversibel inaktiv werden, wobei diese Reaktionen offensichtlich von verschiedenen Faktoren beeinflusst werden. Deshalb bezeichnen wir diese Faktoren als Einflussfaktoren. Typischerweise reagieren die Ionen irreversibel mit anderen Materialien in der Zelle (zum Beispiel dem Elektrolyten) und bilden passive Rückstände*. Es gibt auch andere Arten von Rückständen, die gefährlich werden können.

Die Einflussfaktoren sind recht universell, nur ihre individuelle Wirkung unterscheidet sich stark:

• Temperatur – d.h. die Temperatur der Zelle und nicht die Umgebungstemperatur**

SoC – Während der Inaktivitätsphasen (kalendrisches Altern) hängt das Altern vom SoC ab, bei dem die Batterie gelagert wird. Während des Betriebs (zyklisches Altern) hängt das Altern vom SoC-Bereich ab, d.h. vom Ladebereich zwischen den oberen und unteren zyklischen Grenzen.

Strom (nur während des zyklischen Alterns) – der Lade- und Entladestrom

Oft werden mechanische Belastungen wie Vibrationen und Druck (richtigerweise) in die Liste aufgenommen; vorerst werden wir sie ignorieren.

Temperatur und Lebensdauer der Batterie

Wie beeinflussen diese Faktoren das Ausmaß des Kapazitätsverlusts? Es hängt von der Anfälligkeit der Zellchemie ab, und diese Abhängigkeit ist oft stark nichtlinear. Die meisten Zellchemien profitieren von einer Lagerung bei niedriger Temperatur, da dadurch das kalendrische Altern verlangsamt wird (was die Wahrscheinlichkeit von Nebenreaktionen verringert).

Doch insbesondere NMC-Zellen leiden stark unter dem Aufladen bei niedrigen Temperaturen (

Lithium-Ablagerung, thermischer Austritt…

Li-Ionen-Batterien können als sicher angesehen werden. Eine „Selbstentzündung“ kann, falls überhaupt, nur angenommen werden, wenn interne mikroskopische Defekte kritische Werte erreichen. Einfach ausgedrückt bewegen sich die Li-Ionen innerhalb einer Zelle von einem Pol zum anderen, während die Elektronen diesen Weg über den elektrischen Kreislauf des Fahrzeugs zurücklegen. Unter normalen Bedingungen wandern die Ionen zum gegenüberliegenden Elektrodenpol, um sich mit den bereits dorthin gelangten Elektronen wiederzutreffen. Wenn es jedoch kalt ist, die Stromstärke hoch ist (Schnellladen) und/oder der Elektrodenpol bereits vollständig geladen ist, wird diese Migration genauso schwierig wie das Einsteigen in ein bereits überfülltes Flugzeug mit noch einmal drei Dutzend zitternden Passagieren. Unter solchen Bedingungen ist es daher elektrochemisch oft vorteilhafter, dass auf der Elektrode Metallablagerungen entstehen – eine sogenannte Lithiumbeschichtung, die „schlechte“ Form von Rückständen.

Praktische Tipps: 1) Planen Sie das passive Ausgleichen ein. Nach dem Aufladen auf 100 % sollten Sie den vom Hersteller empfohlenen Ruhezeitraum einhalten, damit das BMS die Zellen effektiv ausgleichen kann. 2) Fordern Sie detaillierte Diagnosedaten der Batterie an. Fragen Sie nach dem SoC-Unterschied, den Zellspannungen sowie Abweichungsmetriken – idealerweise auf Zelleniveau oder zumindest pro Modul oder String. 3) Gehen Sie diese Anforderungen in Ausschreibungen ein. Legen Sie eine definierte Ausgleichsstrategie, einen maximal zulässigen Zellunterschied sowie langfristigen Zugang zu den Rohdaten der Batterie fest.

Durch die ständige Wiederholung dieses Prozesses häufen sich solche Defekte an, bis schließlich die Fasern durchdrungen werden und interne Kurzschlüsse verursacht werden (Dendriten). Diese wiederum können Wärme erzeugen, was die chemischen Prozesse beschleunigt und zu noch mehr Wärme sowie Gasentstehung führt – ein selbstverstärkender Prozess, der als „Thermal Runaway“ bezeichnet wird. Eine solche Situation entwickelt sich in weniger als fünf Minuten zu einer explosionsartigen Entwicklung, wobei schließlich Gase in Form von dichten, weißen Dampfwolken, durchtränkt mit Elektrolyt, gewaltsam ausgestoßen werden.

Hinweis: Die Bedingungen, die eine Beschichtung ermöglichen, werden nur teilweise vom Batteriemanagementsystem eines Fahrzeugs gesteuert. Es liegt in der Verantwortung des Bedieters, seine Batterien zu überwachen und zu pflegen – genauso wie eine sorgfältige Lagerung, Handhabung sowie ein vernünftiger Überwachungsmechanismus für brennbare Flüssigkeiten unbestreitbar zu den besten Praktiken gehören.

SoC kommt ins Spiel

Daher bilden die C-Rate (Stromstärke) und die Temperatur zwar in der Regel eine komplexe Wechselwirkung, und die Empfindlichkeit gegenüber der Temperatur unterscheidet sich oft zwischen kalendrischem und zyklischem Alterungsprozess – doch die wahren Überraschungen bringen uns der SoC!

Der SoC kann einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer der Batterie haben – sowohl der inaktive SoC während des Parkens (kalendrisches Altern) als auch das SoC-Fenster oder der Bereich, in dem ein Gerät betrieben wird (zyklisches Altern). Auch wenn dies nur eines von Hunderten von Beispielen ist, zeigt es deutlich, welches Potenzial in diesem Faktor steckt: In der folgenden Abbildung ist die Verschlechterungsentwicklung zweier nahezu identischer Anwendungsfallbeispiele mit einer hochwertigen NMC-Zelle dargestellt. Beide nutzen nur etwa 50 % der Batteriekapazität (was nicht ungewöhnlich ist); die erste Variante (grün) tut dies in der oberen Hälfte (100>50>100>… %, d.h. sie wird zur Rückgabe halb voll zurückgegeben), während die zweite Variante (lila) einen extremen Betriebsmodus aufweist: Sie beginnt bei 50 % und wird praktisch leer zurückgegeben (50>0 %). Der Einfluss auf die Verschlechterung ist erstaunlich: Die zweite Batterie hält 2–3 Mal länger als die erste, wodurch die Gesamtbetriebskosten um mehr als 50 % gesenkt werden.

Wer wagt, gewinnt! Wirklich? Was diese Empfindlichkeiten angeht, sind Verallgemeinerungen äußerst gefährlich. Es könnte zahlreiche Zellen geben, die völlig unterschiedlich reagieren – eine oft zitierte Faustregel besagt, dass durch das Vermeiden von hohen (>90%) und niedrigen (

Zum Stressniveau der Batterie

Das klingt komplex, verwirrend und fast unhandhabbar. Tatsächlich kann selbst ein ausgebildeter Experte nicht beurteilen, wie stressig ein bestimmtes Nutzungsmuster ist – selbst durch manuelle Analyse, also durch Bewertung des C-Rate-Profils, der Temperaturentwicklung sowie der SoC-Werte und deren Vergleich mit der mehrdimensionalen Anfälligkeitsmatrix des Zelltyps*****.

Um die Komplexität zu verringern, gibt es das Konzept des „Stressniveaus“ – eine einfache Zahl, die dem Betrachter anzeigt, ob ein bestimmtes Nutzungsszenario stressiger oder weniger stressig ist als ein nomineller Referenzfall (wie die Standardkonfiguration sowie Garantiebedingungen wie „Ende der Lebensdauer nach 8 Jahren“). Ein Stressniveau von 1,0 bedeutet, dass das jeweilige Szenario etwa so stressig ist wie geplant, während ein Stressniveau von 2,0 darauf hindeutet, dass die Batterie unter den jeweiligen Einflussfaktoren vermutlich etwa doppelt so schnell abnimmt wie geplant.

Es gibt Tools, die den Stresslevel in einer Überwachungsplattform automatisch analysieren können. Diese Tools sind nützlich, um Risiken und Potenziale einzuschätzen sowie Anwendungsfälle anzupassen.

Die Rolle des BMS

Seit Jahren wird diskutiert, ob es Aufgabe der Batterieelektronik (BMS) ist, die Einflussfaktoren zu kontrollieren und unter Kontrolle zu halten. Ja, das ist sie. Sie verhindert schädliche Nutzung, die unmittelbare Sicherheitsgefahren („sehr hoher Stress“) verursachen könnte. Abgesehen von sehr seltenen Fällen ist sie jedoch weder dafür konzipiert noch vorgesehen, Empfehlungen für den „am besten geeigneten“ Stresslevel abzugeben.

Anders ausgedrückt: Ich werde verhindern, dass Sie zwei Flaschen Rotwein trinken, aber ich werde nicht empfehlen, stattdessen eine Tasse Ingwertee zu trinken.

Interessanterweise zeigt sich der globale Trend zu immer höheren Energiedichten (größerer Reichweite), was oft mit einem erheblichen Verlust an Lebensdauer erkauft wird. Ja, die durchschnittliche Stabilität nimmt ab! Das gilt insbesondere für Autobatterien in Personenkraftwagen, könnte aber früher oder später auch Schwerlastfahrzeuge betreffen. Auf jeden Fall sollte die starke und erhebliche Anfälligkeit aller Li-Ionen-Batterietypen gegenüber Einflussfaktoren uns alle alarmieren und das Bewusstsein für das enorme Optimierungspotenzial wecken, das in so vielen Anwendungsfällen noch ungenutzt bleibt.

In Kürze

1. Jeder Untertyp von Li-Ionen-Batterien weist eine eigene, oft komplexe Anfälligkeit gegenüber externen Einflussfaktoren auf – wobei das kalendrische Altern (Stehenbleiben) vom zyklischen Altern (Betrieb) unterschieden werden muss.

Sowohl Faktoren führen dazu, dass verschiedene Formen von Li-Ionen inaktiv werden – was stets zu einem mehr oder weniger ausgeprägten Rückgang der Kapazität (und zu einem Anstieg des Widerstands) führt und manchmal sogar zum Auftreten gefährlicher Rückstände (Li-Verzinkung).

Schonende Nutzungsumstände ergeben somit unterschiedliche Belastungsniveaus (oder Degradationsverläufe), und allein die Zählung der Ladezyklen oder des Alters reicht niemals aus, um eine angemessene Beurteilung der Degradation vorzunehmen!

Anders ausgedrückt: Man muss weiterhin regelmäßig und unabhängig die Kapazität sowie den SoH überprüfen.

Dies erfordert außerdem ein erhöhtes Bewusstsein sowohl für die Gefahren (mögliche Auslösung von Sicherheitsproblemen, siehe eingefügte Artikel und folgende Beiträge) als auch für die Auswirkungen verschiedener Einflussfaktoren auf das Degradationstempo – beispielsweise durch die Überwachung des Belastungsniveaus der Batterie.

Gleiche leichte Anpassungen an die Nutzungsmuster können den Batteriestress erheblich verringern und dazu beitragen, die Lebensdauer der Batterie um 10 bis 50 % zu verlängern – in einigen extremen Fällen sogar um den Faktor 2 oder mehr!

* Oft als „Solid-Electrolyte-Interface“ (SEI) bezeichnet, da diese Ablagerung eine Schnittstelle zwischen den festen Elektroden und dem Elektrolyten bildet.

** Die Zelltemperatur ist natürlich niemals völlig unabhängig von der Umgebungstemperatur. Insbesondere in Batteriesystemen ohne Temperaturregelung (ohne aktive Heizung/Kühlung) wird die Zelltemperatur direkt von der Umgebung beeinflusst. Selbst bei aktiver Regelung nähert sich die Zelltemperatur nach langen Ausfallzeiten wieder der Umgebungstemperatur an.

*** ‚C-Rate‘ ist die normalisierte Strömeinheit; anstelle von 20 A – was für eine kleine Zelle (z. B. 2 Ah) sehr hoch sein kann, aber für eine große Batterie mit 1000 Ah vernachlässigbar ist – teilt man den Strömm Wert in der Regel durch die Nennkapazität: 10 C im ersten Fall, 0,02 C im zweiten. 1 C bedeutet somit: Leere aufnehmen in ca. 1 Stunde.

**** Laden und Entladen bei 1 C, volles SoC-Bereichsfenster (0 – 100 % – 0 %), unterschiedliche Temperaturen

***** Diese Empfindlichkeitsmatrix wird oft als Belastungskarte bezeichnet. Aufgrund ihres enormen Umfangs und ihrer Komplexität ist sie meist zumindest teilweise weder dem Hersteller der Zelle noch dem des Systems bekannt. Da sie große Optimierungspotenziale bietet, bleibt sie oft auch ein gut gehütetes Geheimnis.

Der Artikel „Belastungsgrad: Was schadet? [Battery Cycle #7 | 2026 RELEASE]“ erschien erstmals auf Sustainable Bus.