Kein Bauteil ist so wichtig in Elektroautos wie die Batterie. In den meisten elektrisch getriebenen Autos kommt ein monolithischer Block zum Einsatz. Am Fraunhofer Institut wurde ein Stromspeicher entwickelt, der über seinen Lebenszyklus deutlich günstiger sein soll als herkömmliche Modelle. Das liegt vor allem am Batteriedesign.


Bild: Fraunhofer IPA
Bild: Fraunhofer IPA

Bisherige Batterien haben Nachteile

Bisher wurde in dem monolithischen Block von Batterien für Elektroautos die einzelnen Batteriezellen und die Batterietechnik untergebracht. In der Theorie ist das kein Problem: Der Kapazitäten der einzelnen Zellen sollte gleichen. In der Praxis sieht es anders aus: Herstellungsbedingt variiert die Kapazität der Zellen, was aufgrund ihrer Reihenschaltung zu Problemen führt: Die gesamte Batterie kann immer nur so stark wie die schwächste Zelle sein. Wenn diese leer ist, kann die Restenergie in den anderen Zellen nicht mehr genutzt werden, der Wagen muss an die Steckdose. Deshalb versuchen die Hersteller, von vornherein bereits Zellen gleicher Kapazität in einer Batterie unterzubringen, was den Preis in die Höhe treibt. Außerdem muss bei einer defekten Zelle die komplette Batterie getauscht werden.

Größere Reichweite bei geringeren Kosten

Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart entstand nun unter der Leitung von Dr. Kai Pfeiffer eine Alternative: Ein modulares Batteriesystem. Dabei verfügt jede Batteriezelle über einen eigenen Mikrocontroller, der ihren Zustand genau überwacht. Über die vorhandene Hochstrom-Verkabelung können die Zellen miteinander kommunizieren. Das Prinzip ist auch als Powerline-Kommunikation bekannt. Wenn eine Zelle leer ist, muss der Wagen nicht mehr sofort an die Steckdose, sondern die betreffende Zelle klinkt sich aus dem Stromkreis aus, sodass die anderen weiter Energie liefern können. “Je nach Zellqualität können wir die Reichweite auf diese Weise um mindestens vier Prozent steigern. Im Laufe der Zeit verstärkt sich dieser Effekt: Schaltet man bei einer älteren Batterie die jeweils leeren Zellen aus, ist es denkbar, dass man durchaus zehn Prozent mehr Reichweite erzielen kann”, erklärt Pfeiffer.


Die neuartige Bauweise dürfte auch die Herstellungskosten der Batterien senken, da herstellerseitig kein Vorsortieren der Zellen nach Kapazität mehr erfolgen muss. Auch die Wartungskosten sinken deutlich: Bei einer defekten Zelle muss der Wagen nicht sofort in die Reparatur, da über Hundert zur Verfügung stehen. Außerdem lassen sich defekte Zellen einzeln tauschen. Es ist also nicht mehr notwendig, die ganze Batterie zu ersetzen.

Ein Prototyp der Zelle wurde bereits entwickelt. Das nächste Ziel der Forscher ist es, die benötigte Elektronik so klein wie möglich zu gestalten. “Wir wollen es schaffen, dass sie weniger als einen Euro kostet”, so Pfeiffer.

 

 

Quelle: Fraunhofer Institut

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