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Batteriemanagement, etwa Cell-Balancing und Leistung

Das Batteriemanagement stellt die Versorgung des Motors mit Energie sicher. Die Zellzustandserfassung hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Lade- und Alterungszustand der Batterie sowie Aspekte wie Zellüberwachung, Leistungsprognose, Thermomanagement, Cell-Balancing, Zellalterung und das Hochvolt-Lademanagement entscheiden maßgeblich über Ausbeute und Lebensdauer eines Akkus und damit über die Reichweite des Fahrzeugs und die Qualität des Gesamtsystems.

Das Batterie-Balancing ist eine Herausforderung, da noch keine ICs zur Verfügung stehen für die Überwachung z.B. von Doppelschichtkondensatoren mit ihren spezifischen Anforderungen an die Minimalladung.

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Für die Alterungsüberwachung (State of Health) und die Anwendung im Online-Batterie-Monitoring lässt sich die Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) inzwischen auch in Massenprodukten nutzen. OEMs arbeiten an Systemen, mit denen eine Flotte von Elektrofahrzeugen zentral überwacht und über die Messwerte aller Fahrzeuge verlässliche Aussagen zum Zustand der jeweiligen Batterie getroffen werden. Die Vernetzung solcher Flotten wird damit zum Standard.

Ein weiterer Aspekt sind die Batteriekosten, denn sie tragen wesentlich zu den hohen Kosten von Elektrofahrzeugen bei. Um diese zu senken, planen Hersteller von Elektroautos den Bau eigener Batteriefertigungen. Diese sollen ab 2017 den Betrieb aufnehmen und drei Jahre später mehr Lithium-Ionen-Batterien produzieren als alle momentanen Fabriken zusammen. Dank technologischem Fortschritt und fallenden Preisen werden zwei wesentliche Probleme der Stromer – Preis und Reichweite – bald ausgeräumt sein. Eine Batterie würde dann ab 2020 nur noch 120 statt 200 Dollar pro Kilowattstunde kosten.

Mit neuen Energiespeichern zur Elektromobilität

Die Entwicklungen von Batterietechnologien laufen derzeit auf Hochtouren. Bei Lithium-Polymer-Batterien (Li-Poly) besteht die Anode aus dem gleichen Metalloxid wie bei der Lithium-Ionen-Batterie, die Polymerbasis des Elektrolyts ist jedoch eine gelartige Folie.

Die Technologie ist sehr preiswert und besitzt eine höhere Energiedichte als andere Lithium-Ionen-Technologien. Ein Minus ist ihre hohe elektrische und thermische Anfälligkeit. Lässt sich dies in den Griff bekommen, ist sie nach Markteintritt ca. 2020 eine vielversprechende Option.

Lithium-Schwefel-Akkus (Li-S) sind sehr günstig und selbst bei extremen Temperaturen beständig. Bei anderen Aspekten sind sie im Vergleich zu heute verfügbaren Technologien noch durchschnittlich. Mit einem Markteintritt wird ab 2020 gerechnet.

Die Lithium-Luft-Technologie (Li-Luft)weist die mit Abstand höchste Energiedichte von allen bekannten Lithium-Ionen-Technologien auf. Auch preislich könnte sie wettbewerbsfähig werden. Mit einem Markteintritt der Li-Luft-Technologie wird jedoch nicht vor 2030 gerechnet. Eine interessante Alternative zu Akkus allein ist deren Kombination mit Doppelschicht-Kondensatoren, auch Super Caps genannt.

Super Caps, die Alternative zu Akkus

Super Caps sind dem Akku in allen Kennwerten weit überlegen, mit einer einzigen Ausnahme, der Energiedichte. Hier sind die Super Caps etwa um den Faktor zehn schlechter als Akkus und damit als alleiniger Speicher für Antriebsenergie ungeeignet. Doch zusammen mit diesen können Super Caps ihre große Stärke ausspielen, in kurzer Zeit Energie mit hoher Leistung zu speichern oder abzugeben, wie es bei neuen DC/DC Applikationen z.B. für Wankstabilisierungen in SUV-Fahrzeugen erforderlich ist.

Die hohen Leistungsspitzen beim Regeln der Elektrohydraulischen Komponenten können die Kondensatoren extrem schnell abgeben. Auf die Akkus entfallen daher weniger Ladezyklen, bzw. Stromspitzen, was deren Lebensdauer deutlich erhöht.

Distributoren als Unterstützer der Hersteller

Der Übergang zu Elektro- oder Hybridantrieben fördert nicht nur neue Technologien sowie ganz neue Ansätze in der Entwicklung, sondern auch ein neues Design-Konzept. Um die einzelnen Komponenten beurteilen zu können, gilt es stets, die Gesamtlösung im Blick zu haben. Denn auch wenn Neuentwicklungen immer wieder als Allheilmittel angepriesen werden, liegt die optimale Lösung nie in nur einem Bauteil, sondern immer in der Feinabstimmung aller Komponenten untereinander.

Distributoren, die ein komplettes Komponentenportfolio und das entsprechende technologische Fachwissen mitbringen, sich im Automotive-Markt auskennen und um die gültigen Normen und Anforderungen sowie Kundenwünsche wissen, können Hersteller im Rennen um die Pole Position maßgeblich unterstützen.

Rutronik gründet hierzu eine eigene Automotive Business Group. Diese Automotive Business Group konzentriert sich auf stimmige und moderne Konzepte für die Mobilität von morgen – mit dem Ziel, mit hoher Beratungskompetenz genau die Technologien zu forcieren, die diese zukünftigen Anforderungen erfüllen.

* Uwe Rahn ist Manager Automotive Business Unit bei RUTRONIK

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