Antriebsbatterie

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
(Weitergeleitet vonTraktionsbatterie)
Zur Navigation springen Zur Suche springen
Antriebsbatterie des ElektroautosNissan Leafaus Zellenblöcken mit jeweils mehreren Einzelzellen

EineAntriebsbatterie(auch alsTraktionsbatterieoderZyklenbatteriebezeichnet) ist ein elektrischer Energiespeicher, der in einemElektrofahrzeugden für denVortriebsorgendenElektromotormit elektrischer Energie versorgt. Dazu zählen auch Puffer-Batterien inBrennstoffzellenfahrzeugenund beiHybridantrieben.Eine Antriebsbatterie besteht aus mehreren Batteriezellen (Akkumulatoren), einemBatteriemanagementsystem(BMS) und meist einem System zurKühlungund Heizung (Thermomanagement).

Allgemeines

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

BeiElektroautossindNennspannungenvon mehreren HundertVoltGleichspannung(daher auch die BezeichnungHochvolt-Speicher), die in einer gewissen Relation zu den üblichenelektrischen SpannungeninDreiphasenwechselstromnetzenstehen können, durchaus gängig. Höhere Batterie-Nennspannungen (oberhalb von 400 Volt, hineingehend bis in den Bereich von 1000 Volt Gleichspannung) sind in batterieelektrisch angetriebenen High-Performance-Autos ebenso wie inBatteriebussenundElektrolastkraftwagenkeine Seltenheit. FürPedelecsundElektromotorrollersind Spannungen von 24, 36 und 48 Volt üblich. BeiGabelstaplernund anderen Flurförderfahrzeugen mitElektroantriebwerden häufigBleibatterienmit 80 Volt Nennspannung eingesetzt, die zugleich dem Gewichtsausgleich dienen und oftmals alsTraktionsbatterien(Batterien für Traktionsanwendungen) bezeichnet werden. Solche Traktionsbatterien sind – anders als Starterbatterien für Kraftfahrzeuge – nicht auf höchste Leistungsdichte ausgelegt, sondern auf hohe Zyklenfestigkeit, und daher anders aufgebaut.

Verbraucher wie Licht, Scheibenwischer, Radio, Fernbedienung usw. werden bei Elektrofahrzeugen üblicherweise nicht aus der Hochvolt-Antriebsbatterie versorgt, sondern durch ein übliches 12- oder 48-Volt-Bordnetzmit kleinem elektrischem Energiespeicher ähnlich derStarterbatteriein herkömmlichen Kraftfahrzeugen. Während Starterbatterien mit derKarosserieverbunden sind („MinuspolanMasse“), werden Antriebsbatterien mit höherer Spannung in Kraftfahrzeugen isoliert zur Karosserie eingebaut.[1][2]

Antriebsbatterien von Elektro- und Hybridfahrzeugen gehören nach demBatteriegesetzzur Klasse der Industriebatterien und nicht zur Klasse der Fahrzeugbatterien.[3]

Geschichte

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
Antriebsbatterie imEgger-Lohner-Elektromobil,Baujahr 1899

Nachdem dieElektrizitätAnfang des 19. Jahrhunderts für die Nachrichtenübertragung eingesetzt wurde, waren um 1837/1838 auch die Grundlagen für einen elektromotorischen Antrieb bekannt und derElektromotoreinsatzfähig entwickelt. 1854 wurde vonWilhelm Josef Sinstedenund darauf aufbauend 1859 vonGaston PlantéderBleiakkumulatorentwickelt.

Eine Anordnung aus sechs dieser Zellen mit einer Nennspannung von jeweils 2 Volt und spiralförmig gewickelten Bleiplatten bildeten 1881 imTrouvé TricyclevonGustave Trouvédie erste Antriebsbatterie (Nennspannung 12 Volt) für den Antrieb des autarkenElektrofahrzeugesohne Schienen oder Kabelbindung. Geregelt wurde lediglich durch Schließen oder Öffnen des Stromkreises. Allerdings besaß dasTrouvé Tricyclenoch die Tretkurbeln des als Basis dienenden Dreirades.

Wenige Monate später war 1882 dasElektrodreirad von Ayrton & Perrynicht nur ohne Tretkurbeln und mit elektrischer Beleuchtung, sondern auch mit einer verbesserten Antriebsbatterie unterwegs. Die zehn Bleizellen speicherten bei einer Nennspannung von 20 Volt 1,5 kWh und konnten einzeln zu- und abgeschaltet werden, was eine Leistungs- und Geschwindigkeitsregulierung ermöglichte. Schon bei den ersten Fahrzeugen wurde dabei die schwere Antriebsbatterie möglichst tief angeordnet, um so Stabilität und Fahrverhalten zu verbessern.

Während aber bei den ersten Fahrzeugen die Akkumulatorzellen noch offen platziert waren, baute man bei denersten Elektroautos (ab 1888)die Antriebsbatterie schon in spezielle Gehäuse bzw. verkleidete sie. Die Accumulatoren-Fabrik Tudorschen SystemsBüsche & Müller OHG(heute bekannt alsVarta AG) stellte 1888 als erstes Unternehmen in Deutschland Bleiakkumulatoren industriell her. ImEisenbahnbereichwurde derWittfeld-Akkumulatortriebwagenmit diesen Akkus betrieben. Um 1900 erfolgten erfolgreiche Versuche, um Binnenschiffe mit Einsatz von Akkumulatoren elektrisch anzutreiben. Als Ergebnis hat die Watt-Akkumulatoren-Werke A. G. als Nachfolgegesellschaft einer Studiengesellschaft die Ziegel-Transport-Aktiengesellschaft (ZTG) in Zehdenick gegründet. Die E-Motoren von über 100 Binnenschiffen wurden von Akkumulatoren gespeist und versorgten Berlin mit Ziegelsteinen.[4]Vor dem Hintergrund heutiger Bestrebungen interessant ist dabei, dass die Akkus dieser Schiffe mit Strom aus Wasserkraft der Havel geladen wurden.

Plan von Zehdenick mit Trockendock und Akkufabrik um 1900

Mit dem um 1900 entwickeltenNickel-Eisen-Akkumulator(Thomas Edison) und dem von dem SchwedenWaldemar JungnerentwickeltenNickel-Cadmium-Akkumulatorstanden alternative Zellchemien für Antriebsbatterien zur Verfügung. Der NiFe-Akku wurde nachweislich in verschiedenen Automobilen eingesetzt und besitzt eine sehr hohe Lebensdauer.Jay Lenoin denUSAbesitzt einenBaker Electric,bei dem die Nickel-Eisen-Akkus nach fast 100 Jahren noch immer funktionsfähig sind.Henry Fordentwickelte dasFord Modell Tauch als Elektrofahrzeug. Er hatte schon 150.000 Nickel-Eisen-Akkumulatoren bei Edison bestellt, als seine Abteilung für Elektromobile in Flammen aufging.

Die Erfindung des elektrischenMotoranlassers,durch den mithilfe einerStarterbatteriederVerbrennungsmotorohne körperliche Anstrengung gestartet werden konnte, leitete den Niedergang der ersten Blütezeit der Elektroautomobile ein, in dessen Folge auch die Akkumulator- und Batterieentwicklung stagnierte. Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts bildeten zyklenfeste Bleiakkumulatoren praktisch den Standard für Antriebsanwendungen. Dazu zählten unter anderemU-Boote,Akkutriebwagen, Industriefahrzeuge wieGabelstaplerund Lastkarren, aber auch elektrische Rollstühle. Französische Hersteller produzierten in den 1990er Jahren mehrere tausend straßenzugelassene Fahrzeuge mit Nickel-Cadmium-Akkumulatoren. Als 1990 durch dieCARB-Gesetzgebung in Kalifornien dieKraftfahrzeugherstellergezwungen werden sollten, stufenweiseemissionsfreie Fahrzeugeanzubieten, erhielt die Akkumulatorforschung wieder starke Impulse.

Während beispielsweise in den ersten Antriebsbatterien desGeneral Motors EV1noch die verfügbaren und preiswerten Bleiakkumulatoren zum Einsatz kamen, (26 Blöcke mit einer Gesamtkapazität von 16,3 kWh und einer Nennspannung von 312 Volt)[5],wurden in der zweiten Ausführung die vonStanford Ovshinskyserienreif entwickeltenNickel-Metallhydrid-Akkumulatoreneingesetzt[6].Die Antriebsbatterie war dabei fest in einem Mitteltunnel im Fahrzeugboden verbaut, was zu einer hohenCrashsicherheitund sehr guten Fahreigenschaften beitrug.

Während die Natrium-Schwefel-Batterie für denBMW E1oder die für denHotzenblitzangekündigte Zink-Brom-Batterie[7]nie Serienreife erlangten, verhalf die für die „Mercedes-Benz A-Class electric “weiterentwickelte Natrium-Nickelchlorid-Zelle (Zebra-Batterie) dem Fahrzeug nicht nur zu einer praktischen Reichweite von über 200 km[8],sondern auch zu Anwendungen beim Militär und in der Raumfahrt. Interessant ist bei diesem Fahrzeug auch die kompakte Blockanordnung, die die Montage der gesamten Antriebsbatterie in einem Stück von unten ermöglichte und auch zur hohen Sicherheit für die automotive Anwendung beitrug.

Auch die Grundlagen der Zellchemie fürLithium-Ionen-Akkumulatorenwurden in dieser Zeit gelegt. Allerdings stoppte die Automobilindustrie nach der Lockerung derCARB-Gesetze diese Aktivitäten, sodass Lithium-Ionen-Akkumulatoren erst im 21. Jahrhundert als Traktionsbatterien Bedeutung erlangten. Heute zählen die verschiedenen Varianten als Hoffnungsträger für deutliche Verbesserungen beimLeistungsgewichtund der Belastbarkeit.

Physikalisch-technische Eigenschaften

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
Zylindrische Zelle (18650) vor dem Zusammenbau. Einige Tausend davon bilden den Akku desTesla Model S(sieheGigafactory).
Batteriemodule im Heck einesBatteriebusses
Akkuzellen auf dem Dach einesBatteriebusses
Elektrolastkraftwagene-Force One

Im Vergleich zuGerätebatterienbzw. Konsumerzellen besitzen die Zellen einer Antriebsbatterie eine vielfach höhere Kapazität. Außerdem werden sie von verschiedenen Herstellern in verschiedenen Bauformen, teils auf Kundenwunsch entwickelt und hergestellt. Standardisierte Baugrößen gibt es nicht. Üblich sind sowohl Rundzellen, bei denen die Elektroden stab- und becherförmig ausgeführt sind, zum Beispiel Produkte vonA123 Systems,als auch prismatische Zellen mit plattenförmiger Elektrodenanordnung, zum Beispiel Zellen der FirmaWinston Battery.

Es werden hochstromfeste, zyklenfeste Akkumulatorsysteme verwendet, die in der Lage sind,elektrische Energieje nach Fahrzustand abzugeben oder aufzunehmen und viele Lade-Entlade-Zyklen zu überstehen. Im Gegensatz zuStarterbatterienkönnen beispielsweise Blei-Antriebsbatterien durch spezielle Ausführung der Bleigitter undSeparatorenbis zu 80 %tiefentladenwerden, ohne Schaden zu nehmen.

Während Blöcke für Blei-Pkw-Starterbatterien bei 12 V bzw. 24 V Kapazitäten von 36 bis 80Amperestunden(Ah) haben, werden für Gabelstapler Zellen mit Kapazitäten von 100 bis über 1000 Ah zusammengeschaltet, umBetriebsspannungenvon beispielsweise 24 bis 96 Volt, fürElektroautosbis zu mehreren hundert Volt zu erreichen. Die Baugrößen sind dementsprechend teils erheblich größer. Höhere Spannungen reduzieren die fließenden Ströme und sollen so unter anderem die ohmschen Verluste in den Leitungen und die thermischen Verluste bei Lade- und Entladevorgängen vermindern sowie das Gewicht (Kabel) verringern.

Durchserielle Zusammenschaltungvon Einzelzellen ergibt sich die Versorgungsspannung. Durch Vergrößerung der Baugröße der Zellen oder durchParallelschaltungvon Zellen kann die Speicherkapazität und Strombelastbarkeit erhöht werden. Das Produkt aus Spannung (V) und elektrischer Ladung/galvanischer Kapazitätder Einzelzellen/parallel geschalteten Zellen (Ah) ergibt den Energiegehalt der Antriebsbatterie.

Anforderungen beim Einsatz in Fahrzeugen

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Die mobile Anwendung der Antriebsbatterien bedingt höhere Sicherheitsanforderungen im Vergleich zur stationären Verwendung. So muss vor allem die Sicherheit bei mechanischen Einwirkungen nachgewiesen werden. Erreicht wird dies durch Verwendung sicherer Zellchemien (beispielsweiseLithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren) mit oft schlechteren elektrischen Kennwerten, die sichere konstruktive Gestaltung der Unterbringung im Fahrzeug (beispielsweise crashgetestete Batterietröge im Unterboden) und auch eine Kombination beider Methoden. Wie stark der Einfluss der Sicherheitsanforderungen bei Antriebsbatterien ist, kann am Beispiel des verzögerten Produktionsstarts desOpel Amperanachvollzogen werden. Grund war die (erst mehrere Wochen) nach einem Crashtest in Brand geratene Antriebsbatterie des baugleichen ModellsChevrolet Volt.

Unterschiedliche Anforderungen bei vollelektrischen und Hybrid-Fahrzeugen

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Da vollelektrische Fahrzeuge die gesamte elektrische Energie für die Fortbewegung speichern, kommen Akkuzellen mit hoher Kapazität[9]zum Einsatz, um Platzbedarf und Gewicht für die benötigte Energiemenge zu minimieren. Aufgrund der notwendigen Kapazität der Batterie (Zell- bzw. Modulgröße) ist die Strombelastbarkeit der Zellen für die Entlade- und Ladevorgänge in der Regel gegeben. Auch erfolgt die Belastung gleichmäßiger und mit geringeren Strömen bezogen auf die Akkukapazität als bei Hybridfahrzeugen.

InHybridelektrofahrzeugenist der Hauptteil der Antriebsenergie in Form von chemischer Energie (Kraftstoff) mitgeführt. Die Antriebsbatterie hat eine deutlich kleinere Kapazität. Sie speichert elektrische Energie für die Fortbewegung und nimmt Rekuperationsenergie derNutzbremseauf. Dafür werden Hochstromzellen[10]eingesetzt, die trotz geringerer Kapazität die notwendige (oftmals kurzzeitige) hohe Strombelastung bei gutem Wirkungsgrad und der benötigten Lebensdauer realisieren können.

Nennkapazität, Belastbarkeit, Herstellerangaben

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Die Nennkapazität ist die vom Hersteller unter festgelegten Kriterien zugesicherte, entnehmbare Energiemenge. Bei Kapazitätsvergleichen ist es wichtig, diese Kriterien zu beachten. So hat ein Akkumulator mit den Angaben 12 V / 60 Ah C3 eine höhere Kapazität als ein Akkumulator gleicher Baugröße mit Kennzeichnung C5 oder C20. Die Angabe Cxcharakterisiert dabei die Entladedauer für die angegebene Kapazität in Stunden. Bei C3 können in drei Stunden gleichmäßiger Entladung 60 Ah entnommen werden, es sind also höhere Ströme möglich als bei C5 oder C20, was für den Einsatz als Antriebsakku wichtig ist, da die Ströme in der Praxis oftmals über diesen Messströmen liegen (Siehe auchC-RateundPeukert-Gleichung).

Bei hochbelastbarenLithium-Ionen-Akkumulatorenhat sich die Angabe der Strombelastbarkeit im Verhältnis zur Kapazität durchgesetzt. Dabei bedeutet dann beispielsweise für eine Zelle 3,2 V 100 Ah[11]bei Standardentladung mit 0,5 C (oder auch 0,5 CA), dass die Kapazität mit einem Entladestrom von 50 A ermittelt wurde. Üblich sind Kapazitätsangaben bei 0,5 C oder 1 C, wobei die zulässige Dauerbelastbarkeit durchaus 3 C oder mehr (im Beispiel bei 3 C also 300 A), die kurzzeitige Belastung noch deutlich mehr (hier 20 CA, also 2000 A) betragen kann. Hierbei sinkt jedoch die beim geringeren Strom ermittelte Kapazität.

Statt dieKapazität(Amperestunden) einer Antriebsbatterie bzw. deren Einzelzellen anzugeben, wird meist derEnergieinhalt(Kilowattstunden) des gesamten Akkus angegeben. So sind auch unterschiedliche Bauarten miteinander vergleichbar, da die nur technisch wichtige Nennspannung herausfällt. So benötigenStarterbatteriennur einen Energiegehalt von 0,5…1 kWh, Traktionsakkus für Gabelstapler haben beispielsweise 4,8…28,8 kWh und derToyota PriusII (Hybridantrieb) hat einen Akkumulator mit einem Energieinhalt von 1,3 kWh.Elektroautoshaben zehn- bis hundertfach größere Akkumulatoren.

Thermomanagement

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Viele Elektroautos besitzen ein System zum Kühlen und Heizen der Antriebsbatterie, um die Temperatur während der Fahrt oder vor dem Schnellladen in einen optimalen Bereich zu bringen.

Bauformen

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Batteriepack Nissan Leaf

Für denAkkupackvon Antriebsbatterien für Elektrofahrzeuge gelten erweiterte Anforderungen. So muss dieSicherheitauch bei Crashs sichergestellt sein, wenn mehreren Zellen gleichzeitig in Brand geraten, aber auch wenn einzelne Zellen (etwa durch Qualitätsunterschiede) spontanthermisch durchgehen,soll dies nicht den ganzen Pack funktionsunfähig machen. Für das Schnellladen von Batterien, insbesondere mittels High-Power-Charging (HPC) in den sich entwickelndenSchnellladenetzen,muss eine effektive Kühlung gewährleistet sein. Um an derLadesäuleschnell mit einer hohen Leistung laden zu können, konditioniert dasThermomanagementdie Zellen bereits während der Anfahrt und wärmt sie gegebenenfalls vor. Weiterhin sollten Antriebsbatterien bei ähnlichem Grunddesign für verschiedene Zellchemien einsetzbar sein, sodass ein Wechsel keine teure Umrüstung der Produktionsanlagen erfordert. Da sich Rohstoffpreise ständig ändern und ausschlaggebend für den Endpreis sind, kann dies für den wirtschaftlichen Erfolg von Antriebsbatterien entscheidend sein.

Mit demFortschritt bei Elektroautossetzte sich ein mehrstufiger Aufbau der Batteriepacks durch (beim Elektroauto häufigeranglisiertPackalsPaket). Dabei werden zylindrische oder prismatische Zellen (sieheRundzelleundPouch-Zelle) zuerst in Modulen zusammengefasst, diese werden wiederum inReihe verschaltet,um die hohe Ausgangsspannung zu erreichen. Sie erhalten ein festes Gehäuse, dass gegen thermisches Durchgehen schützt. Die Module werden in einen Leiterrahmen eingestellt, üblich mit einem in der Mitte durchgehenden Kabelbaum, der die Module elektrisch anschließt. Der Rahmen ist fest genug für Crashs, wird von oben und unten mit Blechen versiegelt, sodass darin eine Kühlflüssigkeit zirkulieren kann. Am Rahmen befinden sich Überdruckventile, wenn einzelne Zellen durchgehen, und das Batteriemanagementsystem ist häufig mit dem Rahmen direkt verbunden.[12]

Diese flacher Batteriepack lässt sich in den Unterboden eines Elektroautos einhängen und kann diesem gegebenenfalls selbst mehr Steifigkeit verleihen. Bei entsprechend konstruierten Fahrzeugen (siehe z. B.Better PlaceoderNio) kann der Batteriepack inBatteriewechselstationenauch komplett ausgetauscht werden. Der Batteriepack kann für Reparaturen auch geöffnet werden, sodass Module ausgetauscht werden können. Da an einem Batteriepack viele Teile zum Einsatz kommen, die keine Energiespeicherung beinhalten, unterscheidet man bei der Energiedichte von Antriebsbatterien zwischen der Zell-Ebene und der Pack-Ebene (englischcell-levelundpack-level). Insbesondere bei der volumetrischen Energiedichte erreichen Rundzellen in Modulbauweise auf Pack-Ebene weniger als die Hälfte der Zell-Ebene.[13]

Cell-to-Pack

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

BYD e-Platform für CTC

Mit der Fortentwicklung des Elektroautos zur Massenproduktion rückte die Reparaturfähigkeit der Antriebsbatterie als Anforderung nach hinten, da Zellen kaum noch spontan durchgehen. Auch die Zyklenfestigkeit stieg an, sodass ein Austausch der Batterie über ein Fahrzeugleben hinweg nicht mehr notwendig wurde. Hieraus entstanden Konstruktionsideen, den Batteriepack so zu bauen, dass er fest mit dem Fahrzeug verbunden ist, beziehungsweise ein Teil derKarosseriewird. Die Zellen werden damit in die Karosserie eingebaut (englischcell-to-chassis– CTC). Im Zwischenschritt werden die Zellen unter Auslassung der Modulgruppen in das Gehäuse des Batteriepacks eingebaut (englischcell-to-pack– CTP). Ab 2022 haben sich dabei drei Hauptvarianten von CTP herausgebildet.[14]

  • BYD Blade Battery– die prismatischen Zellen mit verstärktem Gehäuse erstrecken sich über die gesamte Breite des Rahmens, die Kühlung erfolgt mit einer wasser-gefüllten Kühlplatte (cooling plate[15][16]) über den Zellen
  • CATL Qilin Structural Battery– wasser-gefüllte quadratische Kühlrohre ziehen sich über die gesamte Breite des Rahmens, Pouch-Zellen dazwischen werden von beiden Seiten gekühlt, verbunden durch einen elastischen Streifen
  • Tesla 4680 Structural Battery– die Gehäuse von Rundzellen werden untereinander verbunden, die eine thermische Ableitung erlauben, und jede zweite Reihe wird ein schlängelnder Kühlrohrstreifen (snake tube[17]fürribbon cooling[18]) eingelegt

Jede dieser Bauformen steigert die relative Energiedichte des Batteriepacks im Vergleich zur Zellebene, was ein wesentlicher Faktor für dieRenaissance des LFPin den 2020er Jahren war. Jede dieser Bauformen hat zwar leichte Vor- und Nachteile, doch schon die Tesla-Variante erreicht 91 % der Energiedichte der verwendeten Rundzellen.[14]BMW entwickelt eine Variante mit 4695 und 46120 Rundzellen für dieNeue Klasse,wobei die CTPStructural BatteryhierPack-to-open-bodyheißt.[19]Geely hat 2024 eine Variante derBlade Batteryvorgestellt, mit halb so langen Zellen, genanntShort Blades,mit einem mittigen Längsträger im Batteriepack.[20]

Einflüsse auf die nutzbare Kapazität

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Im Betrieb kann nicht die gesamte Nennkapazität genutzt werden. Zum einen wird die nutzbare Kapazität bis zum Absinken auf die festgelegte Schlussspannung bei hohen entnommenen Strömen geringer (siehePeukert-Effekt), zum anderen bestimmt bei seriellen Verschaltungen die Zelle / der Zellblock mit der geringsten Kapazität die nutzbare Kapazität ohne schädigende Tiefentladung.

Die Zellen einer Antriebsbatterie weisen fertigungsbedingt sowie durch Nutzungseinflüsse auch immer Unterschiede in der Kapazität und Stromabgabe (innerer Widerstand) auf. Da dadurch im Betrieb die Zellen unterschiedlich belastet werden, kommt es zu einem Auseinanderdriften, was die nutzbare Kapazität der gesamten Batterie verringert. Während die Kapazität der besten Zellen nie gänzlich ausgenutzt werden kann, werden die schwachen Zellen regelmäßig überlastet, tiefentladen oder überladen. Auch um diese Effekte zu verringern bzw. zu vermeiden, werden bei modernen AntriebsakkumulatorenBalancerundBatteriemanagementsystemeeingesetzt. Auch tiefere Temperaturen verringern die Fähigkeit der Antriebsbatterie zur Abgabe hoher Ströme und verstärken den Peukert-Effekt, da sich generell die Beweglichkeit der Elektronen verringert. Um diesem Effekt entgegenzuwirken und da verschiedene Akkutechnologienbei tieferen Temperaturen unbrauchbarwerden, sind Antriebsbatterien oft auch mit einer zusätzlichen Heizung ausgestattet[21](Konditionierung).[22]Diese kann durch eine Wärmepumpe erfolgen oder übernimmt entweder während der Verbindung zum Stromnetz die Temperierung oder heizt sich aus ihrem Energiegehalt selbst. Dadurch und durch zusätzliche Verbraucher wie elektrische Innenraumheizung oder Klimaanlage verringert sich die winterliche Reichweite, obwohl der nutzbare Energiegehalt der Antriebsbatterie auch im Winter zur Verfügung steht. Auch das Laden und die Rekuperation wird durch Wärme positiv beeinflusst.[22]

Die Entladetiefe der Akkuzellen wird zugunsten der Lebensdauer oft durch dasBatteriemanagementsystem(BMS) begrenzt, meist auf 60–80 % der Nennkapazität. Vor allem bei Verbrauchsberechnungen und Vergleichen von verschiedenen Antriebsbatterien müssen diese Umstände beachtet werden. Diese „Nutzkapazität “wird vom Autohersteller selten ausgewiesen, sondern als nutzbarer Bereich der Nennkapazität beschrieben. So wird beimChevrolet Voltbzw.Opel Amperaein nutzbares Akkufenster von 30 bis 80 % angegeben, das sind (zugunsten der Haltbarkeit) lediglich 50 % der Nennkapazität von 16 kWh.

Lebensdauer und Zyklenfestigkeit

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Plug in Americaführte unter Fahrern desTesla Roadsterbezüglich der Lebensdauer der verbauten Akkus eine Umfrage durch. Dabei ergab sich, dass nach 160.000 km die Akkus noch eine Restkapazität von 80 bis 85 Prozent hatten. Dies war unabhängig davon, in welcher Klimazone das Fahrzeug bewegt wurde.[23][24]Der Tesla Roadster wurde zwischen 2008 und 2012 gebaut und verkauft.

Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren,die als Antriebsakkus eingesetzt werden, erreichen nach Herstellerangaben mehr als 5000 Zyklen bei einerEntladetiefevon 70 %[25].

Das (vor 2019) meistverkaufte Elektroauto ist derNissan Leaf,der seit 2010 produziert wird. Nissan gab 2015 an, dass bis dahin nur 0,01 % der Akkus wegen Defekt oder Problemen ausgetauscht werden mussten und dies auch nur aufgrund extern zugefügter Schäden. Dabei gibt es vereinzelt Fahrzeuge, die bereits mehr als 200.000 km gefahren sind. Auch diese hätten keine Probleme mit dem Akku.[26]

Ladezeiten

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
BYD e6Taxi, aufladen in 15 Minuten auf 80 Prozent

Elektroautos wieTesla Model S,Renault Zoe,BMW i3usw. können ihre Akkus an Schnellladestationen innerhalb von 30 Minuten zu 80 Prozent aufladen.[27][28][29][30] Beim ElektroautoLi Megakann der Akku in 10 Minuten von 10 auf 80 Prozent aufgeladen werden. Die Laderate beträgt dort 5C (Stand 2024). Das ElektroautoHyundai Ioniq 5kann in 18 Minuten von 0 auf 80 Prozent aufgeladen werden. Die Ladeleistung von Ladesäulen beträgt in Europa bis zu 350 kW (sieheLadestation). Typische Laderaten von modernen Antriebsbatterien (Stand 2024) liegen bei 4C oder 5C, das entspricht einer Ladedauer von 12 bis 15 Minuten. Dabei gibt C direkt die Ladedauer an, wie etwa 4C führt zur Ladedauer1⁄4Stunde, und 5C führt zur Ladedauer1⁄5Stunde (sieheLaderate).

Nach Angabe des HerstellersBYDist derLithium-Eisen-Phosphat-AkkudesElektroautos e6an einer Schnellladestation innerhalb von 15 Minuten zu 80 % aufgeladen, nach 40 Minuten zu 100 %.[31]

Einsatzbeispiele

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
Antriebsbatterie für einPedelecals herausnehmbarerAkkupack

In modernen Elektrofahrrädern/Pedelecskommen aus Platz- und Gewichtsgründen fast ausschließlich Akkumulatoren auf Lithiumbasis zum Einsatz (sieheLithium-Ionen-Akkumulator). Anfänglich eingesetzte Bleiakkumulatoren haben sich nicht bewährt.

BeiElektromotorrollernsind als Antriebsbatterien verschiedenste Akkusysteme im Einsatz. Auch hier gilt der Bleiakkumulator als veraltet, NiCd als bewährt und Batterien auf Lithiumbasis als leistungsstark.

Beim Einsatz inHybridfahrzeugenwerden derzeit (2024) fast ausschließlich Antriebsbatterien vom TypLithium-Ionen-Akkumulatorverwendet. Vereinzelt werden nochNickel-Metall-Hydrid-Akkuseingesetzt. Die früher verwendeten Bleiakkumulatoren und Nickel-Cadmium-Akkus werden kaum noch verwendet.[32]

InElektroautoskommen heute (1/2016) fast nur nochLithium-Ionen-Akkumulatorenzum Einsatz (sieheTesla Model S,BMW i3,Renault Zoe,Nissan Leaf,VW e-up!usw.). Seit 2023 kommen auchNatrium-Ionen-Akkumulatorenzum Einsatz wie z. B. in den ElektroautosEV3 von JMEV,JAC E10XundBYD Seagull.Durch die Verwendung von Natrium statt Lithium sind diese Akkus deutlich günstiger und umweltfreundlicher als Lithium-Akkumulatoren, haben jedoch eine schlechtere Energiedichte. Die Akkus sind zudem nicht mehr brennbar und können in einem deutlich größeren Temperaturbereich arbeiten als Lithium-Ionen-Akkus, d. h. müssen kaum noch klimatisiert werden. Seit 2023 werden auchFestkörperakkumulatoreneingesetzt z. B. beiNio ET7,Nio ES8,Mercedes-Benz Bus eCitaro,IM L6.Diese zeichnen sich durch deutlich höhere Energiedichten und Leistungsdichten aus, d. h. der Akku wird bei gleicher Lademenge kleiner und leichter und das Laden und Entladen geht deutlich schneller. Akkus mit 150 kWh und Reichweiten von 1000 km werden damit möglich. Zudem sind solche Akkus nicht mehr brennbar. Wegen fehlender Flüssigkeiten können diese Akkus in einem weiten Temperaturbereich arbeiten und müssen kaum noch klimatisiert werden.

InU-Bootenwurden und werden Antriebsbatterien für Unterwasserfahrten eingesetzt.

Auch elektrisch angetriebeneParkeisenbahnenverwenden Antriebsbatterien, sofern die Strecke nicht mit Oberleitungen oder Stromschienen versehen ist. Ein Beispiel ist diePanoramabahnimEuropa-Park,deren Batterien an den vier Bahnhöfen induktiv aufgeladen werden.

InSolarfahrzeugenwerden aus Gewichts- und Volumengründen ausschließlich moderne Hochleistungsbatterien auf Lithiumbasis eingesetzt. Das weltgrößte Solarfahrzeug, der KatamaranTûranor PlanetSolar,besitzt die derzeit mit 1,13 MWh auch weltgrößte Lithium-Antriebsbatterie. Deren Zellen stammen vom thüringischen ZellproduzentenGaia Akkumulatorenwerk GmbH.

Antriebsbatterien aus geschlossenenBleiakkumulatorenwerden in elektrischenGabelstaplerneingesetzt und dienen dort zugleich als Gegengewichte zur Stapelware, um mithilfe der Gegengewichte eine bestimmte (größere)physikalische Massetransportieren zu können. Auch in fahrerlosen Transportsystemen bei ebenen Anwendungen werden sie noch eingesetzt. Das hohe Gewicht und die starke Temperaturabhängigkeit wirken sich nachteilig bei Höhenunterschieden bzw. Steigungen und im Winterbetrieb aus. Daher sind sie für die Anwendung im Elektrofahrrad, inElektrorollernundElektroautosweniger geeignet.

Im September 2019 meldeteTesla, Inc.ein Patent fürVC-Lithiumbatterien mit modifizierten Elektroden an, die noch im Jahr 2020 verbaut werden sollen und 20 Jahre und 1,8 Mio. km (mehr als 1 Mio.Meilen) Lebensdauer (nicht Reichweite) halten sollen gegenüber der bisherigen Technik mitNMC-Elektroden, die bis 500.000 Meilen (ca. 804.672 km) Lebensdauer erreichten.[33][34]

Umweltaspekte

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Antriebsbatterien bestehen aus Einzelzellen, die sowohl in der Größe (Kapazität) als auch in der Anzahl der Einzelzellen (Spannung) deutlich über denGerätebatterienliegen. Daher enthalten sie größere Mengen einzelner Rohstoffe, sodass nach der Nutzung eine Rückführung in den Stoffkreislauf (Recycling) volkswirtschaftlich und ökologisch sinnvoll und notwendig ist. FürStarterbatterienund Antriebsbatterien alsBleiakkumulatorwurde daher in Deutschland mit derBatterieverordnungein Batteriepfand von 7,50 Euro/Stück eingeführt. Die Rückführungsquote liegt bei über 90 %.[35]

Für moderneLithium-Ionen-Akkumulatorenexistiert eine solche Pfandlösung noch nicht.[36]

Sicherheit

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Zu Lithium-Antriebsbatterien ist bekannt, dass Fahrzeugbrände mit Beteiligung der Batterien vorkommen können und schwierig zu bekämpfen sind. Anfang der 2010er Jahre wurde in mehreren technischen Gutachten auf diese Gefahren hingewiesen. Neben der Gefahr für die Fahrzeuginsassen ist seitdem das Problem zur Brandbekämpfung durch die Feuerwehr bekannt.[37]

Preisentwicklung und Hersteller

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
Lernkurvevon Lithium-Ionen-Batterien: Der Preis für Batterien ist in drei Jahrzehnten um 97 % gesunken.

Die Preise für Antriebsbatterien sind wegen der verfügbaren und preiswerten Ausgangsmaterialien nur in geringem Maß durch die Rohstoffe bestimmt. Während bei Einzel- und Kleinserienfertigung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren 2008–2010 Preise von teils deutlich über 500 €/kWh Nennkapazität genannt wurden, fielen sie für die ersten in Serie gefertigten Batterien 2012 auf 280–350 €/kWh. 2013 bezifferteLi-Tecden Preis auf 200 €/kWh und suchte damals Partner, um die kostengünstige Massenproduktion umzusetzen.[38]Der Preis einer Einzelzelle soll 2016 nach Angaben vonGeneral Motorsetwa 145 $/kWh[39][40](ca. 127 €/kWh) entsprechen, der der Batterie 300 $/kWh[40](etwa 263 €/kWh). Eric Feunteun, Leiter der Sparte Elektromobile bei Renault, teilte im Juli 2017 mit, dass Renault eine Akkukapazität von 1 kWh 80 Dollar kostet.[41][42]Ursache des Preisverfalls ist die anlaufende Massenproduktion, die die Stückkosten durch bessere Technologien undSkaleneffektedeutlich verringert. Allerdings werden die sinkenden Produktionskosten nur verzögert an die Kunden weitergegeben, da auf diesem Markt, speziell in Deutschland, durch die wenigen Angebote nur ein geringerPreisdruckbesteht.

Die Zellen der Antriebsbatterie desMitsubishi i-MiEVvon 16 kWh für etwa 150 km Reichweite kosteten im Jahr 2013 etwa 3.200 Euro in der Herstellung.

Die mit Stand 2015/2016 wichtigsten Hersteller von Antriebsbatterien,Panasonic,Samsung SDIundLG Chem,sind alle zugleich die wichtigsten Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien für elektronische Geräte.[43]Der japanische Hersteller Panasonic, derTeslabeliefert und mit Tesla zusammen dieGigafactoryaufbaut, hat bei Antriebsbatterien einen Marktanteil, der auf 36 %[44]oder 39 %[45]geschätzt wird. Für die südkoreanische Firma LG Chem, die z. B. die Batterien für denChevrolet Voltund den Renault Zoé liefert, wird ein Marktanteil von 8 % angegeben, für Samsung SDI, die fürBMWundVolkswagenproduzieren, einer von 5 %.[44]Weitere Produzenten von Antriebsbatterien sindAESC(Automotive Energy Supply Corporation), ein Gemeinschaftsunternehmen vonNissanundNEC,die chinesische FirmaBYDsowie die seit 2013 in chinesischem Besitz befindlicheA123.

Im Juli 2024 hat Bloomberg New Energy eine Studie veröffentlicht, nach der die Preise fürLithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoreninnerhalb der letzten zwölf Monate um 51 Prozent auf 53 USD pro kWh gefallen sind. Ein Jahr davor lag der Preis noch bei 95 USD pro kWh. Ein Grund dafür seien die stark gefallenen Rohstoffpreise. Ein zweiter Grund seien Überkapazitäten in der Produktion. Ein weiterer Grund sei, dass die Technologie sowie die Herstellungsprozesse deutlich verbessert wurden. Dieser Preisverfall hätte zur Folge, dass nunmehr Elektroautos günstiger seien als Autos mit Verbrennungsmotor z. B. in China, dem weltweit größten Automarkt. Bereits 2/3 der Elektroautos in China seien günstiger als vergleichbare Autos mit Verbrennungsmotor. Es würde jedoch noch etwas dauern, bis diese Preise außerhalb von China angekommen seien.[46]

Werkstoffspezifische Einteilung und praxisbezogene Hinweise

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Üblicherweise werden die Antriebsbatterien nach den Materialien, die für diegalvanischen Zellenverwendet werden, unterschieden. Wegen der Vielzahl unterschiedlicher Systeme können nur allgemeine Handlungsempfehlungen gegeben werden. Bezugspunkt sollten immer die jeweiligen Herstellerempfehlungen sein, wobei auch die Möglichkeit einer abweichenden, schonenderen Nutzung geprüft werden sollte, um einer möglichengeplanten Obsoleszenzentgegenzuwirken und die Wirtschaftlichkeit (Kosten/Kilometer über die Nutzungsdauer) zu erhöhen.

Lithium-Ionen-Akkumulator

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Lithium-Ionen-Akkusystemewurden seit 2009 zur bevorzugten Variante der Antriebsbatterien. In Elektroautos kamen 2014 fast nur noch Lithium-Ionen-Akkumulatoren zum Einsatz, beispielsweiseMitsubishi i-MiEV,Tesla Model S,BMW i3,Renault Zoe,Nissan Leaf,VW e-up!.„Lithium-Ionen-Akkumulator “ist ein Oberbegriff für eine Vielzahl verschiedener Varianten von Akkumulatoren mit verschiedenen Eigenschaften.

  • Sowohl an der unteren wie an der oberen Zellspannungsgrenze setzen Prozesse ein, die die Lebensdauer der Akkus verringern oder sie zerstören. Elektronische Steuerungen (Balancer/BMS) sorgen in der Regel sowohl bei der Ladung als auch bei der Entladung für die Einhaltung der Grenzspannungen.
  • Der optimale Betriebsbereich ist bei einer mittleren Entladetiefe in dem breiten Betriebsbereich, in welchem die Spannungen nur gering um die Nennspannung schwanken. Häufiges Nachladen, flache Zyklen sind empfohlen. Ständiges Vollladen ist aber ebenso wie tiefes Entladen ungünstig für die Lebensdauer. Nach Vollladung sollte die Antriebsbatterie genutzt werden. Eine längere Lagerung bei Nichtnutzung sollte nicht über etwa 95 % Ladezustand erfolgen.
Dieser Artikel oder Abschnitt bedarf einer grundsätzlichen Überarbeitung. Näheres sollte auf derDiskussionsseiteangegeben sein. Bitte hilf mit, ihn zuverbessern,und entferne anschließend diese Markierung.
  • WährendLithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren(LiFePO4) eher unempfindlich gegen Minustemperaturen sind, vor allem bei der Entladung, werden andere Akku-Typen (LiPo) bei Frost zerstört. Die beste Leistungsfähigkeit von LiFePO4-Akkus erhält man bei 25–35 °C, allerdings verstärken höhere Temperaturen den schleichenden Kapazitätsverlust durch Alterung.

DurchKonfliktrohstoffeund steigender Preise der Materialien hat sich die verwendete Zellchemie der Lithium-Ionen-Akkumulatoren für Antriebsbatterien im Laufe der 2010er Jahre verändert. Die meisten Hersteller setzten zuerst aufNMC-Akkumulatoren,bei denen die Anteile von Nickel:Mangan:Cobalt anfänglich mit 1:1:1 gleich groß waren, später NMC-111 genannt. Über mehrere Stufen von NMC-532 und NMC-622 verschob sich das Verhältnis zu NMC-811 ab 2019. Tesla verwendete auchNCA-Akkumulatoren.[47]Mit neuen Packungsdichten beiLFP-Akkumulatorenab Ende 2019 kam es zu einer Renaissance dieser Zellchemie, die im Vergleich zu NMC eine geringere Energiedichte hat – lag der Marktanteil LFP Anfang 2020 noch bei 1 Prozent, stieg er weltweit auf 20 Prozent bis Ende 2021. Tesla erwartet bis Ende 2022 einen Anteil von 75 Prozent LFP in seiner Produktion.[48]

Natrium-Ionen-Akkumulator

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Mit Stand 2023 sind auch erste E-Auto-Modelle mit Natrium-Ionen-Akkumulatoren erhältlich (z. B.BYD Seagull,JAC E10XundEV3 von JMEV). Diese Akku-Art erreicht nicht die Energiedichte eines hochwertigen Lithium-Ionen-Akkus, weist gegenüber diesen jedoch mehrere Vorteile auf. Unter anderem sind sie aufgrund der Nutzung von Allerweltsmaterialien wieNatriumstattLithiumdeutlich günstiger, benötigen keinKobaltoderNickel,sind weniger anfällig für Überhitzung und halten länger. Als Vorteilhaft werden solche Akkus vor allem dort gesehen, wo es eher auf niedrige Kosten als auf hohe Energiedichte und niedriges Gewicht ankommt, beispielsweise günstige E-Autos für den Kurzstreckenverkehr, die keine große Reichweite benötigen.[49]

Festkörperakkumulator

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Seit 2023 werden auch Festkörperakkumulatoren eingesetzt, z. B. beiNio ET7,Nio ES8,Mercedes-Benz Bus eCitaro,IM L6.Diese zeichnen sich durch deutlich höhere Energiedichten und Leistungsdichten aus, d. h. der Akku wird bei gleicher Lademenge kleiner und leichter und das Laden und Entladen geht deutlich schneller. Akkus mit 150 kWh und Reichweiten von 1000 km werden damit möglich. Zudem sind solche Akkus nicht mehr brennbar. Sie haben meist eine sehr lange Lebensdauer und können wegen fehlender Flüssigkeiten in großen Temperaturbereichen arbeiten, weshalb diese kaum noch klimatisiert werden müssen. Als Beispiel der Akku des Bonner Unternehmens High Performance Battery, der mehr als 12.500 Ladezyklen ohne nennenswerten Kapazitätsverlust übersteht und bei Temperaturen von −40 Grad Celsius bis +60 Grad Celsius arbeiten kann.[50][51]

Bleiakkumulator

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Bleiakkumulator-Systeme waren in Deutschland vor 2010 die am häufigsten verwendeten Antriebsbatterietypen. Trotz äußerlicher Ähnlichkeit unterscheiden sie sich im Aufbau und der Verwendung vonStarterbatterien,da sie auf höhere Energiedichte und längere Zyklenfestigkeit optimiert sind, Starterbatterien dagegen auf hohe Leistungsdichte (kurzzeitige hohe Stromabgabe).

Um die Lebensdauer zu maximieren, sollte die Belastung und Entladetiefe gering gehalten werden, was oftmals konstruktiv schwer umsetzbar ist (Verhältnis Kapazität zu geforderter Leistung). Generell wird empfohlen, Bleiakkumulatoren nach jeder Nutzung zeitnah mit hohen Strömen aufzuladen und möglichst nicht tief zu entladen (flache Zyklen). Eine geringe Entladetiefe von lediglich 30 % der Nennkapazität kann dabei die Lebensdauer vervielfachen.[52]Batteriemanagementsystemesind kaum verfügbar, ein praktischer Einsatz ist lediglich mit dem BADICHEQ-System (BAttery DIagnostic & CHarge EQualizing)[53]imHotzenblitzbekannt. Ein Ladungsausgleich kann mitPowerCheq-Balancernzwischen Zellblöcken, nicht aber zwischen den Einzelzellen realisiert werden. Ein Betrieb bei winterlichen Temperaturen ist ohne Heizung kaum möglich. Auch das Laden bei kaltem Akku kann nur mit geringeren Strömen und höheren Eigenverlusten erfolgen. Die Lagerung sollte in voll geladenem Zustand bei niedrigen Plus-Temperaturen erfolgen, zeitliche Kontrolle und Nachladung sind wegen der hohen Selbstentladung notwendig.

Nickel-Cadmium-Akkumulator

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

Nickel-Cadmium-Akkusystemehatten früher eine weite Verbreitung gefunden, da sie sehr robust und langlebig sind. In Europa werden sie als Nasszellen vorrangig von der FirmaSaftgefertigt und wurden auch in verschiedenen französischen Elektroautos eingesetzt. Allerdings enthalten sie das giftige Cadmium. Obwohl daseuropaweite VerbotNiCd-Traktionsakkus derzeit noch ausklammert, wurden sie von neueren Technologien vor allem auf Lithiumbasis verdrängt. Auch leiden NiCd-Akkus unter dem reversiblenMemory-Effekt,der in zeitlichen Abständen zum Kapazitätserhalt eine vollständige Entladung und gezielte Ausgleichsladung/Überladung erfordert. Generell werden NiCd-Akkus daher tiefer gezykelt und auch nicht nach jedem Gebrauch nachgeladen. Sie gelten als robust und auch noch bei tiefen Temperaturen einsetzbar.

Nickel-Metallhydrid-Akkumulator

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

DerNickel-Metallhydrid-Akkumulatorwurde aufgrund seiner hohen Energiedichte erfolgreich als Antriebsakku eingesetzt (Bsp.:General Motors EV1), jedoch verhindertenpatentrechtliche Sanktioneneine Fertigung hoch kapazitiver Zellen (mehr als 10 Ah) und damit eine stärkere Verbreitung und Weiterentwicklung. Daher sind im Antriebsbereich keine BMS und nur schwer passende Ladegeräte verfügbar, wogegen NiMH-Akkus im Konsumerbereich Standard sind. Bei der Nutzung ist starkes Überladen zu vermeiden, da es die Alterung durch die Erwärmung beschleunigt und eine exotherme Reaktion (thermisches Durchgehen) möglich ist, was zum Brand führen kann. Die Ladeabschaltung nach Delta Peak sollte mindestens mit einer thermischen Abschaltung kombiniert sein. Die beste Leistungsfähigkeit erzielt man bei etwa 25 °C, die Lebensdauer kann bei entsprechender Nutzung >10 Jahre betragen (sieheToyota Prius).

Thermalbatterie

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]

AuchThermalbatterienwie dieZebra-Batteriewurde als Antriebsakkumulator eingesetzt.[54]Sie eignet sich vor allem für regelmäßigen bzw. Dauereinsatz, da dann die systembedingten Energieverluste vernachlässigbar sind. Der Vorteil liegt vor allem in der hohen Betriebssicherheit und der uneingeschränkten Wintertauglichkeit, da durch die hohen Betriebstemperaturen die Umgebungstemperatur keinen Einfluss hat. Ausfallende Zellen werden niederohmig und verringern zwar die Kapazität, verhindern aber nicht die Nutzung.

Superkondensatoren

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
Capabus beim Aufladen in der Haltestelle auf der Expo 2010 in Shanghai

Es gab ab 2008 Versuche,Doppelschicht-KondensatorenundAkkumulatorenzu kombinieren.[55]Der Doppelschicht-Kondensator übernimmt hierbei die Spitzenlast, um mit ihrer hohen spezifischen Leistung schnell verfügbare Energie zu speichern, um Batterien innerhalb sicherer Widerstandserwärmungsgrenzen zu halten und die Batterielebensdauer zu verlängern.[56][57]DerMAN Lion’s Citywird in einer Hybridversion in einer Kleinserie produziert, bei der Doppelschicht-Kondensatoren eingesetzt werden. In Shanghai/China fahren hingegen experimentelle Busse, die Doppelschicht-Kondensatoren als einzigen Speicher für Antriebsenergie verwenden und an den Haltestellen aufladen.[58][59]Doppelschicht-Kondensatoren sind alsEnergiespeicherdem Akkumulator zwar insbesondere in derLeistungsdichteund praktisch allen Kennwerten außer derEnergiedichteweit überlegen. Sie erreichen nur etwa 5 Wh/kg und sind damit etwa um den Faktor zwanzig schlechter als Akkumulatoren. Doppelschicht-Kondensatoren haben jedoch kaum eine Beschränkung beim Lade- und Entladestrom. Dies ist vor allem beimNutzbremsenund Anfahren ein Vorteil. Charakteristisch ist dieSelbstentladung,die typischerweise höher als die von Akkumulatoren ist. Die Anzahl der Ladezyklen kann bis zu 106betragen. Kritisch für die Lebensdauer sind erhöhte Temperaturen. Wegen des anderen Spannungsverlaufes eines Kondensators (proportional zur Wurzel der gespeicherten Energie) können Akkumulatoren jedoch nicht einfach gegen Doppelschicht-Kondensatoren getauscht werden – andereFahrtreglerfür stark variable und niedrigeelektrische Spannungensind notwendig, da sonst nur ein Teil der gespeicherten Energie genutzt werden kann.

Im Januar 2020 erklärte Elon Musk, CEO von Tesla, dass die Fortschritte in der Li-Ionen-Batterietechnologie Ultrakondensatoren für Elektrofahrzeuge überflüssig gemacht hätten.[60]

Literatur

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
  • Jörg Becker,Daniel Beverungen,Martin Winter,Sebastian Menne:Umwidmung und Weiterverwendung von Traktionsbatterien.Springer-Verlag, 2019,ISBN 978-3-658-21021-2.
  • Gianfranco Pistoia, Boryann Liaw (Hrsg.):Behaviour of Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles: Battery Health, Performance, Safety and Cost.Springer, 2018,ISBN 978-3-319-69949-3
  • Kapitel 5.2.Energiespeicher Akku.In: Anton Karle:Elektromobilität: Grundlagen und Praxis.2. Auflage. Hanser, 2017,ISBN 978-3-446-45099-8,S. 78–88
  • Chapter 29: Dennis A. Corrigan, Alvaro Masias:Batteries for Electric and Hybrid Vehicles.In: Thomas B. Reddy (Hrsg.):Linden's Handbook of Batteries.4. Auflage. McGraw-Hill, New York 2011,ISBN 978-0-07-162421-3.
  • Chapter 12.4.Electric Vehicles.In: Dell, Rand:Understanding Batteries,Royal Society of Chemistry, 2001,ISBN 0-85404-605-4,S. 202–214
  • Kapitel 6Batterietechnik.In: Robert Schoblick:Antriebe von Elektroautos in der Praxis: Motoren, Batterietechnik, Leistungselektronik.Franzis, Haar bei München 2013,ISBN 978-3-645-65166-0
  • Kapitel 3.Speicherung der elektrischen Energie.In: Helmut Tschöke (Hrsg.):Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs.Springer/Vieweg, Wiesbaden 2015,ISBN 978-3-658-04643-9,S. 51ff.
  • Sascha Koch:Auswirkungen der Selbstentzündung von Lithium-Ionen-Zellen auf die Gesamtbatterie.(= Elektrische Energiespeichersysteme; 1) Cuvillier Verlag, Göttingen 2020 (zugl. Diss. Univ. Stuttgart 2019),ISBN 978-3-7369-7138-7.

Rundfunkberichte

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
Commons:Antriebsbatterie– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]
  1. ↑Tassilo Sagawe:Sicherheit der Hochvolttechnik bei Elektro- und Hybridfahrzeugen.4. Sachverständigentag, 1. und 2. März 2010 in Berlin. Abgerufen am 21. Februar 2020.
  2. ↑Sicherheit von Elektrofahrzeugen.(PDF)Abgerufen am 5. April 2024.
  3. ↑§ 2 IV, V BattG
  4. ↑Vor 100 Jahren - Elektrisch angetriebene Kähne aus Zehdenick(Mementovom 30. Oktober 2017 imInternet Archive), aufgerufen am 29. Oktober 2017
  5. ↑Elweb.info:Datenblatt des GM EV1
  6. ↑The Economist, 6. März 2008:In search of the perfect battery,aufgerufen am 28. Juni 2012
  7. ↑Der Spiegel, 13/1994:TRIUMPH EINES TÜFTLERS,aufgerufen am 28. Juni 2012
  8. ↑Daimler Pressestelle, Dezember 1997:The A-Class Electric Vehicle, Powered by the ZEBRA Battery System,PDF, aufgerufen am 18. Juni 2012
  9. ↑AESC:High energy cell (for BEV),Zellspezifikation, Diagramme(Mementovom 18. Juni 2013 imInternet Archive), eingefügt am 28. Juni 2013
  10. ↑AESC:Cell performance – High power cell (for HEV),Zellspezifikation, Diagramme(Mementovom 18. Juni 2013 imInternet Archive), eingefügt am 28. Juni 2013
  11. ↑Winston Battery:WB-LYP100AHA Datenblatt(Mementovom 7. Juni 2013 imInternet Archive), eingefügt am 14. Februar 2012
  12. ↑Munroe Live:Electric Vehicle Battery Breakdown: Cells to Modules to Packs!aufYouTube,Februar 2024.
  13. ↑Hendrik Löbberding, Saskia Wessel, Christian Offermanns, Mario Kehrer, Johannes Rother, Heiner Heimes, Achim Kampker:From Cell to Battery System in BEVs: Analysis of System Packing Efficiency and Cell Types.World Electric Vehicle Journal, 7. November 2020;(englisch, 10.3390/wevj11040077).
  14. ↑abThe Limiting Factor:Pack Analysis: BYD Blade vs CATL Qilin vs Tesla 4680 StructuralaufYouTube,2023.
  15. ↑Nigel:BYD Blade.Battery Design, 22. Juli 2022;(englisch).
  16. ↑Suvrat Kothari:Tesla Model 3 And BYD Han EV Battery Comparison: Cooling Systems Explained.Inside EVs, 3. August 2023;(englisch).
  17. ↑Cindy Yang:What is cooling ribbon like Tesla?aufYouTube,2023.
  18. ↑The Limiting Factor:4680 Thermal Design and Management // Why Ribbon Cooling is BetteraufYouTube,2023.
  19. ↑Stefan Leichsenring:BMWs Neue Klasse erhält 4695- und 46120-Zellen.Inside EVs, 12. September 2022;.
  20. ↑Cristian Agatie:Volvo Parent Geely Launches LFP 'Short Blade' Battery That Puts Industry Leaders To Shame.Auto Evolution, 27. Juni 2024,abgerufen am 28. Juni 2024(englisch).
  21. ↑AutoStromer, 31. Januar 2012:Das Elektroauto im Winter(Mementovom 3. Februar 2012 imInternet Archive), eingefügt am 12. April 2012
  22. ↑abMehr Elektroauto-Reichweite im Winter durch intelligente Technik.In:ecomento.de.23. November 2018,abgerufen am 15. April 2023.
  23. ↑greenmotorsblog.de:Tesla Roadster – Batterie langlebiger als erwartet(Mementovom 7. April 2014 imInternet Archive), abgerufen am 31. März 2014
  24. ↑Plug In America Research Shows That Tesla Roadster Battery Performance Bests Tesla Motors’ Own Projections,abgerufen am 26. November 2019
  25. ↑3xe-electric-cars:(Mementovom 3. Februar 2016 imInternet Archive) Winston Battery, Herstellerangaben, abgerufen am 31. März 2014
  26. ↑zeit.de:„Batterie-Upgrade? Unwahrscheinlich! “,abgerufen am 22. Februar 2016.
  27. ↑Neue Stromtankstelle: Elektroautos laden in 20 Minuten.In:Golem.de.15. September 2011,abgerufen am 6. Juni 2023.
  28. ↑Elektroauto: Tesla errichtet Gratis-Schnellladestationen.In:Zeit Online.24. Oktober 2013,abgerufen am 6. Juni 2023.
  29. ↑Renault Zoe im Test: Das Elektroauto wird vernünftig.In:Autobild.de.26. Juli 2013,abgerufen am 6. Juni 2023.
  30. ↑BMW i3: Elektroauto mit Carbonkarosse für 35.000 Euro.In:Golem.de.22. Juli 2013,abgerufen am 6. Juni 2023.
  31. ↑byd-auto.net(Mementovom 6. Februar 2016 imInternet Archive) Website von BYD: 40 (min) / 15 (min 80 %)
  32. ↑Elektroauto-Batterie (Akku).Abgerufen am 13. Juni 2024.
  33. ↑Tesla: Neue Batteriezellen-Chemie steigert Akku-Leistung & Lebensdauer.In:Elektroauto-News.net.4. Januar 2020,abgerufen am 19. Februar 2020.
  34. ↑Ariel Cohen:Tesla’s New Lithium-Ion Patent Brings Company Closer to Promised 1 Million-Mile Battery.Abgerufen am 19. Februar 2020(englisch).
  35. ↑Batterieverordnung – Batterieverwertung(Mementovom 11. März 2012 imInternet Archive), eingefügt am 6. Februar 2012
  36. ↑Empa:Die Ökobilanz von Lithium-Ionen-Akkus für Elektroautos,27. August 2010, eingefügt am 6. Februar 2012
  37. ↑Marcus Keichel, Oliver Schwedes:Das Elektroauto: Mobilität im Umbruch,Springer-Verlag, 2013,ISBN 978-3-658-00796-6,Seite 139 (Teilvorschau online)
  38. ↑Martin Seiwert, Reinhold Böhmer, Jürgen Rees und Franz W. Rother:E-Auto-Batterien: Daimler und Evonik suchen Partner für Li-Tec.Dramatischer Preisverfall. In:WirtschaftsWoche Online.Verlagsgruppe Handelsblatt, 15. Juni 2013, archiviert vomOriginal(nicht mehr online verfügbar) am5. Februar 2016;abgerufen am 9. April 2016.
  39. ↑Jeff Cobb:GM Says Li-ion Battery Cells Down To $145/kWh and Still Falling.HybridCars, 2. Oktober 2015,abgerufen am 9. April 2016(englisch).
  40. ↑abSam Abuelsamid:LG Chem May Be On The Verge Of Dominating EV Battery Industry.In:Forbes Autos.Forbes, 28. Oktober 2015,abgerufen am 9. April 2016(englisch).
  41. ↑Aus für den Verbrennungsmotor?.Zitat: «Derzeit kostet uns eine Kilowattstunde rund 80 Dollar», verrät Renault-Elektroexperte Eric Feunteun. In:blick.ch,Juli 2017. Abgerufen am 16. Juli 2017.
  42. ↑Elektroantrieb vor dem Durchbruch? Dieses Auto könnte alles ändernIn:focus.de,6. Juli 2017. Abgerufen am 16. Juli 2017.
  43. ↑Global Market for Lithium-Ion Batteries – Forecast, Trends & Opportunities 2014-2020.(PDF) In:MarketResearch.Taiyou Research,S. 13,abgerufen am 9. April 2016(englisch).
  44. ↑abBruce Einhorn, Heejin Kim:Samsung and LG Have a Battery Problem.China has cut subsidies for the Korean companies’ models. bloomberg, 31. März 2016,abgerufen am 9. April 2016(englisch).
  45. ↑Julia Pyper:How LG Chem Can Dethrone Panasonic as the World’s Leading EV Battery Supplier.Greentech Media, 26. August 2015,abgerufen am 9. April 2016.
  46. ↑Colin McKerracher:China’s Batteries Are Now Cheap Enough to Power Huge Shifts.In:bloomberg.9. Juli 2024,abgerufen am 26. Juli 2024(englisch).
  47. ↑Tesla will Vielfalt der Batteriezell-Typen beschränken.InsideEV, 30. Juli 2021;.
  48. ↑Fast jeder zweite Tesla kommt schon mit LFP-Akku.Golem, 23. April 2022;.
  49. ↑Warum E-Autos bald günstiger und ökologischer werden.In:Handelsblatt,12. Oktober 2023. Abgerufen am 9. April 2024.
  50. ↑Amelie Siekmann:Besser als Lithium-Ionen-Batterie?(Mementovom 18. Mai 2024 imInternet Archive), agrarheute, 18. Mai 2024
  51. ↑Christian Kahle:Feststoffzelle: Neue Superbatterie kommt wahrscheinlich aus Bonn.In:winfuture.de.12. Oktober 2023,abgerufen am 18. Mai 2024.
  52. ↑CSB-Battery:Datenblatt EVH 12390Seite 2 im Diagramm Series Cycle Service Life wird die Batterielebensdauer abhängig von der Entladetiefe dargestellt(Mementovom 1. Februar 2014 imInternet Archive) (PDF; 608 kB), aufgerufen am 7. Januar 2016
  53. ↑Battery-Kutter: BADICHEQ-Systembeschreibung, PDF.(PDF) Archiviert vomOriginal(nicht mehr online verfügbar) am1. Februar 2014;abgerufen am 28. Juni 2013.
  54. ↑Prospekt der Daimler-Benz AG, 12/1997:The A-Class Electric Vehicle, Powered by the ZEBRA Battery SystemPDF-Prospekt, eingefügt am 7. Februar 2012
  55. ↑Tyler Hamilton:Neustart für Bleibatterie.In:Technology Review.11. Februar 2008.
  56. ↑Matthew L. Wald:Closing the Power Gap Between a Hybrid's Supply and DemandIn:The New York Times,13. Januar 2008. Abgerufen am 1. Mai 2010 (englisch).
  57. ↑Archived copy.Archiviert vomOriginalam29. Februar 2012;abgerufen am 9. November 2009(englisch).
  58. ↑Jürgen Rees:Der bessere Stromspeicher fürs Elektroauto.Bei:zeit.de.21. Oktober 2012.
  59. ↑Tyler Hamilton:E-Bus 2.1.In:Technology Review.Bei:heise.de.20. Oktober 2009.
  60. ↑Fred Lambert:Elon Musk: Tesla acquisition of Maxwell is going to have a very big impact on batteries.In:Electrek.21. Januar 2020,abgerufen am 26. April 2020(amerikanisches Englisch).
Abgerufen von „https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Antriebsbatterie&oldid=250632947“