Einzelzelle mit Gemeinschaftssinn

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Batterien sind Schlüsselkomponente und Achillesferse der Elektromobilität. Dabei spielen Zellen aus Asien die Hauptrolle. Hierzulande versucht man „elektronisch“ Fortschritte zu erzielen.

Wer in Deutschland Batterien entwickelt, muss die Zellen aus Asien zukaufen. Mit der Daimler-Tochter Li-Tec im sächsischen Kamenz verschwindet zum Ende dieses Jahres auch der letzte verbliebene deutsche Zellhersteller. Dabei trägt die Batteriezelle mit etwa 40 Prozent zur Wertschöpfung eines Elektromobils bei und hat so etwa die gleiche Bedeutung wie ein Verbrennungsmotor.

Eine Batterie besteht aber nicht nur aus den Zellen. Dass auch das „Drumherum“ Einfluss auf Kosten, Leistung, Sicherheit und Reichweite eines Elektromobils hat, zeigten nun Fraunhofer-Forscher.

Batteriezellen in Reih‘ und Glied

Ein Akku besteht aus über 100 einzelnen Zellen, die in Reihe geschaltet sind. Durch diese Anordnung addieren sich zwar die Spannung der einzelnen Zellen, die Leistung der Batterie aber wird von der schwächsten Batteriezelle bestimmt. Ist diese leer oder gar defekt, muss die Batterie „aufgetankt“ oder komplett ausgetauscht werden.

Zwar sollten die Zellen alle gleich viel Energie speichern können. In der Praxis variieren ihre Kapazitäten jedoch herstellungsbedingt. So dass Zellen mit schwächeren Kapazitäten aussortiert werden müssen, was den Preis in die Höhe treibt.

Hilfe, ich bin defekt!

Beim Batteriesystem des Fraunhofer IPA verfügt nun jede Batteriezelle über einen eigenen Mikrocontroller. Der wertet Parameter wie Temperatur und Ladezustand der Zelle aus und kommuniziert sie über die Hochstrom-Verkabelung an andere Batteriezellen und den Bordcomputer.

Bei leeren oder defekten Zellen wird der Strom dann einfach an die nächste Zelle weitergeleitet. Je nach Zellqualität und Batteriealter könnte so die Reichweite auf bis zu zehn Prozent gesteigert werden. Auch das kostspielige Vorsortieren entfiele, da sich Zellen mit geringerer Kapazität kaum mehr auf die gesamte Reichweite des Autos auswirken würden.

Einen Prototyp der Batteriezelle haben die Forscher bereits entwickelt. Nun geht es daran, die Elektronik in den Zellen zu miniaturisieren und den Preis auf unter einen Euro zu drücken.

Intelligente Batteriezellen (Bild: Fraunhofer IPA).

Leere Batteriezellen klinken sich automatisch aus. (Bild: Fraunhofer IPA).