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Elektroautos: Modulare Batterie soll Kosten senken

Die Batterie eines Elektroautos ist Herzstück und Achillesferse zugleich. Sie ist teuer, schwer und ihre Kapazität begrenzt. Noch schlimmer: Sie ist nur so stark wie ihre schwächste Zelle. Und ist nur eine einzige dieser über einhundert Zellen defekt, muss gleich der gesamte Akku getauscht werden. Dank Fraunhofer-Forscher und einem modularen Stromspeicher könnte damit aber bald Schluss sein.
von Silvano Böni am 9. Februar 2016

Elektroautos gelten als besonders nachhaltig. Emissionsfreies Herumkurven wird groß beworben. Ja, die praktisch geräuschlosen Flitzer sollen unser Gewissen beruhigen. Was blasen wir da alles an CO2 in die Luft mit unseren Benzin- und Dieselmotoren, und das ohne Rücksicht auf die Umwelt? Wahnsinn!

Also, ab zum Autohändler unseres Vertrauen, die alte Kiste verkaufen und mit einem sauberen Gefährt nach Hause fahren. Die Tanke brauchen wir dann nur noch für Kippen und Bier, in der Nacht geht ja das Auto in der Garage an die Steckdose. Totale Freiheit! Mit reinem Gewissen in den Tag starten. Das Leben könnte so schön (sauber) sein. Doch weit gefehlt, bei genauerem Hinsehen zeigen die vermeintlichen Saubermänner ihre dunkle Seite.

Teurer Batteriewechsel als Kostenfaktor

Das erste Problem für Elektroauto-Besitzer ist der Strombezug. Der Saft kommt zwar aus der Steckdose, das Kraftwerk dahinter spielt aber die Musik. Dort entsteht das eingesparte CO2. Die beste Lösung? Ökostrom aus Wind-, Wasser- und Solarkraft. Den höheren Preis werden Umweltschützer gerne bereit sein zu bezahlen.

Auf ein weiteres Problem haben auch sie keinen Einfluss: Die Batterie des Autos. Die Produktion verursacht Unmengen an CO2. Und die Batterie ist teuer, sehr teuer sogar. Es liegt also auf der Hand, dass es ein oberstes Ziel sein muss, den Akku so lange wie möglich zu nutzen. 15 Jahre mindestens, bedenkt man, dass das heutige Durchschnittsalter aller PKWs in Deutschland bei 9 Jahren liegt.

Da kommen wir aber bereits zum grundlegenden Problem. Eine typischer Batterieblock eines Elektroautos besteht aus mehr als einhundert Zellen. Diese sollten im besten Fall alle die gleiche Energiemenge speichern können. Das ist aber eher selten der Fall, produktionsbedingt schwanken die Kapazitäten der einzelnen Zellen. Der Batteriehersteller muss also eine Vorsortierung vornehmen, diese treibt die Kosten wiederum in die Höhe. Nichtsdestotrotz werden nie alle Zellen die gleiche Menge Energie aufnehmen können. Da die Zellen in Reihe geschaltet sind, ist die Batterie nur so stark wie ihr schwächstes Glied, nämlich die Zelle, die am wenigstens Energie speichern kann.

Ein weiterer Dämpfer: Ist nur eine Zelle defekt, steht man mit seinem Elektroauto schnell auf dem Pannenstreifen. Nichts geht mehr, die Batterie muss komplett ausgetauscht werden. Und genau hier kommt nun die neue Batterietechnologie, die Forscher des Fraunhofer-Instituts IPA entwickelt haben, ins Spiel.

fraunhofer forscher mit elektroauto batterie

Die modulare Batterie als Alternative

Die Stuttgarter haben mit einem modularen Batteriesystem eine Alternative zu herkömmlichen Akkus geschaffen. In diesem besitzt jede Batteriezelle einen integrierten Mikrocontroller. Der erfasst Parameter wie die Temperaturen, aber auch den Ladezustand der einzelnen Zelle. Die bereits vorhandene Verkabelung nutzen die Forscher, um die einzelnen Zellen miteinander kommunizieren zu lassen. Ausserdem erfolgt darüber ein Austausch der Daten zwischen den Zellen und dem Bordcomputer.

Wenn nun absehbar ist, dass die schwächste Zelle bald leer ist, die anderen aber noch genügend Power besitzen, wird diese einfach ausgeklinkt. Statt Stillstand wie bis anhin, fährt das Auto einfach weiter. Der Fahrer wird davon nichts bemerken.

Je nach Zellqualität kann so die Reichweite sogar gesteigert werden. Bei älteren Zellen sind 10 Prozent mehr durchaus erreichbar. Das ist ein netter Nebeneffekt, aber darum ging es den Forschern grundsätzlich ja gar nicht. Dank der ausklinkbaren Zellen müssen Batteriehersteller diese nicht mehr vorsortieren. Ein grosser Kostenfaktor entfällt also bereits in der Produktion.

Doch die Fraunhofer-Batterie ist nicht nur bei schwächeren Zellen behilflich. Sollte eine oder mehrere Zellen tatsächlich ganz ausfallen, werden diese einfach nicht mehr in das System miteingebunden. Den Gang in die Werkstatt kann man sich dann also definitiv sparen. Und sollte sich der Besitzer des Fahrzeugs doch noch für eine Reparatur entscheiden, muss nicht gleich das komplette Bankkonto geplündert werden. Die Zellen lassen sich ebenso einfach einzeln austauschen.

Erste Prototypen der Batterie sind bereits entwickelt. Nun arbeiten die Forscher daran, die Elektronik weiter zu verkleinern und die Kosten auf weniger als einen Euro zu senken. Die Elektronik ist derzeit eher der Hauptkostenfaktor des Prototyps.

Autoindustrie noch zurückhaltend

Eine hohe Lebensdauer und mehr Reichweite und das bei geringeren Kosten. Wer jetzt denkt, dass die Autohersteller den Fraunhofer-Forscher die Türe einrennen müssten, hat weit gefehlt. Der Gruppenleiter der intelligenten Batterie, Dr. Kai Pfeiffer, meint dazu: „Automobilhersteller und Zulieferer entwickeln solche Schlüsselkomponenten wie die Batterie gerne im eigenen Haus und behalten das Know-how entsprechend für sich.“

Patentanmeldungen zeigen, dass renommierte Hersteller sich an dieser Technik bereits die Zähne ausgebissen haben. Die grossen Konzerne forschen also in die gleiche Richtung, leider bis jetzt nur ohne Erfolg. Da muss wohl noch ein Umdenken stattfinden. Denn wenn Standardzellen definiert werden würden, könnten diese millionenfach hergestellt werden. Die Folge wäre logisch: Die Kosten würden weiter fallen.

Entsprechend enttäuscht sind auch die Fraunhofer-Forscher, dass sich noch kein Hersteller dazu bereiterklärt hat, mit den Stuttgartern zusammen zu arbeiten. „Die Automobilhersteller könnten alle anderen Komponenten immer noch so verbauen, wie sie möchten und sich so vom Wettbewerb differenzieren“, so der Projektleiter Mihai Dragan. „Der Technologische Mehrwert sollte in den Vordergrund rücken. Es sollte darum gehen, das bestmöglichste Ergebnis zu erhalten und dieses dem Kunden weiterzugeben.“ Das wäre sehr wünschenswert, jedoch ist in der heutigen Zeit der Profit des Unternehmens weit wichtiger als das bestmöglichste Kundenerlebnis. Zumindest, bei den meisten Herstellern. Aber vielleicht findet sich ja doch noch ein Unternehmen, welches den Hand-shake mit den Forschern sucht und so von den Entwicklungen der Stuttgarter profitieren kann.

Quelle: ipa.fraunhofer.com