Langlebige Batterien für die Elektromobilität
Lithium-Ionen-Batterien, die zum Beispiel in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, verlieren im Lauf der Zeit an Leistungsfähigkeit und müssen ersetzt werden. Wie dieser Prozess verlangsamt werden kann, untersucht die Technische Hochschule Mittelhessen am Fachbereich Informationstechnik – Elektrotechnik – Mechatronik in Friedberg. Leiter des Forschungsprojekts ist Prof. Dr. Alexander Kuznietsov vom Kompetenzzentrum für Automotive, Mobilität und Materialforschung. Kooperationspartner ist die Firma BE Power in Fernwald. Das Land Hessen fördert das Vorhaben mit 385.000 Euro.
Eine Batterie für Elektroautos verliert nach acht Jahren etwa 20 Prozent ihrer Kapazität und muss ersetzt werden. Dadurch entstehen je nach Fahrzeugtyp Kosten zwischen 5000 und 12.000 Euro. Die Verlängerung der Lebensdauer um einige Jahre spart folglich erhebliche Kosten. Die Minderung der Leistungsfähigkeit hat eine Reihe von Ursachen. Dazu gehören neben dem kalendarischen Alter der Batterie unter anderem die Anzahl der Lade- und Endladevorgänge, die Umgebungstemperatur, die Betriebsspannung und die Stärke des Lade- und Entladestroms.
Das Team um Prof. Kuznietsov will ein Diagnosesystem entwickeln, das den jeweils aktuellen Zustand der Batterie analysiert und dabei die Ströme, Spannungen und Temperaturen einzelner Zellen erfasst. Die Komponenten des Ladesystems werden in die Untersuchung ebenfalls einbezogen. „Abhängig vom aktuellen Zustand der zu analysierenden Zellen und unter Berücksichtigung der Vorgeschichte können wir daraus eine in Hinblick auf die Lebensdauer optimale Lade- und Entladestrategie herleiten. Sie wird im Ladegerät gespeichert und im Entladebetrieb durch optimale Zuschaltung einzelner Zellen realisiert. So können wir durch eine flexible an den Zustand der Batterie angepasste Nutzungsstrategie die Lebensdauer der Batterie verlängern und die Effizienz des Gesamtsystems verbessern,“ erläutert Kuznietsov.
Die längere Lebensdauer von Speichersystemen für Elektrofahrzeuge werde die Akzeptanz und die zukünftigen Verkaufszahlen elektrisch betriebener Fahrzeuge direkt beeinflussen, so der Hochschullehrer. Neben Kostensenkungen verweist er auf den ökologischen Nutzen, weil Abfall vermieden und die ressourcenintensive Wiederaufbereitung reduziert wird. Rohstoffe wie Lithium und Kobalt lassen sich ebenfalls einsparen.
Die Projektergebnisse werden auch außerhalb der Automobilbranche nutzbar sein. Die entwickelten Algorithmen lassen sich zum Beispiel bei der Optimierung von Speichern für regenerative Energien einsetzen. Das Forschungsvorhaben läuft zwei Jahre und hat ein Gesamtvolumen von 550.000 Euro. Es wird im Rahmen des Programms „Förderung der Elektromobilität“ durch das hessische Wirtschaftsministerium unterstützt.
Foto: Armin Eikenberg (TH Mittelhessen)
