Ladeprofil (CC-CV)

Wie funktioniert CC-CV-Laden?

Konstantstrom – Konstantspannung (CC-CV) ist das Standard-Ladeprotokoll für Lithium-Ionen-Batterien. Es besteht aus zwei Phasen: Zuerst liefert das Ladegerät einen konstanten Strom, bis die Zelle ihre maximale Spannung erreicht (typischerweise 4,2V für NMC/NCA), dann hält es diese Spannung, während der Strom allmählich abnimmt.

Während der CC-Phase lädt die Batterie schnell und nimmt etwa 60-80% ihrer Kapazität auf. Während der CV-Phase verlangsamt sich die Ladung, da die Spannungsdifferenz zwischen Ladegerät und Zelle abnimmt, und liefert die verbleibenden 20-40%. Der CV-Abschaltstrom (typischerweise C/20 bis C/10) bestimmt, wann die Ladung als abgeschlossen gilt.

Dieses Protokoll balanciert Ladegeschwindigkeit und Batterielebensdauer. Das Weglassen oder Verkürzen der CV-Phase (Laden nur bis ~80% SOC) verlängert die Zyklenlebensdauer erheblich, weshalb viele E-Fahrzeuge und Laptops eine Einstellung zur '80%-Ladebegrenzung' anbieten.

Die Einstellung des CV-Abschaltstroms wirkt sich unmittelbar sowohl auf die Vollständigkeit der Ladung als auch auf die Ladedauer aus. Ein niedrigerer Abschaltstrom (z. B. C/20) lädt die Zelle auf ~99% SOC, verlängert aber die CV-Phase erheblich. Ein höherer Abschaltstrom (z. B. C/5) beendet die Ladung bei ~90-95% SOC, spart jedoch 30-60 Minuten. Die Wahl des richtigen Abschaltstroms ist ein technischer Kompromiss zwischen nutzbarer Kapazität und gesamter Ladedauer.

Formula: CC-Phasenzeit ≈ (Ziel-SOC - Anfangs-SOC) × Kapazität / Strom CV-Phasenzeit ≈ -τ × ln(I_Abschalt / I_cc) Gesamtzeit = CC-Phase + CV-Phase

Beispielrechnung

Laden einer 5-Ah-Zelle mit 2,5A (0,5C) bei 0,25A Abschaltstrom. CC-Phase liefert ~80% = 4 Ah bei 2,5A → ~96 min. CV-Phase liefert ~1 Ah mit abnehmendem Strom → ~44 min. Gesamt ≈ 140 min (2,33 Stunden) für eine Vollladung.

Wann diesen Rechner verwenden

• Auslegung eines Ladegeräts durch Schätzung der Gesamtladezeit für eine gegebene Zellkapazität, Ladestrom und Abschaltstrom
• Optimierung der Ladeparameter zum Ausgleich von Ladegeschwindigkeit und Zyklenlebensdauer — Vergleich verschiedener CC-Raten und CV-Abschaltströme
• Schätzung, wie viel der Ladezeit auf die CC-Phase im Vergleich zur CV-Phase entfällt, um benutzerseitige Ladezeitvorhersagen zu unterstützen
• Planung des Durchsatzes von Prüfstationen in der Fertigung durch Berechnung der Ladezeit pro Zelle für die Formierungszyklen

Häufige Fehler vermeiden

• Den CV-Abschaltstrom zu hoch einstellen — ein Abbruch bei C/5 statt C/20 lässt 5-10% der Kapazität ungeladen, was sich über parallele Zellen in einem Pack summiert und ein Ungleichgewicht verursacht
• Temperaturgrenzen während der CC-Phase ignorieren — ein hoher CC-Strom erzeugt erhebliche Wärme; überschreitet die Zelle 45°C, sollte das BMS den Ladevorgang drosseln oder pausieren, um eine beschleunigte Degradation zu verhindern
• Anwenden von CC-CV-Parametern einer Chemie auf eine andere — NMC lädt auf 4,2V, LFP auf 3,65V, LTO auf 2,85V; die Verwendung der falschen Spannungsobergrenze ist gefährlich
• Den SOC-Startpunkt der CC-Phase nicht berücksichtigen — ist die Zelle nicht vollständig leer, ist die CC-Phase kürzer; das Modell nimmt einen Start bei 0% an, sofern nicht angepasst

Ergebnisse interpretieren

• Die gesamte Ladezeit ist die Summe der Konstantstrom- und Konstantspannungsphase — der Großteil der Kapazität wird in der schnelleren CC-Phase geliefert, während die CV-Phase die letzte Aufladung langsam ergänzt, wenn der Strom zum Abschaltwert hin abnimmt
• Ein niedrigerer Abschaltstrom füllt die Zelle vollständiger, verlängert aber die CV-Phase unverhältnismäßig — ein höherer Abschaltwert tauscht wenige Prozent Kapazität gegen eine merklich kürzere Ladung
• Die durchschnittliche C-Rate fasst zusammen, wie aggressiv die Ladung ist; halten Sie sie innerhalb des Lade-C-Rate-Grenzwerts der Zelle, der oft niedriger als ihr Entladegrenzwert ist, da ein zu schneller CC-Strom die Temperatur erhöht und Lithium-Plating fördert

Verwandte Normen & Referenzen

• IEC 62660-1 — Lithium-Ionen-Zellen für die EV-Anwendung: Lade- und Entladeleistungs-Prüfverfahren einschließlich CC-CV-Protokollen
• IEC 61960 — sekundäre Lithiumzellen: standardmäßiges CC-CV-Ladeverfahren und Konventionen zur Kapazitätsmessung
• IEC 62133-2 und IEC 62619 — Sicherheitsanforderungen, die Ladespannungs- und Stromgrenzen für tragbare und industrielle Lithiumbatterien festlegen
• Herstellerdatenblätter — definieren den empfohlenen Ladestrom, die Spannungsgrenze und den Abschalt-(Taper-)Strom für die jeweilige Zelle

Häufig gestellte Fragen

Warum ist Konstantspannung nötig — warum nicht nur Konstantstrom?

Konstantstrom allein würde die Zellenspannung über sichere Grenzen treiben, wenn der SOC steigt, was zu Lithium-Abscheidung, Elektrolytzersetzung und möglicherweise thermischem Durchgehen führt. Die CV-Phase begrenzt die Spannung, während der Strom natürlich abnimmt, wenn sich die Zelle der Vollladung nähert.

Was ist der Unterschied zwischen CC-CV und Stufenladung?

CC-CV verwendet eine Stromstufe und dann Spannungshaltung. Stufenladung (mehrstufiges CC) verwendet abnehmende Stromstufen ohne CV-Haltung, was die Ladezeit verkürzen und gleichzeitig die Wärmeerzeugung begrenzen kann. Einige fortgeschrittene Protokolle wie Pulsladung fügen Ruhepausen hinzu, um die Lithium-Ionen-Diffusion zu ermöglichen und möglicherweise die Zyklenlebensdauer zu verbessern.

Wie wähle ich den richtigen CC-Ladestrom?

Orientieren Sie sich an der maximal empfohlenen Laderate des Zellenherstellers (z. B. 0,5C oder 1C). Ein höherer CC-Strom verkürzt die CC-Phase, erzeugt aber mehr Wärme und Belastung. Für Zellen ohne aktives Wärmemanagement ist 0,5C ein sicherer Standardwert. Für Schnellladeanwendungen sind Hochleistungszellen erforderlich, die für 2-4C-Laden ausgelegt sind.