Grundlegende Entwicklungen der Elektromobilität

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Leichte, leistungsfähige Batterien

Eine Schlüsselkomponente für das Fahren mit Strom ist das Batteriesystem. Daran werden hohe Anforderungen gestellt: Es muss nicht nur besonders leistungsfähig, sondern auch leicht, langlebig und sicher sein. Fraunhofer-Experten entwickelten deshalb den "Leichtbau-Energiepack". Das System besteht aus hochintegrierten und austauschbaren Energiekomponenten sowie einem thermischen Puffer, der für die effektive Temperierung der Batterien sorgt. Damit der Energiepack auch im Sommer oder bei Extremsituationen wie dem Fahren über kurvige, steile Gebirgspässe nicht überhitzt, setzen die Forscherinnen und Forscher das Phasenwechsel-Fluid CryoSolPlus ein.

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Das Gemisch aus Wasser und Paraffin kann dreimal so viel Wärme aufnehmen wie Wasser. Erhitzt sich die Batterie im Betrieb, "schmelzen" die festen Paraffin-Kügelchen und speichern die Wärme. Kühlt die Lösung ab, erstarren die Tropfen wieder und geben dabei Wärme ab. So verzögert CryoSolPlus im Winter das Auskühlen der Batterie.

Damit das Energiepack leicht und dennoch sicher ist, verwenden die Wissenschaftler für das Gehäuse eine Kombination aus kostengünstigen standardisierten Leichtbaukonstruktionen aus hochfestem Stahl und faserverstärktem Kunststoff mit metallischen Versteifungs- und Verbindungsknoten. An dem Projekt sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT, Solare Energiesystemen ISE, für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT und für Werkstoffmechanik IWM beteiligt.

Überholen mit Lithium-Booster

Batterien sollen Elektrofahrzeuge möglichst lange mit Energie versorgen. Doch kurzfristige leistungsintensive Aktivitäten wie zum Beispiel das Überholen oder das Einfädeln auf die Autobahn benötigen viel Strom und verringern so die Reichweite. Um solche temporären Leistungsspitzen besser auffangen zu können, arbeiten Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher aus dem Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie an einer besonderen Hochleistungsbatterie.

Der Lithium-Booster soll künftig für die notwendige Energie beim Überholen sorgen und darüber hinaus Bremsenergie effektiv in das Antriebssystem einspeisen. "Hierfür sind Lithiumakkumulatoren mit besonders hoher Leistungsdichte notwendig, die sicher und langlebig sind. Zudem müssen sie sich schnell wieder aufladen lassen", beschreibt Andreas Würsig vom ISIT die Anforderungen.

Eine weitere Möglichkeit die Reichenweite von Elektrowagen zu erhöhen, ist der Einsatz von Brennstoffzellen als Range-Exender. Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT arbeitet an verschiedenen Varianten. Einfache Brennzellenstoffzellen mit einer elektrischen Leistung zwischen 5 kW und ca. 15 kW laden die Batterie im Betrieb nach. So kann man deutlich mehr Kilometer mit dem Stromer zurücklegen.

Diese Brennzellstoffen lassen sich zum Bespiel mit Methanol betreiben. Noch mehr zusätzliche Energie liefert ein wasserstoffbasierter Range Extender mit einer Leistung von mehr als 15 kW. Damit kann der Wagen sogar direkt angetrieben werden.

Für kommunale Nutzfahrzeuge – wie zum Beispiel Schneeräumer – entwickelten Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI den Range-Extender HY²PE²R. Dieses System wird von einem emissionsarmen und zuverlässigen Verbrennungsmotor angetrieben, um sowohl elektrische Energie als auch für den Betrieb der Arbeitsgeräte benötigte hydraulische Energie bereitstellen zu können.

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