Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektroautos: Batterie mit Köpfchen

01.12.2015

Die Batterie ist das Herzstück des Elektroautos. Fraunhofer-Forscher haben einen Stromspeicher entwickelt, der über den gesamten Lebenszyklus deutlich kostengünstiger sein soll als bisherige Modelle. Ist eine der über hundert Batteriezellen defekt, lässt sie sich einfach austauschen. Bisher wird der gesamte Akku ausgewechselt.

Das Herzstück von Elektroautos sind ihre Batterien. Bislang sind diese ein monolithischer Block, in dem die einzelnen Batteriezellen sowie die nötige Technik untergebracht sind. Zwar sollten die einzelnen Zellen theoretisch alle gleich viel Energie speichern können.


Intelligente Batteriezelle des Fraunhofer IPA: Ein Mikrocontroller erfasst physikalische Parameter wie Temperatur und Ladezustand. Ist eine Zelle leer, klinkt sie sich automatisch aus.

© Fraunhofer IPA

In der Praxis sieht das jedoch anders aus: Herstellungsbedingt variieren ihre Kapazitäten. Das ist problematisch, da die Zellen in Reihe geschaltet sind. Die gesamte Batterie ist daher nur so stark wie die schwächste Zelle. Ist diese leer, nützt auch die restliche Energie in den anderen Batteriezellen nichts mehr – das Auto muss Strom tanken.

Die Hersteller sortieren daher vor und bauen jeweils Zellen ähnlicher Kapazität in eine Batterie. Da dabei jedoch auch einige Zellen aussortiert werden, treibt dies die Preise der Batterien in die Höhe. Ein weiteres Manko: Ist eine Zelle defekt, bleibt das Fahrzeug liegen. Dann heißt es, den kompletten Stromspeicher auszutauschen.

Unabhängige Batteriezellen kommunizieren miteinander

Forscher am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart haben nun eine Alternative geschaffen. »Unser modulares Batteriesystem löst diese Probleme«, sagt Dr. Kai Pfeiffer, Gruppenleiter am IPA. Der Trick: Jede Batteriezelle verfügt über einen eigenen integrierten Mikrocontroller, der relevante physikalische Parameter wie Temperatur und Ladezustand der Zelle erfasst. Jede Zelle kennt also ihren Zustand.

Über die bereits vorhandene Hochstrom-Verkabelung zwischen den Batteriezellen, durch die gespeicherte Energie zu den Verbrauchern geleitet wird, reden die Zellen miteinander. Man spricht dabei von Powerline-Kommunikation. Oder sie kommunizieren mit anderen Geräten, etwa dem Bordcomputer, der aus den Daten der Zellen errechnet, wie viel Restenergie die gesamte Batterie noch aufweist.

Höhere Reichweite

Ist eine Zelle leer, während die anderen noch Energie gespeichert haben, muss das Auto nicht wie bisher stehenbleiben. Vielmehr klinkt sich die leere Batteriezelle einfach aus dem Verbund aus, sie leitet den Strom an sich vorbei. Die anderen liefern weiterhin Energie. »Je nach Zellqualität können wir die Reichweite auf diese Weise um mindestens vier Prozent steigern«, erläutert Pfeiffer. »Im Laufe der Zeit verstärkt sich dieser Effekt: Schaltet man bei einer älteren Batterie die jeweils leeren Zellen aus, ist es denkbar, dass man durchaus zehn Prozent mehr Reichweite erzielen kann.«

Da sich eine Zelle mit geringerer Kapazität kaum auf die gesamte Reichweite des Autos auswirkt, brauchen die Hersteller diese nicht mehr vorzusortieren. Dies dürfte die Kosten deutlich senken. Zudem passen sich die Kapazitäten der Zellen im Laufe der Zeit aneinander an.

Denn die Varianten, die weniger Energie speichern können, werden früher ausgeschaltet. Die ergiebigen Zellen laufen dementsprechend länger und altern somit schneller: Ihre Kapazität sinkt. Und sollte eine Batteriezelle einmal ausfallen, kann man sich den Weg in die Werkstatt sparen. Da das Auto über mehr als hundert Zellen verfügt, kommt es auf eine einzelne Zelle nicht an. Und entscheidet der Fahrer sich doch für eine Reparatur, genügt es, anstelle der kompletten Batterie lediglich die einzelne Zelle auszutauschen.

Einen Prototyp der Batteriezelle haben die Forscher bereits entwickelt. Nun geht es daran, die Elektronik in den Zellen zu miniaturisieren. »Wir wollen es schaffen, dass sie weniger als einen Euro kostet«, so Pfeiffer. Teile der Entwicklung bearbeiten die Forscher im EU-Projekt »3Ccar« weiter.

Weitere Informationen:

http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2015/Dezember/elektroauto...

Joerg-Dieter Walz | Fraunhofer Forschung Kompakt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Neuartiger Sensor zum Messen der elektrischen Feldstärke
24.01.2018 | Technische Universität Wien

nachricht Innovatives Messmodul zur Bestimmung der Inaktivierungsleistung von UV-Hygienisierungsanlagen
22.01.2018 | Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Forscher decken die grundsätzliche Limitierung im Schlüsselmaterial für Festkörperbeleuchtung auf

Zum ersten Mal hat eine internationale Forschungsgruppe den Kernmechanismus aufgedeckt, der den Indium(In)-Einbau in Indium-Galliumnitrid ((In, Ga)N)-Dünnschichten begrenzt - dem Schlüsselmaterial für blaue Leuchtdioden (LED). Die Erhöhung des In-Gehalts in InGaN-Dünnschichten ist der übliche Ansatz, die Emission von III-Nitrid-basierten LEDs in Richtung des grünen und roten Bereiches des optischen Spektrums zu verschieben, welcher für die modernen RGB-LEDs notwendig ist. Die neuen Erkenntnisse beantworten die langjährige Forschungsfrage: Warum scheitert dieser klassische Ansatz, wenn wir versuchen, effiziente grüne und rote LEDs auf InGaN-Basis zu gewinnen?

Trotz der Fortschritte auf dem Gebiet der grünen LEDs und Laser gelang es den Forschern nicht, einen höheren Indium-Gehalt als 30% in den Dünnschichten zu...

Im Focus: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Enzym mit überraschender Doppelfunktion

24.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neuartiger hoch-produktiver Prozess für robuste Schichten auf flexiblen Materialien

24.01.2018 | Messenachrichten

Neuartiger Sensor zum Messen der elektrischen Feldstärke

24.01.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics