EV-Batterie Alterungs-Simulator

EV-Batterie Alterungs-Simulator - Semi physikalisches Degradationsmodell.

Basis-Parameter

Herstellkosten ca. 75-120 €/kWh (BNEF 2025 [12]), Ersatz-Akku in der Werkstatt ca. 190-240 €/kWh.

Pack Topologie (Statistik)

Zyklischer Stress

⏳ Kalendarik

🔧 Experten-Modus

Schmalstieg Parameter (Table 2)

(Maximal 0 Tage simuliert)

Leistung (kW) & State of Charge (%)

Zell-Temperatur (°C) & Zell-Spannung (V)

Wohin geht die Kapazität?

Grün ist, was vom Akku übrig ist. Grau altert einfach mit der Zeit weg, blau verbraucht das Fahren.

Sweet Spot: Wann sind Akku und Auto gleichzeitig am Ende?

Akku-Lebensdauer bei unterschiedlicher Fahrleistung, alle anderen Einstellungen wie links.

Was merkt der Fahrer? Reichweite

Reichweite mit vollem Akku beim eingestellten Verbrauch.

Was merkt der Fahrer? Schnellladen 10-80 %

Der steigende Innenwiderstand macht das Laden mit der Zeit langsamer.

Zell-Alterung im Pack (Drift der Gauß-Verteilung)

Beobachte, wie die Streuung über die Jahre zunimmt. Die schwächste Zelle (rote Linie) altert durch die minimal höhere relative Belastung (DoD) immer schneller und bestimmt das Lebensende des gesamten Packs.

Zustand am Lebensende

SoH der Zellen beim Ausfall des gesamten Packs.

Isolierte Alterungsmechanismen (jeweils von 100% abwärts)

Hier siehst du, wie viel Kapazität jedes Modell für sich allein kosten würde.

Kapazitätsverlauf (Pack, schwächste Zelle)

Widerstandszuwachs (kalendarisch / zyklisch)

Jahresverlauf Umgebungstemperatur (°C)

Daten exportieren (CSV) für eigene Diagramme

Oben in jeder Datei stehen die Einstellungen als Kommentarzeilen (#). Die Chemie-Vergleiche rechnen LFP modern, NMC 811, NCA 2170 (Model 3) und NCA 18650 (Model S) mit sonst identischen Einstellungen (inkl. Park-SoC). „Akku hält“ bezieht sich auf 75 % Restkapazität, die Sweet-Spot-Kurve rechnet bis 50 Jahre.

Vollzyklen & Stecker-Vorgänge

Kapazität vs. Widerstand (Zelldurchschnitt)

Monat Jahr SoH_Mean (%) SoH_Pack (%) C_cal (LLI) C_cyc (LAM) SoR_Rise (%) EFC Abs. Ladevorgänge

LFP Kalendarik: Messung (Punkte) vs. Modell (Linien)

LFP Zyklik (inkl. Kalendarik im Test): Messung vs. Modell

Alle LFP-Testpunkte (Naumann, Sony/Murata US26650)

TestpunktDauerKap. gemessenKap. ModellRMSER gemessenR Modell

NMC: Plating-Faktor vs. Luh & Blank 2024 (LG HG2, WLTP-Profil 10-90 %)

BedingungMessung: schnellere Alterung bis 80 % (Bezug 0,33C bei 25 °C)Modell

NMC-Kalendarik nach 400 Tagen vs. Luh & Blank 2024

LagerungMessung LG HG2*Modell „2024 NMC 811“

* aus Fig. 11 abgelesen (±0,5 %-Punkte). Die Messung enthält 43-63 Vollzyklen aus den Check-ups, das erklärt den geringen Temperatureinfluss bei 0-25 °C. Die HG2 ist eine ältere Hochenergie-18650 mit SiO-Anode. Laut den Autoren halten neuere Automotive-Zellen deutlich länger.

Praxis-Check: echte Fahrzeuge vs. Tool (Akku-SoH)

Fahrzeug / QuelleAnnahmen im ToolLaufleistungMessungToolBewertung

Kalibriert ist die Zyklik aller drei Fahrzeug-Chemien an den Teslalogger-Flottendaten [19]: LFP am Model 3 SR+ (CATL), NMC 811 am Model Y Long Range (LG), NCA 2170 am Model 3 Long Range/Performance 2019-2020 (Panasonic), NCA 18650 an den Model S 85/85D/90D (2013-2017). Alle anderen Zeilen sind unabhängige Prüfungen. Die alten Model S haben nach gut 300.000 km im Median noch rund 82-86 %. Ihre 18650-Zellen verlieren pro Zyklus etwa zwei Drittel so viel wie die 2170-Zellen im Model 3 (beide an Medianen gefittet). Das ist eine Tendenz, kein sicherer Befund: Das Alter der Autos ist unbekannt, und Akkus, die auf Garantie getauscht wurden, fehlen. Für sie gilt der Median der Einzelpunkte ohne Werte über 95 % ab 150.000 km: Das Flottenmittel enthält dort Autos mit getauschtem Akku (beim S 85 bei 250-300.000 km rund 12 %). Teslalogger zeigt das Flottenmittel pro Kilometerstand, das Alter der Autos ist nicht bekannt. Das Tool rechnet deshalb mit 25.000 km/Jahr, bei hohen Kilometerständen mit der Fahrleistung, die seit Marktstart des Modells nötig war (Vielfahrer). Bei unbekannter Jahresfahrleistung rechnet das Tool eine Spanne. SoH-Messungen haben selbst etwa ±2 %-Punkte Unsicherheit, und zwischen einzelnen Fahrzeugen streut der SoH bei 150.000 km um über 12 %-Punkte [14]. VW ID.3 und Hyundai Ioniq 5 liegen in den Messungen 2-4 %-Punkte besser als das an Teslas kalibrierte NMC-811-Preset, für diese Autos rechnet das Tool also eher pessimistisch.

Plausibilität gegen Flottendaten: Geotab 2025 (22.700 Fahrzeuge, 21 Modelle) [10]

Kategorie (Geotab)Nachgestellt im ToolGeotab %/JahrTool %/JahrGeotab relativTool relativ

Das Tool rechnet mit NMC 811, 70 kWh und 18 kWh/100 km am aktuell gewählten Standort. Als Rate gilt der mittlere Kapazitätsverlust der ersten 4 Jahre (Flottenfahrzeuge sind meist jung). Geotab-Werte sind Flottenmittel über viele Modelle und Klimazonen und nicht bereinigt. Vielfahrer laden auch öfter schnell, deshalb enthält der DC-Effekt der Flotte einen Teil des Fahrleistungs-Effekts. Die Spalten „relativ“ beziehen sich jeweils auf die erste Zeile der Gruppe.

Zu Schnellladen und Fahrleistung: SoC-Exposition und Fahrleistung trifft das Tool gut. Schnellladen wirkt im Tool deutlich schwächer (Flotte 2x, Tool ca. 1,03x). Das ist bewusst so. Laborzellen mit Temperaturregelung (Luh & Blank [5]) altern bei 40 °C mit 1,67C praktisch genauso wie mit 0,33C und bei 25 °C um ca. Faktor 1,4. Der ADAC-Dauertest [13] mit 38.000 km/Jahr, viel Schnellladen und häufig 100 % kommt auf nur ~2 % pro Jahr. In der Flotte hängen Vielfahren, Schnellladen, Transporter-Nutzung und Laden bis 100 % zusammen, die Einzeleffekte lassen sich dort nicht trennen. Ohne Vorkonditionierung und bei Kälte zeigt das Tool deutlich stärkere Effekte.

Messdaten: Naumann et al., Mendeley Data, CC BY 4.0 (Kalendarik doi:10.17632/kxh42bfgtj.1, Zyklik doi:10.17632/6hgyr25h8d.1). Die Modellkurven werden live mit denselben Funktionen berechnet wie die Simulation.

Was kann dieses Tool (und was nicht)?

Das kann das Tool

Wissenschaftliche Basis NMC: abgewandeltes Schmalstieg-Modell [1] (Arrhenius, Spannung, t^z, √Ah). LFP: Naumann-Modell [2, 3] (Arrhenius, SoC, √t bzw. √FEC mit C-Rate und DoD) mit den Originalparametern [4], validiert gegen die Original-Messdaten (Tab „Validierung“). Beide Modelle rechnen mit "virtueller Zeit", d. h. die Alterung hängt vom erreichten Zustand ab, nicht vom Kalenderalter.
Echte Klimadaten Stündliche Wetterdaten (Open-Meteo [7], 2023-2025) werden zu Tagesmitteln zusammengefasst. Das passt zur thermischen Trägheit eines Akkupacks, der Stundenspitzen stark glättet.
Pack-Dynamik Es simuliert, wie die schwächste Zelle im Pack (statistischer Rand der Gauß-Verteilung) das Ende der Reichweite erzwingt.
Fahrdynamik Jeder Tag wird in Parken, Fahren und Laden aufgeteilt, bis zu 25 Jahre lang. Laden bei Kälte bzw. mit hoher C-Rate erhöht die zyklische Alterung (Lithium-Plating, kalibriert an Luh & Blank [5]), DC-Vorkonditionierung wirkt dagegen.

Das kann es nicht

Keine Defekt-Vorhersage Plötzliche Zell-Kurzschlüsse, Elektronikschäden am BMS oder mechanische Unfälle können nicht simuliert werden.
Heizung/Kühlung Der Energieverbrauch für die Klimatisierung des Akkus im Winter ist in der Kilometer-Rechnung nur pauschal inkludiert.
BMS-Strategien Jeder Hersteller nutzt andere Puffer (Brutto/Netto). Das Tool geht von einer physikalisch verfügbaren Kapazität aus.
Zellunterschiede Die Sanyo-NMC stammt aus dem Schmalstieg-Paper, die LFP (Sony/Murata US26650, Baujahr ~2012) aus den Naumann-Papern. Die NMC 811 ist aus Erfahrungs- und Messwerten geschätzt. Moderne Automotive-LFP-Zellen (z. B. CATL, BYD) altern vermutlich deutlich langsamer als die Sony-Zelle. Die Daten gilt es zu validieren!
Zeitliche Auflösung Gerechnet wird mit Tagessegmenten (Parken/Fahren/Laden) und Tagesmitteltemperaturen. Thermische Spitzen im Minutenbereich, das Thermomanagement des Fahrzeugs und Lithium-Plating im Detail werden nur vereinfacht abgebildet. Der Knee-Effekt ist qualitativ und nicht an Messdaten kalibriert.

Modell & Annahmen

NMC: Schmalstieg-Modell [1] (modifiziert)

Kalendarik Q_cal = k_cal · f_V(U) · exp(−E_a/R · (1/T − 1/298 K)) · t^z
f_V(U) = (7,543·U − 23,75)/3,4, U aus der OCV-Kurve des Sanyo UR18650E [1, Fig. 1]. k_cal, E_a und z sind Presets pro Zelltyp. Beim Preset „2024 NMC 811“ sind E_a und k_cal geschätzt (k_cal passt zu Geotab, ~2 %/Jahr).
Zyklik Q_cyc = β(Ū, DoD) · k_cyc · f_Pl · Q_Ah^z_cyc
β aus [1], Tabelle 2. Die Originalmessung lief mit 1C bei 35 °C, der Plating-Faktor f_Pl ist darauf normiert. Schmalstieg nutzt z_cyc = 0,5. Bei den Presets „2024 NMC 811“ und „NCA“ ist z_cyc = 0,9: Autozellen verlieren nach der Anfangsphase fast linear mit dem Durchsatz. k_cyc ist an die Teslalogger-Flottendaten [19] gefittet. Mit 0,5 flacht die Zyklik ab, dann würde selbst ein Vielfahrer mit 2 Mio. km kaum Kapazität verlieren.

LFP: Naumann-Modell [2, 3]

Kalendarik Q_cal = k(T) · (2,8575·(SoC−0,5)³ + 0,60225) · √t, E_a = 17,1 kJ/mol
R_cal = k_R(T) · (−3,3903·(SoC−0,5)² + 1,5604) · t, E_a = 71,8 kJ/mol
Zyklik Q_cyc[%] = (0,0630·C + 0,0971) · (4,0253·(DoD−0,6)³ + 1,0923) · f_Pl · √FEC
Die Parameter stammen 1:1 aus SimSES [4]. Das Tool trifft die Referenz auf 4 Nachkommastellen. Getestet wurde 0,2C bis 2C bei 25 °C und 40 °C, DC-Laden über 2C ist also extrapoliert.
LFP modern (Fahrzeug-Presets): dieselben Gleichungen, Kalendarik × 0,6, Zyklik mit FEC^0,9 statt √FEC, gefittet an die Teslalogger-Flottendaten Model 3 SR+ LFP [19]. Im Labortest (0-100 %, 1C, 25 °C) sind das ca. 2.900 Vollzyklen bis 80 %, BYD nennt für die Blade-Zelle über 3.000 [20].

Gemeinsame Bausteine

Virtuelle Zeit / virtueller Durchsatz Jeder Zeitschritt setzt die √t- bzw. √Q-Kurve ab dem bereits erreichten Verlust fort (wie in [2-4]). Dadurch hängen Klima und Nutzungsprofil vom Zustand ab, nicht vom Kalenderalter.
Lithium-Plating f_Pl = 1 + 0,143 · C² · exp(5550 K · (1/T − 1/298 K)), begrenzt auf 10. Kalibriert an Luh & Blank [5]: Schnellladen mit 1,67C altert bei 25 °C ca. 2x, bei 0 °C ca. 10x schneller. Gilt nur für den Lade-Halbzyklus. Mit DC-Vorkonditionierung startet der Akku mit mindestens 25 °C, beim Laden kühlt das Thermomanagement auf max. 45 °C. Nach dem DC-Laden bleibt der Akku 3 Stunden bei der mittleren Temperatur aus Ladeende und Umgebung (Nachwärme). Ein zusätzlicher C-Raten-Term für NMC wurde geprüft und verworfen, weil er den NMC-Messungen in [5] widerspricht.
Knee Ab 80 % SoH gilt ein zusätzlicher Verlust pro FEC, der quadratisch wächst und mit DoD und Plating-Faktor skaliert. Das Verhalten orientiert sich qualitativ an [5, 6], ist aber nicht kalibriert.
Pack & Lebensende Die schwächste Zelle liegt σ/√P · √(2·ln S) unter dem Mittel und hat dadurch einen tieferen effektiven DoD. Die Nennkapazität des Packs ist die der schwächsten Zelle, ein neues Auto hat also 100 % SoH. Das Lebensende ist erreicht, wenn die schwächste Zelle 75 % ihrer Anfangskapazität hat oder der Innenwiderstand um 100 % gestiegen ist.
Beispiel-Fahrzeuge Die Pack-Daten stammen aus [9]: Zellzahl und Nennspannung ergeben S und P, dazu kommen Real-Verbrauch und die mittlere DC-Leistung (10-80 %). Die Chemie wird auf das LFP- bzw. NMC-Modell abgebildet. Die genauen Zellparameter der Hersteller sind nicht öffentlich, Unterschiede zwischen den Autos kommen deshalb vor allem von Packgröße, Verbrauch und Ladeleistung.
Klima Stündliche Temperaturen 2023-2025 von Open-Meteo [7] auf ERA5-Basis [8], als Tagesmittel. Die drei Jahre werden über die Simulationsdauer wiederholt.

Wissenschaftliche Grundlagen & Referenzen

Das Tool kombiniert die folgenden Arbeiten. Plating-Faktor, Knee, Pack-Statistik und Fahr-/Ladeprofil sind eigene Ergänzungen.

[1] Schmalstieg, J., Käbitz, S., Ecker, M., & Sauer, D. U. (2014).
A holistic aging model for Li(NiMnCo)O2 based 18650 lithium-ion batteries. Journal of Power Sources, 257, 325-334. doi:10.1016/j.jpowsour.2014.02.012
[2] Naumann, M., Schimpe, M., Keil, P., Hesse, H. C., & Jossen, A. (2018).
Analysis and modeling of calendar aging of a commercial LiFePO4/graphite cell. Journal of Energy Storage, 17, 153-169. doi:10.1016/j.est.2018.01.019
Messdaten (CC BY 4.0): doi:10.17632/kxh42bfgtj.1
[3] Naumann, M., Spingler, F. B., & Jossen, A. (2020).
Analysis and modeling of cycle aging of a commercial LiFePO4/graphite cell. Journal of Power Sources, 451, 227666. doi:10.1016/j.jpowsour.2019.227666
Messdaten (CC BY 4.0): doi:10.17632/6hgyr25h8d.1
[4] Möller, M., Kucevic, D., Collath, N., Parlikar, A., Dotzauer, P., Tepe, B., et al. (2022).
SimSES: A holistic simulation framework for modeling and analyzing stationary energy storage systems. Journal of Energy Storage, 49, 103743. doi:10.1016/j.est.2021.103743 · github.com/tum-ees/simses
[5] Luh, M., & Blank, T. (2024).
Comprehensive battery aging dataset: capacity and impedance fade measurements of a lithium-ion NMC/C-SiO cell. Scientific Data, 11, 1004. doi:10.1038/s41597-024-03831-x
[6] Attia, P. M., Bills, A., Brosa Planella, F., Dechent, P., dos Reis, G., Dubarry, M., et al. (2022).
Review—“Knees” in Lithium-Ion Battery Aging Trajectories. Journal of The Electrochemical Society, 169, 060517. doi:10.1149/1945-7111/ac6d13
[7] Zippenfenig, P. Open-Meteo.com Weather API (Historical Weather API), CC BY 4.0. open-meteo.com
[8] Hersbach, H., Bell, B., Berrisford, P., et al. (2020).
The ERA5 global reanalysis. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 146, 1999-2049. doi:10.1002/qj.3803
[9] EV Database: Fahrzeugdaten der Beispiel-Fahrzeuge (Kapazität, Zellzahl, Nennspannung, Real-Verbrauch, DC-Ladeleistung, Garantie), abgerufen am 18.09.2026. ev-database.org
[10] Geotab (2025). EV Battery Health: Key Findings from 22,700 Vehicle Data Analysis. geotab.com/blog/ev-battery-health
[12] BloombergNEF (2025). Lithium-Ion Battery Pack Prices Fall to $108 Per Kilowatt-Hour. Mittel über alle Anwendungen; LFP 81 $/kWh; Europa ca. 56 % über China (84 $/kWh). about.bnef.com
[13] ADAC (2025/2026). VW ID.3 Pro S im Dauertest: SoH per Aviloo von 21.749 bis 220.158 km, Erstzulassung 05/2021. adac.de · Pressemeldung 15.07.2025
[14] Aviloo (2026). Battery-Health-Studie mit über 500.000 Tests, Median-SoH nach Laufleistung (20 Modelle). electrek.co
[15] Nyland, B. (2021). Kapazitätstest Tesla Model 3 Long Range 2019 nach 88.000 km (ca. 92 %). insideevs.com
[16] Tesla Impact Report 2023. Model 3/Y Long Range: im Mittel ca. 15 % Kapazitätsverlust nach 200.000 Meilen (320.000 km). insideevs.com
[17] Carla (Gebrauchtwagenhändler, Schweden). Tesla Model 3 RWD mit CATL-LFP: im Mittel 93,3 % nach 100.000 km. theelectricviking.com
[18] Voltest (11/2025). SoH-Tests an Tesla Model 3 RWD LFP (Baujahr 2022): 92 % nach ~225.000 km, 90 % nach ~265.000 km, Spanne 87-93 %. insideevs.com
[19] Teslalogger, Flotten-Degradation (abgerufen 19.09.2026). Flottenmittel der BMS-Reichweite bei 100 % nach Kilometerstand, überwiegend Fahrzeuge aus Europa: Model 3 SR+ LFP (~28.000 Messpunkte), Model Y Long Range (~44.000), Model 3 Long Range/Performance 2019-2020 (~42.000). Model S 85, 85D und 90D (abgerufen 28.09.2026, ~19.000 Einzelpunkte): Median je 50.000 km, ohne getauschte Akkus, bezogen auf die EPA-Reichweite neu (426 / 435 / 473 km), weil Teslalogger für diese Autos keinen Wert bei 0 km hat. Der Neuwert ist damit ±2-3 %-Punkte unsicher, das Alter der Autos unbekannt. teslalogger.de/degradation.php
[20] BYD (01/2026). Blade-Batterie (LFP): über 3.000 Lade-/Entladezyklen, entspricht 1,2 Mio. km. Garantie 8 Jahre / 250.000 km auf mindestens 70 %. bydukmedia.com
[11] Spingler, F. B., Naumann, M., & Jossen, A. (2020).
Capacity Recovery Effect in Commercial LiFePO4 / Graphite Cells. Journal of The Electrochemical Society, 167, 040526. doi:10.1149/1945-7111/ab7900