Intelligentes Batteriemanagement So lasten Sie Akkus in Hybrid- und Elektrofahrzeugen optimal und sicher aus

Die Batterie ist das Schlüsselelement in Elektrofahrzeugen. Wie aber kann diese hochwertige Baugruppe bestmöglich ausgelastet werden und gleichzeitig die hohen Sicherheitsanforderungen erfüllen, die bei Betrieb mit Spannungen von oft über 400 V und Strömen von mehreren 100 A auftreten?

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Elektrofahrzeuge sind nicht neu, ihre Geschichte reicht mittlerweile über 100 Jahre zurück. In den letzten Jahren hat das Thema durch steigendes Umweltbewusstsein, langfristige Liefersicherheit und den Preisen fossiler Brennstoffe, aber auch Verfügbarkeit deutlich verbesserter Technologien, eine Renaissance erlebt. Forderungen, wie die Limitierung des CO2-Ausstoßes einer Herstellerflotte auf 130 g/km (und zukünftig diskutiert 95 g/km), können diese Entwicklungen noch weiter vorantreiben.

Vom Start-/Stopp-System über den Hybridantrieb bis zum reinen Elektroauto

Die Bandbreite von elektrisch angetriebenen Automobilen reicht von Fahrzeugen mit einfachen Start-/Stopp-Systemen über Mild Hybrids mit Drehmomentunterstützung des Verbrennungsmotors durch einen Elektromotor bis hin zu den Full Hybrids. Parallele Full Hybrids werden entweder von einem Verbrennungsmotor oder einem Elektromotor direkt angetrieben. Bei seriellen Full Hybrids hingegen ist der Antrieb rein elektrisch, wobei allerdings ein Range Extender, etwa in Form eines kleinen Verbrennungsmotors, bei Bedarf zugeschaltet wird, um die Batterien wieder zu laden. Die Königsklasse aber sind reine Elektrofahrzeuge.

Die Akkutechnologie muss weiter verbessert werden

Umrichtertechnologie für digitale Motorkontrolle sowie DC/DC- und AC/DC-Wandler werden in industriellen Anwendungen seit Jahrzehnten eingesetzt und finden sich immer mehr in automobilen Anwendungen. Das Speichern elektrischer Energie für einen Aktionsradius von 100 km und mehr ist die Schlüsselherausforderung bei rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen. Lithium-Ionen-Akkus sind in den letzten Jahren deutlich sicherer und kostengünstiger geworden. Für den Einsatz in Elektro- und Hybridfahrzeugen sind allerdings weitere Verbesserungen in Sachen Qualität, Sicherheit und Kosten notwendig.

Lithium-Ionen-Akkus liefern in Serienschaltung 400 bis 600 V für elektrischen Antrieb

In Elektrofahrzeugen ist die Batterie das Schlüsselelement. Derzeit konkurrieren verschiedene Chemien. Aufgrund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte, vergleichsweise niedriger Selbstentladung und fehlenden Memoryeffekts wird für absehbare Zeit aber sicher die Lithium-Ionen-Technologie dominieren.

Lithium-Ionen-Akkus werden in Hybrid- und Elektrofahrzeugen in Serienschaltung eingesetzt, um die hohen Spannungen für den effizienten Betrieb des Umrichters zu erzeugen. Dies kann bei Spannungen von 400 bis 600 V zu Systemen von über 100 Zellen führen. Problematisch bei dieser Verschaltung sind die unterschiedlichen Zellcharakteristiken aufgrund von Fertigungsschwankungen, Alterungseffekten oder unterschiedlichen thermischen Belastungen. So ist z.B. die Selbstentladung von Lithium-Ionen-Zellen temperaturabhängig und verdoppelt sich pro 10°C.

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