Der Energiespeicher zählt zu den teuersten und schwersten Komponenten eines heutigen Elektrofahrzeugs. Bis zu etwa ein Drittel der Gesamtkosten entfallen auf das Batteriesystem. Die Reichweiten sind im Vergleich zu Verbrennungsfahrzeugen gering. Es stellt sich jedoch die Frage ob die Reichweite für ein Stadtfahrzeug überhaupt notwendig ist.
Unterschiedliche Trends wie zum Beispiel eine zunehmende Urbanisierung verändern das Mobilitätsverhalten der Verbraucher. Studien der CTE und anderen Firmen zeigten, dass sich die Reichweite von Elektrofahrzeugen vom Bedarf der Nutzer stark unterscheiden. Mehr als 70 Prozent der Teilnehmer benötigen eine tägliche Reichweite von weniger als 75 km [1]. Aktuelle Elektrofahrzeuge bieten dem Kunden im Durchschnitt 120 bis 230 km. Somit wird kaum mehr als die Hälfte der Akkukapazität regelmäßig abgerufen. Mit einer auf die real benötigte Strommenge reduzierten Akkugröße, können auch Kosten für den Energiespeicher reduziert werden.
Trotz der ermittelten Reichweite von weniger als 75 km pro Tag, möchte der Kunde nicht auf eine größere Reichweite verzichten. Dieses ist jedoch mit hohen Kosten, einem erhöhten Gewicht, sowie einem enormen Platzbedarf für die Akkus verbunden. Genau an diesem Punkt setzt der Grundgedanke ((ich habe hier Grundgedanke genommen, da im folgenden Absatz von einem weiteren Konzept die Rede ist)) „Reichweitenorientierte Energieversorgung für Elektrofahrzeuge“ von CTE an; mit dem Fokus, Kosten und Gewicht zu reduzieren und dennoch die Möglichkeit großer Reichweiten zu erhalten.
Modulare Energieversorgung
Das daraus entwickelte CTE-Konzept „Battery in Motion“ basiert auf einer modularen Energieversorgung für Elektrofahrzeuge. Das Fahrzeug ist mit einer Dockingstation ausgestattet, an der die handlichen Akkumodule sukzessiv angeschlossen werden können. Die Akkumodule werden platzsparend unterhalb des Kofferraums oder im vorderen Teil des Fahrzeugs platziert und können leicht getauscht werden.
Je nach gewünschter Reichweite können Akkumodule eingesetzt oder entnommen werden. Das reduziert die Kosten für das Elektroauto, da kein überdimensionierter Akku mitgeführt wird. Hier wird das Konzept für die Nutzer interessant, die ausschließlich kurze Strecken oder zumindest ein überschaubares Streckenprofil fahren möchten.
Die Akkumodule werden per Stecksystem mechanisch und elektronisch mit der Dockingstation verbunden. Jedes Akkumodul speichert die Nutzungsdaten wie abgegebene Leistung, Anzahl und Arten der Verwendungen und Zyklenzahl in einer persönlichen Nutzungshistorie. Nach jedem Wechsel oder Ändern der Modulkonfiguration durchläuft – ähnlich eines Plug&Play-Systems – die dafür entwickelte Software gewisse Routinen, die als Grundlage für die intelligente Steuerung dienen. Indem die Nutzungshistorien aller Module an die Dockingstation übermittelt werden, kann diese die Leistungsentnahme und -aufnahme jedes Akkumoduls individuell steuern. Mit dieser intelligenten Akkumodulsteuerung werden die Module effizient genutzt und somit deren Lebensdauer verlängert.
Das Akkumodul
Das Battery-in-Motion-Batteriemodul enthält Lithium-Ionen-Zellen in Coffee-bag-Bauweise mit einer Leistung von 0,6 kWh. Die Modulgröße beträgt 31x16x12 cm, bei einem Gewicht von 6,5 kg. Dies entspricht in etwa dem Gewicht einer halben Wasserkiste.
Das Gehäuse und der innere Aufbau bestehen aus Kunststoff und Aluminium. Die Vorteile erweisen sich zum einen in der leichten Konstruktion und zum anderen in einer optimalen Wärmeabfuhr, sodass ein separater Kühlkreislauf entfällt.
Die mechatronische Schnittstelle erlaubt eine einfache und sichere Montage an eine große Anzahl von Verbrauchern wie Pedelecs, E-Rollern oder dezentralen Stromspeichern mit entsprechender Aufnahme. Durch das Zusammenstecken von mehreren Modulen lässt sich die Kapazität des Energiespeichers steigern.
Modul-Wechselstationen mit Mehrwert
Der CTE-Grundgedanke sieht weiterhin eine Infrastrukturlösung vor, bei der Akkuwechselstationen flächendeckend verfügbar sind. Das bedeutet, die verbrauchten Akkumodule können in kürzester Zeit an der Wechselstation aufgeladen, entnommen oder ausgetauscht werden. Derzeit werden Businessmodelle für Anbieter von Wechselstationen entwickelt. Ebenso ist ein Mietsystem vorgesehen, damit der Kunde jederzeit flexibel über seine benötigte Energie verfügen kann und somit eine hohe Kapitalbindung entfällt. Optional können die Akkus auch über eine hauseigene Photovoltaikanlage geladen werden.
Die Stromnutzung aus regenerativen Energiequellen kann jedoch noch wesentlich effizienter gestaltet werden, wenn flächendeckend dezentrale Energiespeicher eingesetzt werden. Durch diese dezentralen Energiespeicher kann der Eigenverbrauchsanteil auf 100 Prozent erhöht werden. Die Einspeisung in das Stromnetz und der teure Rückkauf könnten entfallen.
Die Battery-in-Motion-Akkumodule lassen sich auch als dezentraler Stromspeicher für regenerative Energien einsetzen. Je nach Speicherbedarf werden die Akkumodule einfach zu einem großen Energiespeicher zusammengesetzt.
Zweitnutzung planen
Nach zwei bis drei Jahren haben die meisten Akkus aktueller Elektrofahrzeuge das Minimum an zufriedenstellender Speicherfähigkeit erreicht. Dabei reicht die Energiespeicherung immer noch aus um Kleinfahrzeuge anzutreiben oder als Stromspeicher im privaten Haushalt einzusetzen. Jedoch ist es schwer eine garantierte Kapazität vorherzusagen, weil Informationen über die Nutzung in der Vergangenheit fehlen. Die Battery-in-Motion-Akkumodule sehen eine lebenslange Speicherung der Nutzungsdaten vor. Mit Hilfe dieser Daten soll die Restleistung des Akkus vorhergesagt und eine ideale Zweitnutzung in der Zukunft geplant werden können.
Erste Anwendung
Das neuartige Batteriesystem findet seine erste Anwendung in diesem Jahr im Fahrzeug der Firma Onyx Composites. Das Gesamtfahrzeugkonzept basiert auf den gleichen vorhergehenden beschriebenen täglichen Reichweiten und wird mittels einer Hybridtechnologie aus Elektro- und Pedalantrieb betrieben. Der innovative Leichtbauzweisitzer mit einem Gesamtgewicht von zirka 120 kg nimmt die Position als Bindeglied zwischen dem aufstrebenden Markt der Elektrofahrzeuge und den schon weit verbreiteten Pedelecs ein. Genauso wie das Fahrzeug selber, soll auch das Batteriesystem eine höchst mögliche Flexibilität mit sich bringen. So kann zum Beispiel das Fahrzeug an einer herkömmlichen 230 V Steckdose oder einer Ladesäule geladen werden, aber es ist auch möglich das Batteriemodul zu entnehmen um es daheim oder im Büro zu laden. Battery in Motion ist somit für diese Hybridfahrzeuge geeignet und trägt hiermit einen weiteren Baustein zum Umdenken der zukünftigen Mobilität in Großstädten bei.
Weitere Informationen
[1] Continental: Mobilitätsstudie 2011, Dezember 2011
