Reichweite von Elektrofahrzeugen Weiter – aber wie?

Vorteile von gutem Batteriemanagement

Auch Rayk Blechschmidt, Europe Segment Manager Transportation bei Microchip Technology, beurteilt die Situation wie Adlkofer. Es käme auf das System an, und deshalb sei es schwierig, hier genaue Zahlen zu nennen; er hält aber einen Bereich von 2 bis 5 Prozent für durchaus machbar.

Ausgeklügeltes Batteriemanagement

Batterien sind empfindliche Systeme, dementsprechend werden für eine Fahrzeugbatterie immer eine Netto- und eine Bruttokapazität angegeben. »Das heißt, die Batterien werden nicht voll genutzt«, so Uwe Bröckelmann, Technischer Direktor EMEA von Analog Devices. Das ist notwendig, um die gewünschte Lebensdauer dieser Batterien zu erreichen, die eben weit über die zwei Jahre einer Batterie für ein Smartphone hinausgeht: Im Automotive-Markt sollen die Akkus in Hybrid- oder Elektrofahrzeugen 10 bis 15 Jahre halten und am Ende ihrer Lebensdauer immer noch über 70 Prozent der Ausgangskapazität verfügen. Ein ziemlich hoher Anspruch, dementsprechend werden natürlich noch zusätzlich Sicherheitspuffer eingebaut, um die Batterie im Randbereich nicht zu stark zu belasten. Bröckelmann weiter: »Wir wissen auch, dass Schnellladen der Batterie schadet.« Grundsätzlich geht es immer um thermische Effekte, die der Batterie schaden, also was die Batterie aufheizt, ist schlecht für sie. Die maximale Temperatur für Batterien liegt bei 45 bis 50 °C, danach kann die Batterie Schaden nehmen. »Deshalb werden die Batterien auch vortemperiert, wenn man sie schnell laden will«, erklärt Bröckelmann weiter.

Diese Aussagen machen schon deutlich, dass ein gutes Batteriemanagement Vorteile bringt. Denn wenn es so auslegt ist, dass auch die Temperatur beachtet wird, wird die Lebensdauer verlängert. Bröckelmann weiter: »Wenn die Temperaturen genau erfasst werden, kann man näher an die Grenzen der Batterien heranfahren und dadurch die verfügbare Kapazität besser nutzen. Das heißt, über diese Elektronik kann 3, 4 oder 5 Prozent rausgeholt werden.« Damit können die OEMS über ein genaues Batteriemanagement entweder eine kleinere Batterie zu verwenden oder die Reichweite zu erhöhen.

Da stellt sich natürlich die Frage, was diese Elektronik an Mehrkosten verursacht. Doch die Mehrkosten hält Bröckelmann für vernachlässigbar, denn zum einen sind die Batteriezellen sehr teuer, also ist jeder daran interessiert, sie möglichst so zu behandeln, dass sie wenig Schaden nehmen. Zum anderen kann über das Batteriemanagement die Reichweite von E-Fahrzeugen vergrößert werden, ein Punkt, der besonders die Endkunden interessiert.

Aktives Balancing will keiner

Früher haben diverse Halbleiterhersteller aufgrund der Vorteile des aktiven Balancings entsprechende ICs auf den Markt gebracht. Doch mittlerweile ist es um diese Technik ruhig geworden. Vielmehr hat sich im Fahrzeug das passive Balancing durchgesetzt, bei dem Zellen mit hohem SoC (State of Charge: Ladezustand) einfach entladen werden, um den SoC für alle restlichen Zellen zu normalisieren. Das Problem, dass dabei die elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird, spielt erst eine Rolle, wenn die Unterschiede bei den Zellenkapazitäten zu groß ist.
Dass sich das aktive Balancing nicht durchgesetzt hat, begründet Bröckelmann mit den höheren Kosten im Vergleich zum passiven Balancing. Und dass dabei Wärme erzeugt wird, spielt keine Rolle, weil »die Batterien besser sind, als man dachte. Die Automotive-Zellen sind sehr stabil, gerade in den Anfangszeiten. Man muss also relativ wenig ausgleichen«, so Bröckelmann.

Das bestätigt auch Adlkofer. Seiner Aussage nach hat es vor zehn Jahren noch Zellen gegeben, die sich so verhalten haben wie Laptop-Zellen, sprich: sie sind langsam in die Knie gegangen. Adlkofer: »In diesem Fall macht das aktive Balancing relativ viel Sinn. Aber die Automobilbauer haben sehr stark darauf gedrängt, dass die Lebensdauer von zehn Jahren erreicht wird, und das wurde auch erreicht.«
Bröckelmann abschließend: »Mit dem Batteriemanagement kann man also einiges machen, und das wird ja auch genutzt, deshalb gibt es ja Brutto- und Nettokapazitäten. Man versucht die Batterien nicht zu stressen. Batterien vertragen es nicht, wenn sie komplett entleert sind, aber eigentlich auch nicht, vollgeladen zu werden. Wenn man Batterien lange lagern will, sollte man sie auf 80 Prozent oder weniger aufladen. Genau das garantiert eine lange Lebenszeit.«