Entwicklung für E-Autos 03.12.2015, 08:03 Uhr

Neuartige Batteriezelle soll für höhere Reichweiten sorgen

Höhere Reichweiten für Elektroautos bei niedrigeren Kosten: Das versprechen sich Fraunhofer-Ingenieure von einer neuartigen Batteriezelle. Lesen Sie hier, welchen Trick sie verwenden.

Vielleicht müssen Elektroautos künftig weniger oft Strom tanken, wenn sich die neue Batteriezelle der Fraunhofer-Ingenieure durchsetzt. 

Vielleicht müssen Elektroautos künftig weniger oft Strom tanken, wenn sich die neue Batteriezelle der Fraunhofer-Ingenieure durchsetzt. 

Foto: Oliver Berg/dpa

In E-Autos sind Batterien gleichzeitig Herzstück und Achillesferse, mit großem Einfluss auf den Markterfolg. Entsprechend heiß geht es in der Forschung zu. Wissenschaftler weltweit tüfteln an kostengünstigeren und robusteren Akkus, die höhere Reichweiten ermöglichen sollen. Unter ihnen sind Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart. Sie haben eine neuartige Batterie entwickelt.

Bisheriges Problem: Reihenschaltung macht Batterien störanfällig

Die Fraunhofer-Forscher haben sich folgenden Problems angenommen: Bislang sind Batterien meist ein monolithischer Block, in dem einzelne Batteriezellen sowie die nötige Technik untergebracht sind. Da die Zellen in Reihe geschaltet sind, ist die gesamte Batterie nur so stark wie die schwächste Zelle. Ist diese leer, nützt auch die restliche Energie in den anderen Zellen nichts mehr – das Auto muss wieder Strom tanken. Ist eine Zelle defekt, bleibt das Auto kurzerhand liegen und der Besitzer muss den kompletten Stromspeicher austauschen lassen. Was also tun?

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Forscher sprechen von 10 % höherer Reichweite

Die Forscher aus Stuttgart haben eine Alternative geschaffen: „Unser modulares Batteriesystem löst diese Probleme“, sagt Kai Pfeiffer, Gruppenleiter am IPA. 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. Die anderen liefern weiterhin Energie, sodass das Auto nicht stehenbleiben muss. „Je nach Zellqualität können wir die Reichweite auf diese Weise um mindestens vier Prozent steigern“, erklärt Pfeffer. Im Laufe der Zeit verstärke sich dieser Effekt sogar. „Schaltet man bei einer älteren Batterie die jeweils leeren Zellen aus, ist es denkbar, dass man durchaus zehn Prozent mehr Reichweite erzielen kann.“

Batteriezelle des Fraunhofer IPA: Ein Mikrocontroller erfasst den Ladezustand. Ist eine Zelle leer oder defekt, klinkt sie sich automatisch aus dem Verbund aus. 

Batteriezelle des Fraunhofer IPA: Ein Mikrocontroller erfasst den Ladezustand. Ist eine Zelle leer oder defekt, klinkt sie sich automatisch aus dem Verbund aus.

Quelle: Fraunhofer IPA

Und wie erkennt eine Zelle, dass sie sich aus dem Verbund ausklinken muss? Antwort: Die Forscher haben jeder Zelle einen eigenen Mikrocontroller spendiert, der physikalische Parameter wie Temperatur und Ladezustand erfasst. Über eine sogenannte Powerline-Kommunikation können die Zellen dann Informationen via Hochstromverkablung austauschen und Daten an den Bordcomputer schicken. Er kann dann aus den Daten der Zellen errechnen, wie viel Restenergie die gesamte Batterie noch aufweist.

Wird die Batterieproduktion jetzt günstiger?

Neben der höheren Reichweite sollen Autohersteller und -besitzer mit dem modularen Batteriesystem zudem Geld noch sparen können. Für die Hersteller würde nämlich eine lästige Disziplin wegfallen: das Vorsortieren der Batteriezellen nach Kapazität. Das könnte die Batterieproduktion günstiger machen. Auch der Besitzer könnte sparen: Fällt eine Zelle aus, muss er nicht sofort in die Werkstatt. Entscheidet er sich dennoch für eine Reparatur, muss er nur eine einzige Zelle und nicht die komplette Batterie austauschen lassen.

Und wann kommt die Batterie auf den Markt? Das ist unklar. Die Fraunhofer-Ingenieure haben aber schon einen Prototyp entwickelt. Jetzt wollen sie die Elektronik in den Zellen miniaturisieren. Pfeiffer: „Wir wollen es schaffen, dass sie weniger als einen Euro kostet.“

 

Ein Beitrag von:

  • Patrick Schroeder

    Patrick Schroeder arbeitet als freiberuflicher Journalist für Zeitschriften und Onlinemagazine wie die VDI Nachrichten und Ingenieur.de.

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