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 Energieversorgung in der Antarktis: Ist solarer Wasserstoff eine Alternative zu Erdöl?
22.05.2019 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Vom Lichtdoping für Gemüse bis zur Wasseraufbereitung
17.05.2019 | Technische Universität Berlin

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: Direkte Abbildung von Riesenmolekülen

Physiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) konnten riesige zweiatomige Moleküle erzeugen und mit einem hochaufgelösten Mikroskop direkt abbilden.

Die optische Auflösung einzelner Konstituenten herkömmlicher Moleküle ist aufgrund der kleinen Bindungslänge im Sub-Nanometerbereich bisher nicht möglich....

Im Focus: New studies increase confidence in NASA's measure of Earth's temperature

A new assessment of NASA's record of global temperatures revealed that the agency's estimate of Earth's long-term temperature rise in recent decades is accurate to within less than a tenth of a degree Fahrenheit, providing confidence that past and future research is correctly capturing rising surface temperatures.

The most complete assessment ever of statistical uncertainty within the GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP) data product shows that the annual values...

Im Focus: Geometrie eines Elektrons erstmals bestimmt

Physiker der Universität Basel können erstmals zeigen, wie ein einzelnes Elektron in einem künstlichen Atom aussieht. Mithilfe einer neu entwickelten Methode sind sie in der Lage, die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons im Raum darzustellen. Dadurch lässt sich die Kontrolle von Elektronenspins verbessern, die als kleinste Informationseinheit eines zukünftigen Quantencomputers dienen könnten. Die Experimente wurden in «Physical Review Letters» und die Theorie dazu in «Physical Review B» veröffentlicht.

Der Spin eines Elektrons ist ein vielversprechender Kandidat, um als kleinste Informationseinheit (Qubit) eines Quantencomputers genutzt zu werden. Diesen Spin...

Im Focus: The geometry of an electron determined for the first time

Physicists at the University of Basel are able to show for the first time how a single electron looks in an artificial atom. A newly developed method enables them to show the probability of an electron being present in a space. This allows improved control of electron spins, which could serve as the smallest information unit in a future quantum computer. The experiments were published in Physical Review Letters and the related theory in Physical Review B.

The spin of an electron is a promising candidate for use as the smallest information unit (qubit) of a quantum computer. Controlling and switching this spin or...

Im Focus: Optische Superlinsen aus Gold

Oldenburger Forscher entwickeln neues optisches Mikroskop mit extrem hoher Auflösung

Eine kegelförmige Spitze aus Gold bildet das Kernstück eines neuen, extrem leistungsfähigen optischen Mikroskops, das Oldenburger Wissenschaftler in der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Effizientes Wertstoff-Recycling aus Elektronikgeräten

24.05.2019 | Veranstaltungen

Früherkennung 2.0: Mit Präzisionsmedizin Screeningverfahren weiterentwickeln

23.05.2019 | Veranstaltungen

Kindermediziner tagen in Leipzig

22.05.2019 | Veranstaltungen

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

Schweißen ohne Wärme

24.05.2019 | Maschinenbau

Bakterien in fermentierten Lebensmitteln interagieren mit unserem Immunsystem

24.05.2019 | Biowissenschaften Chemie

Wie Einzelzellen und Zellverbünde beim Navigieren zusammenwirken

24.05.2019 | Biowissenschaften Chemie

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