Die Batterie ist das Herzstück von Elektroautos. Fraunhofer-Forscher haben einen Stromspeicher entwickelt, der über den gesamten Lebenszyklus deutlich kostengünstiger sein soll als bisherige Modelle. Ist eine der mehr als hundert Batteriezellen defekt, lässt sie sich einfach austauschen. Bisher wird der gesamte Akku ausgewechselt.
Bislang sind Elektroauto-Batterien meist ein monolithischer Block, in dem die einzelnen Batteriezellen sowie die nötige Technik untergebracht sind. Zwar sollten die einzelnen Zellen theoretisch alle gleich viel Energie speichern können. In der Praxis sieht das jedoch anders aus: Herstellungsbedingt variieren ihre Kapazitäten.
Das ist problematisch, da die Zellen in Reihe geschaltet sind. Die gesamte Batterie ist daher nur so stark wie die schwächste Zelle. Ist diese leer, nützt auch die restliche Energie in den anderen Batteriezellen nichts mehr – das Auto muss Strom tanken. Die Hersteller sortieren daher vor und bauen jeweils Zellen ähnlicher Kapazität in eine Batterie. Da dabei jedoch auch einige Zellen aussortiert werden, treibt dies die Preise der Batterien in die Höhe. Ein weiteres Manko: Ist eine Zelle defekt, bleibt das Fahrzeug liegen. Dann heißt es, den kompletten Stromspeicher auszutauschen.
Unabhängige Batteriezellen kommunizieren miteinander
Forscher am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart haben nun eine Alternative geschaffen. „Unser modulares Batteriesystem löst diese Probleme“, sagt Dr. Kai Pfeiffer, Gruppenleiter am IPA. Der Trick: Jede Batteriezelle verfügt über einen eigenen integrierten Mikrocontroller, der relevante physikalische Parameter wie Temperatur und Ladezustand der Zelle erfasst. Jede Zelle kennt also ihren Zustand.
Über die bereits vorhandene Hochstrom-Verkabelung zwischen den Batteriezellen, durch die gespeicherte Energie zu den Verbrauchern geleitet wird, reden die Zellen miteinander. Man spricht dabei von Powerline-Kommunikation. Oder sie kommunizieren mit anderen Geräten, etwa dem Bordcomputer, der aus den Daten der Zellen errechnet, wie viel Restenergie die gesamte Batterie noch aufweist.
Höhere Reichweite möglich
Ist eine Zelle leer, während die anderen noch Energie gespeichert haben, muss das Auto nicht wie bisher stehenbleiben. Vielmehr klinkt sich die leere Batteriezelle einfach aus dem Verbund aus, sie leitet den Strom an sich vorbei. Die anderen liefern weiterhin Energie. „Je nach Zellqualität können wir die Reichweite auf diese Weise um mindestens vier Prozent steigern“, erläutert Pfeiffer. „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.“
Da sich eine Zelle mit geringerer Kapazität kaum auf die gesamte Reichweite des Autos auswirkt, brauchen die Hersteller diese nicht mehr vorzusortieren. Dies könnte die Kosten deutlich senken. Zudem passen sich die Kapazitäten der Zellen im Laufe der Zeit aneinander an. Denn die Varianten, die weniger Energie speichern können, werden früher ausgeschaltet.
Die ergiebigen Zellen laufen dementsprechend länger und altern somit schneller: Ihre Kapazität sinkt. Und sollte eine Batteriezelle einmal ausfallen, kann man sich den Weg in die Werkstatt sparen. Da das Auto über mehr als hundert Zellen verfügt, kommt es auf eine einzelne Zelle nicht an. Und entscheidet der Fahrer sich doch für eine Reparatur, genügt es, anstelle der kompletten Batterie lediglich die einzelne Zelle auszutauschen.
Einen Prototyp der Batteriezelle haben die Forscher bereits entwickelt. Nun geht es daran, die Elektronik in den Zellen zu miniaturisieren. „Wir wollen es schaffen, dass sie weniger als einen Euro kostet“, so Pfeiffer.
Peter wulf meint
Bei den Photovoltaik Anlagen gab es das gleiche Problem mit den unterschiedlichen Leistungen der Paneele durch verschattung etc. FIRMA SOLAREDGE ,ISRAELISCHE Firma hat dies mit einzelnen Steuerelementen an den Paneelen beseitigt nun kann man durch Monitoring bei jedem Element die einzelne Leistung und Zustand am PC ,smartphon etc. Überprüfen. LEISTUNGSSTEIGERUNG soll bis 25 % betragen . M.E vergleichbare Lösung. Zusätzlich entfällt in Zusammenspiel mit dem Wechselrichter von Solaredge ein Feuerwehrschalter bei Brandgefahr durch abschalten des WR nur noch 1 Volt /Spannung pro Solarpaneel. Kann ein solches Verfahren nicht auch in umgekehrter Richtung beim Laden von Batteriesystemen von Elektroautos benutzt werden? http://WWW.SOLAREDGE.DE
Bin kein Elektriker.
Schlaumeier meint
WAU – was für ein Riesen-Aufwand wegen lächerlichen VIER Prozent.
Auf solche Ideen können nur Forscher kommen.
Albert Einstein hat mal gesagt: „Mache ein System so einfach wie möglich, aber nicht einfacher.“
Einzelne Zellen können heute bereits ausgewechselt werden, meist fehlt es aber den Werkstätten an entsprechend geschultem Personal, die das DÜRFEN – und so wechseln sie komplette Module innerhalb der Batterie oder gleich die ganze Batterie (und die Reparatur findet anderswo/zentral statt)
Bariton65 meint
Naja – es handelt sich um einen Bereich von 4 % bei neuen bis ca. 10 % bei älteren Batterien. Das ist schon eine andere Hausnummer. Außerdem würde sich durch die gleichmäßige Belastung der Zellen die Gesamt-Lebensdauer der Batterie verlängern. Wenn die Batterie dann noch billiger wird, dadurch dass weniger Ausschuß in der Produktion anfällt, dann wären 100€ für die zusätzliche Elektronik vielleicht doch gut angelegtes Geld.
P.S. Einstein sagte, man solle eine „Erklärung“ nicht einfacher als möglich machen.
Schlaumeier meint
So eine Platine müsste (so sie die einzelne Zelle einer Reihenschaltung von Zellen komplett überbrücken kann, wie oben beschrieben) ca. 300-400A im Peak tragen.
Beispielsweise der i3 hat 96 Einzelzellen in Reihe. Man würde also 96 solcher Platinen benötigen. Das dürften deutlich mehr als 100€ Pro Akku sein.
Ich schätze mal um die 10€ je Platine.
Die Akkus werden pro Jahr ca. 5% leistungsfähiger bei gleichem Preis, ich denke, man kann es machen, aber es wird sich nicht rechnen.
Diagnose/Reparatur, ist wie gesagt, bereits heute auf Zellebene möglich, aber eben nicht überall durchführbar.
ich meint
Außerdem kommt es auch auf die Ausgangsreichweite an. Beim Tesla Model S / X oder Tesla Roadster 3.0 sind 4 % nicht SOOOO wenig.
aber mal eine kleine Frage nebenbei: Was passiert eigentlich mit dem Akku eines E-Autos, wenn ich im Urlaub bin und daher eine Weile nicht fahre? Ich weiß, dass das nicht zum Thema passt, doch brennt mir diese Frage auf den Lippen ; )
Nightrunner meint
@ „ich meint“:
Wird ein Akku nicht benutzt, so entlädt er sich von selbst. Das ist auch bei Elektroautos so. Außerdem verbrauchen E-Autos auch im ausgeschalteten Zustand geringfügig Strom. Man sollte daher sein Auto, wenn man es z. B. über mehrere Wochen nicht nutzt (und in dieser Zeit auch nicht nachladen kann) vorher aufladen (auf maximal 80%; nicht mehr,um die Batterie zu schonen). Auf keinen Fall darf der Akku bis auf Null entladen werden. Würde das eintreten wäre er irreparabel defekt.
EDriver meint
Der Akku wird in Abhängigkeit von Dauer der Standzeit und welche Standbysysteme laufen, einige Prozent an Ladezustand verlieren.
Das ist normal.