Für Elektro-Autos: Smarte Batterie-Zellen sollen Kosten sparen

Forscher am Fraunhofer-Institut haben eine neue Art von Speichertechnologie für Elektro-Akkus entwickelt. Ein modulares System von Speicherzellen ermöglicht dabei ein Austauschen einzelner Zellen, ohne gleich den ganzen Akku zu wechseln. Dadurch werden Kosten gespart und die Reichweite erhöht sich ebenfalls, so die Entwickler.

Das Fraunhofer-Institut hat eine Modul-Technologie entwickelt, um Auto-Batterien billiger zu machen und die Reichweite zu erhöhen. Ist eine der über hundert Batteriezellen im Akku defekt, lässt sie sich künftig einzeln austauschen, bisher musste man den gesamten Akku auszuwechseln.

Bislang sind die Akkus von Elektro-Autos ein zusammenhängender Block, in dem die einzelnen Batteriezellen untergebracht sind. Herstellungsbedingt haben sie unterschiedliche Speicher-Kapazitäten. Da die Zellen in Reihe geschaltet sind, ist die gesamte Batterie nur so stark wie die schwächste Zelle. Ist eine leer, nützt die restliche Energie in den anderen Batteriezellen nichts mehr – das Auto muss Strom tanken. Ein weiteres Manko: Ist eine Zelle defekt, bleibt das Fahrzeug liegen: Der ganze Akku  muss wegen einer Zelle ausgewechselt werden, erklären die Fraunhofer-Forscher.

„Unser modulares Batteriesystem löst diese Probleme“, sagt Dr. Kai Pfeiffer, Gruppenleiter am Fraunhofer-Institut IPA.  Jede Batteriezelle verfügt demnach über einen integrierten Sensor, der Temperatur und Ladezustand erfasst. Über die Hochstrom-Verkabelung, durch die gespeicherte Energie zu den Verbrauchern geleitet wird, reden die Zellen miteinander. Man spricht dabei von Powerline-Kommunikation. Die Zellen kommunizieren auch mit anderen Geräten wie dem Bordcomputer, der aus den Daten errechnet, wie viel Restenergie die gesamte Batterie noch aufweist.

Ist eine Zelle leer, während die anderen noch Energie gespeichert haben, klinkt sie sich einfach aus dem Verbund aus und leitet den Strom an sich vorbei. „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 zudem nicht mehr vorzusortieren – dies dürfte die Kosten deutlich senken. Selbst wenn eine der hundert Batteriezelle ausfällt ist nicht wie bisher der ganze Akku kaputt: Die einzelne Zelle kann einfach ausgetauscht werden.

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. Teile der Entwicklung bearbeiten die Forscher im EU-Projekt „3Ccar“ weiter.

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