Prüfung eines Second-Life-Batteriepacks aus einem Nissan Leaf als stationärer Stromspeicher

Die Weiterverwendung von Batterien aus Elektrofahrzeugen bietet eine praktische Möglichkeit, ihren Nutzwert über den Fahrzeugeinsatz hinaus zu erhalten. Vor einer Zweitnutzung muss ihr Zustand jedoch sorgfältig geprüft werden.  In dieser Fallstudie wird ein Second-Life-Batteriepack aus einem Nissan Leaf anhand seines Ladeverhaltens, seiner Spannungsgrenzen und seiner internen Daten bewertet. Mithilfe des OBSIDIAN R8 von Dewesoft zeigt die Studie eine zuverlässige Methode zur Beurteilung von Sicherheit und Leistungsfähigkeit vor der Integration der Batterie in ein Gleichstrom-Mikronetz auf.

Warum Second-Life-EV-Batterien geprüft werden müssen

Elektrofahrzeuge (Electric Vehicles, EV) setzen sich immer mehr durch, doch ihre Lithium-Ionen-Batterien haben im Fahrzeugeinsatz eine begrenzte Nutzungsdauer. Sinkt die Kapazität eines Batteriepacks auf etwa 70–80 % des ursprünglichen Werts, erfüllt es möglicherweise die Anforderungen des Fahrzeugs nicht mehr, kann für weniger anspruchsvolle Anwendungen wie die stationäre Stromspeicherung jedoch weiterhin geeignet sein.

Vor einer solchen Weiterverwendung muss die Batterie sorgfältig geprüft werden, da ihr tatsächlicher Zustand ungewiss ist und verdeckte Schäden vorhanden sein können. Die Zweitnutzung gebrauchter EV-Batterien kann somit deren Nutzungsdauer verlängern, das Abfallaufkommen verringern und einen zusätzlichen Nutzwert schaffen.

Im Rahmen dieser Studie prüfte ich ein 24-kWh-Batteriepack aus einem Nissan Leaf für den möglichen Einsatz im lokalen Gleichstrom-Mikronetz der Technischen Universität Tallinn (TalTech). Bevor die Batterie dort als stationärer Stromspeicher eingesetzt werden konnte, musste ihr Ladeverhalten überwacht werden, um zu bestätigen, dass sie sicher innerhalb eines geeigneten Spannungsbereichs betrieben werden konnte. Zur Aufzeichnung des Ladezyklus und der CAN-Daten des Batteriepacks wurde der Datenlogger OBSIDIAN R8 von Dewesoft eingesetzt. 

Second-Life-EV-Batterien für die stationäre Stromspeicherung

Wachstum der Elektromobilität und des Energiespeicherbedarfs

Die rasch zunehmende Verbreitung von Elektrofahrzeugen steht in engem Zusammenhang mit klimapolitischen Maßnahmen und der fortschreitenden Elektrifizierung des Verkehrs. In Europa trägt der Europäische Grüne Deal dazu bei, den Übergang zur Klimaneutralität und stärkere Emissionsminderungen voranzutreiben [1]. Auch weltweit ist die Elektromobilität auf dem Vormarsch. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) wurden 2024 mehr als 17 Millionen Elektroautos verkauft, was über 20 % aller Neuwagenverkäufe entsprach [2].

Gleichzeitig erhöht der Ausbau erneuerbarer Energien den Bedarf an Batteriespeichern. Die IEA erwartet, dass erneuerbare Energien bis 2030 einen Anteil von 43 % an der weltweiten Stromerzeugung erreichen werden, während der Anteil variabler Energiequellen wie Photovoltaik und Windenergie auf 27 % steigen und sich damit nahezu verdoppeln dürfte [3]. Zur Unterstützung dieser Entwicklung müsste die weltweite Energiespeicherkapazität bis 2030 auf 1500 GW anwachsen und sich damit versechsfachen, wobei Batteriespeichersysteme rund 90 % dieses Zuwachses ausmachen sollen [4]. Dieser Trend ist bereits am Markt erkennbar: Die Nachfrage nach stationären Batteriespeichern ist in den vergangenen zwei Jahren um mehr als 60 % pro Jahr gestiegen [5].

Diese Entwicklungen sind ein starkes Argument für die Weiterverwendung gebrauchter EV-Batterien als stationäre Stromspeicher. Ausgediente Batteriepacks verfügen häufig noch über 70–80 % ihrer ursprünglichen Kapazität und können daher für Anwendungen wie die Zwischenspeicherung von Energie aus erneuerbaren Quellen, die Lastspitzenkappung oder die Notstromversorgung geeignet sein [6]. Eine sichere Weiterverwendung ohne fachgerechte Bewertung ist jedoch nicht möglich, da die Betriebshistorie möglicherweise unvollständig ist und verborgene Schäden oder eine ungleichmäßige Degradation der Zellen vorliegen können. Vor dem erneuten Einsatz sind daher sowohl technische als auch sicherheitsbezogene Bewertungen unerlässlich.

Das Potenzial für eine Zweitnutzung ist beträchtlich. Eine Second-Life-EV-Batterie kann nach dem Ende ihres Fahrzeugeinsatzes noch bis zu zehn weitere Jahre als stationärer Stromspeicher genutzt werden [7]. So können Second-Life-Batterien gleichzeitig dazu beitragen, zwei Herausforderungen zu bewältigen: die wachsende Zahl ausgedienter EV-Batteriepacks und den steigenden Bedarf an Stromspeichern in erneuerbaren Energiesystemen.

Die Forschungsgruppe für Leistungselektronik der TalTech untersucht derzeit den Einsatz von Second-Life-EV-Batterien in einem lokalen Gleichstrom-Mikronetz. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wird ein Batteriepack aus einem Nissan Leaf geprüft, um festzustellen, ob es sicher und zuverlässig als stationärer Stromspeicher betrieben werden kann. Für die Datenerfassung wurde der Datenlogger OBSIDIAN R8 von Dewesoft ausgewählt, da er die präzise Messung hoher Spannungen und kleiner Ströme mit einer CAN-Schnittstelle kombiniert, über die sich die Daten des Batteriemanagementsystems (BMS) direkt aus dem Batteriepack auslesen lassen.

Batteriesicherheit und Betriebsbereich

Überprüfung der Batteriesicherheit vor der Netzintegration

Ziel des Projekts war es, den Zustand eines 24-kWh-Second-Life-Batteriepacks aus einem Nissan Leaf vor seiner Integration in das lokale Gleichstrom-Mikronetz der TalTech zu bewerten. Das Mikronetz kombiniert die lokale Solarstromerzeugung mit Gleichstromlasten; die Batterie soll zur Lastspitzenkappung, Lastverschiebung und Notstromversorgung beitragen. Vor der dauerhaften Installation musste bestätigt werden, dass das Batteriepack sicher innerhalb eines geeigneten Spannungsbereichs betrieben werden konnte, ohne dabei übermäßig zu degradieren.

In einem früheren Versuch war bereits ein engerer Spannungsbereich für den Batteriebetrieb ermittelt worden. Meine Aufgabe bestand darin, diesen Spannungsbereich durch die Aufzeichnung eines vollständigen Ladezyklus und die Analyse der Spannungen der einzelnen Zellen, der Gesamtspannung des Batteriepacks, des Ladestroms und der zugeführten Energie zu verifizieren. Ich verwendete den Datenlogger OBSIDIAN R8 von Dewesoft mit Plug-and-play-Signalaufbereitungsmodulen, um die hohe Batteriespannung und den Ladestrom zu messen und gleichzeitig die CAN-Nachrichten des Batteriemanagementsystems mithilfe eines benutzerdefinierten C++-Skripts zu dekodieren.

Batterietestaufbau und Datenerfassung

Batteriepack und BMS-CAN-Verbindung

Abb. 2 zeigt den elektrischen Messaufbau für den Batterieladetest.

Ein wesentlicher Bestandteil des Messaufbaus ist die Kommunikation zwischen dem Batteriemanagementsystem und dem Datenlogger OBSIDIAN R8 von Dewesoft. 

Die CAN-Schnittstelle des BMS ist über ein verdrilltes CAN-Adernpaar mit dem CAN1-Port des OBSIDIAN R8 verbunden. Diese Verbindung ist besonders wichtig, da der OBSIDIAN während des Ladezyklus BMS-Daten direkt vom Batteriepack aufzeichnen kann. 

Hochspannungs- und Strommessung

Gleichzeitig ist das Batteriepack aus dem Nissan Leaf (BAT_1) an das bidirektionale Netzgerät (PSU_1) angeschlossen. Dabei wird der Pluspol des Batteriepacks über den Strommessadapter DSLi-20A mit dem Netzgerät verbunden, während der Minuspol direkt angeschlossen ist. 

Die Batteriespannung maß ich an den Batterieanschlüssen über Kelvin-Leitungen am Hochspannungseingang des Mehrkanal-Verstärkermoduls IOLITEir am OBSIDIAN, den Ladestrom über den DSLi-20A-Adapter, dessen Messsignal ich über den DSUB9-Eingang zum OBSIDIAN leitete. 

Der OBSIDIAN R8 eignete sich besonders gut für dieses Projekt, da er die Erfassung der wichtigsten Batteriemessgrößen mit einem einzigen System ermöglichte. 

Der größte Vorteil war die gemeinsame Aufzeichnung von BMS-CAN-Daten und direkt erfassten elektrischen Messgrößen. Dadurch ließen sich während des Ladezyklus nicht nur die Gesamtspannung des Batteriepacks und der Ladestrom, sondern auch die internen Daten des BMS überwachen. 

Darüber hinaus erwies sich die Integrationsfunktion von DewesoftX als hilfreich bei der Berechnung der dem Batteriepack während des Ladens zugeführten Energie. 

Zum Laden der Batterie wurde ein bidirektionales Netzgerät des Typs ITECH IT6012C-500-80 verwendet, das sich gut für dieses Projekt eignete, da es so programmiert werden konnte, dass es zwischen Konstantstrombetrieb und Konstantspannungsbetrieb umschaltet. 

Das Testverfahren umfasste die folgenden Schritte:

Das Testverfahren umfasste die folgenden Schritte: 

1. Vorprüfung: Vor Beginn des Ladetests las ich die BMS-CAN-Daten der Batterie mithilfe des OBSIDIAN R8 in Echtzeit aus. Zu diesem Zeitpunkt hatte ich die wichtigsten CAN-Nachrichten bereits dekodiert, sodass die Softwarekonfiguration teilweise abgeschlossen war. Dadurch konnte ich vor dem Laden prüfen, ob offensichtliche Fehler oder anomale Zustände vorlagen – beispielsweise auffällig niedrige oder hohe Zellspannungen oder andere verdächtige Werte in den BMS-Daten.

2. Hardwarekonfiguration: Ich verband das Batteriepack aus dem Nissan Leaf sowohl mit dem Datenlogger OBSIDIAN R8 von Dewesoft als auch mit dem bidirektionalen Netzgerät. Die Gesamtspannung des Batteriepacks wurde über den Hochspannungseingang des IOLITEir gemessen und der Ladestrom mithilfe des DSLi-20A-Adapters erfasst; die BMS-Daten der Batterie wurden über den CAN1-Port des OBSIDIAN ausgelesen.

3. Softwarekonfiguration: In DewesoftX konfigurierte ich die Messkanäle für Spannung, Strom und CAN1. Da die verfügbare DBC-Datenbank für den Nissan Leaf meinen Anforderungen nicht entsprach, verwendete ich in der Software ein benutzerdefiniertes C-Skript, um die CAN-Nachrichten in eine menschenlesbare Form zu dekodieren. Das C-Skript ließ sich sehr unkompliziert einsetzen und erleichterte die Arbeit erheblich. Anschließend leitete ich aus der gemessenen Batteriespannung und dem Ladestrom eine Integrationsformel ab, mit der ich die dem Batteriepack beim Laden zugeführte Energie berechnete. Außerdem konfigurierte ich die Datenspeicherung so, dass nur die relevanten Signale aufgezeichnet und gespeichert wurden: Batteriespannung, Ladestrom, Zellspannungen, berechnete Energie und geschätzter Ladezustand (State of Charge, SoC; prozentualer Ladezustand bezogen auf die Batteriekapazität). 

4. Ladeverfahren: Das Batteriepack wurde im Konstantstrombetrieb (CC) mit 10 A von 360 V auf 395 V geladen. Das Netzgerät war so programmiert, dass es bei 395 V automatisch vom Konstantstrom- in den Konstantspannungsbetrieb (CV) wechselte; dann wurde das Laden fortgesetzt, bis der Strom auf 5 A gesunken war. Während des gesamten Ladevorgangs zeichnete DewesoftX die gemessene Batteriespannung und den Ladestrom auf, berechnete die Energie und dekodierte die BMS-CAN-Daten. 

5. Datenexport und -analyse: Nach dem Test exportierte ich die aufgezeichneten Daten zur weiteren Analyse im MATLAB-Dateiformat (.mat) und verarbeitete die exportierten Daten in MATLAB, um die im Ergebnisteil verwendeten Diagramme zu erstellen. 

Während des Ladetests verwendete ich in DewesoftX ein einfaches Messlayout zur Echtzeitüberwachung der Batterie (Abb. 3). Der Hauptbereich des Bildschirms war dabei der Darstellung der einzelnen Zellspannungen auf separaten Digitalanzeigen gewidmet. So ließen sich diese schnell miteinander vergleichen und ungewöhnliche Werte oder Ausreißer während des Ladens unmittelbar erkennen. Auf der rechten Seite des Bildschirms wurden auf analogen Anzeigen die Gesamtspannung des Batteriepacks und der Ladestrom visualisiert, wodurch sich das Ladeverhalten des gesamten Batteriepacks auf einen Blick erfassen ließ. 

Ergebnisse der Batterieprüfung und Analyse des Betriebsbereichs

Sichere Spannungen in allen 96 Zellgruppen

Abb. 4 zeigt die Spannungsverläufe aller 96 überwachten Zellgruppen über den im Test untersuchten Ladebereich. Das wichtigste Ergebnis ist, dass die Zellspannungen während des gesamten Ladezyklus ohne Ausnahme innerhalb eines sicheren Spannungsbereichs blieben.

In einer Studie von 2024 zu Nissan-Leaf-Batterien der ersten Generation wurde für die einzelnen Zellen ein Spannungsbereich von 2,8–4,2 V verwendet [8]. In diesem Test lagen die niedrigsten Zellgruppenspannungen zu Beginn des Ladevorgangs bei etwa 3,55 V, während die höchsten am Ende lediglich 4,10–4,11 V erreichten. Damit blieben die Werte deutlich oberhalb der unteren und ausreichend weit unterhalb der oberen Spannungsgrenze.

Das für den Test gewählte Gesamtspannungsfenster des Batteriepacks von 360–395 V erwies sich somit als konservativ und sicher. Keine Zellgruppe näherte sich einer Über- oder Unterspannung. Die größte Streuung zwischen den einzelnen Zellgruppenspannungen trat bei niedrigem Ladezustand auf; im Laufe des weiteren Ladevorgangs näherten sie sich dann zunehmend einander an.

Da keine der Zellgruppen einen kritischen Bereich erreichte, könnte die Batterie unterhalb der derzeitigen unteren Spannungsgrenze möglicherweise noch über zusätzliche nutzbare Kapazität verfügen. Vor einer Erweiterung des Betriebsbereichs sollte dies jedoch durch weitere Entladeversuche bestätigt werden.

Abb. 5 zeigt die Batteriekapazität, die Gesamtspannung und den Ladestrom des Batteriepacks über den ausgewählten SoC-Bereich. Am deutlichsten zu erkennen ist der Übergang vom Konstantstrombetrieb (CC) zum Konstantspannungsbetrieb (CV) bei etwa 60 % des dargestellten Testbereichs[m1] .

Während der CC-Phase blieb der Ladestrom konstant bei 10 A; nach dem Übergang in den CV-Betrieb sank er allmählich auf 5 A. Als dieser Wert erreicht war, wurde der Ladevorgang gezielt beendet.

Bei niedrigem Ladezustand stieg die Gesamtspannung des Batteriepacks zunächst schnell an und flachte dann zunehmend ab, je näher sie der oberen Spannungsgrenze kam. Dieses Verhalten ist für Lithium-Ionen-Batterien charakteristisch. Gleichzeitig nahm die gespeicherte Energie über die gesamte Testdauer weiter zu und erreichte am Ende des ausgewählten Betriebsbereichs etwa 9,4 kWh.

Ein erheblicher Teil dieser Energie wurde während des CC-Betriebs gespeichert. Beim Wechsel von CC zu CV waren der Batterie bereits etwa 6,3 kWh zugeführt worden, also rund zwei Drittel der während des Versuchs insgesamt aufgenommenen Energie. Auch während des CV-Betriebs nahm die gespeicherte Energie weiter zu, allerdings – bei sinkendem Ladestrom – entsprechend langsamer. Im oberen Bereich des Spannungsfensters ließ sich somit noch zusätzliche nutzbare Kapazität erschließen, obwohl der Ladevorgang dort weniger zeiteffizient war.

Die SoC-Achse in Abb. 5 bildet lediglich den ausgewählten Betriebsbereich von 360–395 V ab, zeigt also nicht den vollständigen vom BMS ausgewiesenen Ladezustandsbereich des Batteriepacks. Der Wechsel von CC zu CV bei etwa 60 % bezieht sich daher auf 60 % des ausgewählten Testfensters, nicht auf 60 % der gesamten nutzbaren Batteriekapazität.

 [m1]Hier wird im Originaltext auf eine „vertikale rote Linie“ Bezug genommen, die jedoch in der Abbildung nicht enthalten ist. Ich habe diesen Teil des Satzes deshalb durch „bei etwa 60 % des dargestellten Testbereichs [m1]“ ersetzt.

Fazit – Eignung für die stationäre Stromspeicherung

Diese Untersuchung hat gezeigt, dass sich der Zustand eines Second-Life-Batteriepacks aus einem Nissan Leaf mit dem OBSIDIAN R8 von Dewesoft zuverlässig bewerten lässt, bevor es als stationärer Stromspeicher weiterverwendet wird. Der Messaufbau ermöglichte die gemeinsame Aufzeichnung von BMS-CAN-Daten sowie direkten Messwerten der Gesamtspannung und des Ladestroms. Darüber hinaus wurde die Integrationsfunktion von DewesoftX genutzt, um die dem Batteriepack während des Ladens zugeführte Energie zu berechnen, wodurch sich sowohl seine elektrische Leistungsfähigkeit als auch sein internes Verhalten erfassen ließ.

Sichere Zellspannungen und verbleibende Kapazität

Die Ergebnisse bestätigten die Sicherheit des gewählten Betriebsbereichs von 360–395 V für dieses Batteriepack. Alle 96 Zellgruppen blieben während des gesamten Ladezyklus innerhalb sicherer Spannungsgrenzen. Die niedrigsten gemessenen Werte lagen bei etwa 3,55 V, die höchsten erreichten lediglich 4,10–4,11 V.

Die Analyse zeigte außerdem, dass die untere Spannungsgrenze konservativ gewählt war. Keine der Zellgruppen näherte sich einer Unterspannung. Dies deutet darauf hin, dass unterhalb der derzeitigen Untergrenze noch nutzbare Kapazität vorhanden sein könnte. Dies sollte durch weitere Entladetests bestätigt werden.

Das Ladeprofil war stabil und für eine Lithium-Ionen-Batterie charakteristisch. Während des Konstantstrombetriebs blieb der Strom konstant bei 10 A und sank anschließend während des Konstantspannungsbetriebs allmählich auf 5 A. Bis zum Ende des Versuchs hatte die Batterie innerhalb des gewählten Betriebsbereichs etwa 9,4 kWh gespeichert, von denen rund 6,3 kWh bereits vor dem Wechsel von Konstantstrom zu Konstantspannung zugeführt worden waren.

Insgesamt verhielt sich die Batterie innerhalb des ausgewählten Spannungsbereichs stabil und vorhersehbar. Die Ergebnisse legen nahe, das Batteriepack weiter auf seine Eignung für eine stationäre Zweitnutzung als Stromspeicher zu untersuchen. Künftige Untersuchungen sollten weitergehende Entladetests sowie wiederholte Lade- und Entladezyklen umfassen, um den am besten geeigneten langfristigen Betriebsbereich zu bestimmen.

Referenzen 

1. “The European Green Deal - European Commission.” Accessed: Mar. 31, 2025. [Online]. 

2. “Global EV Outlook 2025,” 2025. 

3. “Renewable electricity – Renewables 2025 – Analysis - IEA.” Accessed: Apr. 14, 2026. [Online].

4. “Outlook for battery demand and supply – Batteries and Secure Energy Transitions – Analysis - IEA.” Accessed: Apr. 14, 2026. [Online]. 

5. “The battery industry has entered a new phase – Analysis - IEA.” Accessed: Apr. 14, 2026. [Online].

6. “Challenges and opportunities for second-life batteries: Key technologies and economy - ScienceDirect.” Accessed: Apr. 14, 2026. [Online]. 

7. “Second-life EV batteries for stationary storage applications in Local Energy Communities - ScienceDirect.” Accessed: Apr. 14, 2026. [Online]. 

8. “Evaluation of the second-life potential of the first-generation Nissan Leaf battery packs in energy storage systems - ScienceDirect.” Accessed: Apr. 23, 2026. [Online].