WANDERAUSSTELLUNG ANTRIEB ZUKUNFT - Phaeno

FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR Chemische Technologie ICT
Wanderausstellung
ANTRIEB ZUKUNFT
1

INHALT
Einführung
Kurzbeschreibung der Exponate
Exponat 1 – Herausforderungen einer elektromobilen Zukunft
Exponat 2 - Meilensteine der Elektromobilität
Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie
Exponat 4 - Batterie der Zukunft
Exponat 6 - Stadt der Zukunft
Exponat 7 - Das virtuelle Testzentrum
Exponat 8 - Neues Antriebskonzept mit Radnabenmotor
Exponat 9 - Innerstädtische Mobilitätskonzepte
Exponat 10 - Elektromobilität aus ökonomischer Sicht
3
4- 5
6
7-14
15-23
24-30
31-39
40-43
44-45
46-49
50-55
In diesen 10 Austellungsstücken finden Sie Anwendungstexte, wie sie in den Exponaten
geziegt werden (außer Exponat 5, hier ist kein Anwendungstext verarbeitet).
Weiterführende Informationen finden Sie auf den folgenden Webseiten:
www.antrieb-zukunft.fraunhofer.de
www.elektromobilitaet.fraunhofer.de
www.forum-elektromobilitaet.de
Impressum
Redaktion
Dr. Stefan Tröster
Redaktionsschluss
07.09.2012
Satz, Gestaltung und Druck
Mona Rothweiler
Bildquellen
Antrieb Zukunft
2

Einführung
1. Mit der Elektromobilität neue
Wege erFahren
Seit mehr als 100 Jahren ist der Verbrennungsmotor aus dem
Straßenverkehr nicht wegzudenken. Jetzt zeichnet sich mit
der Elektromobilität eine technologische Zeitwende ab. Die
Elektrifizierung der Antriebe bietet die Chance, die Abhängigkeit
vom Öl zu reduzieren, die Emissionen zu minimieren und
die Fahrzeuge besser in ein multimodales Verkehrssystem zu
integrieren.
Fraunhofer-Systemforschung Elektromobilität
Seit dem 19. Juli 2012 ist sie zu Gast im eMobilitätszentrum
Karlsruhe, am Ostring, in der Heinrich-Wittmann-Straße 23.
Mit dem folgenden Dokument erhalten Sie einen Überblick
zu den einzelnen Ausstellungsexponaten. Gern
können Sie daraus Fragestellungen generieren und Ihre
Schüler mit dem Ausstellungsbesuch gezielt auf Antwortsuche
schicken.
Wir wünschen Ihnen und Ihren Schülern eine spannende Reise
in die Zukunft der Mobilität.
Die Fraunhofer-Gesellschaft vereint unter dem Dach der
„Systemforschung Elektromobilität“ die Kompetenz von mehr
als 30 Forschungsinstituten. Die Besonderheit des Fraunhofer-
Ansatzes ist es, alle Wertschöpfungsstufen der Elektromobilität
aufeinander abgestimmt zu erforschen:
• ausgehend von der Energieerzeugung,
• über den Transport und die Verteilung der Energie durch die
Stromnetze,
• die Schnittstellen zwischen Stromnetz und Fahrzeug,
• die Energiespeicherung
• bis hin zu neuen Fahrzeugkonzepten mit einer neuen
Infrastruktur
• sowie Nutzungs- und Abrechnungskonzepten.
2. Willkommen bei ANTRIEB ZUKUNFT
Mit dem Ziel, vielen Menschen die Forschungsergebnisse der
Fraunhofer-Systemforschung Elektromobilität zugänglich zu
machen, entstand die interaktive Erlebnisausstellung ANTRIEB
ZUKUNFT. Nach ihrem erfolgreichen Start am Fraunhofer-
Forum in Berlin wandert sie nun an verschiedenste Orte
innerhalb Deutschlands.
Ihr Ansprechpartner:
Dr. Stefan Tröster
Telefon +49 721 4640-392
Mail stefan.troester@ict.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie
Joseph-von-Fraunhofer-Straße 7
76327 Pfinztal
3. Auf den Spuren der Mobilität
von Morgen
Die Ausstellung umfasst 10 interaktive Exponate zum Thema
Elektromobilität – angefangen bei der Energieerzeugung über
neue Fahrzeugkonzepte bis hin zur nachhaltigen Verkehrsentwicklung.
Sie schickt ihre Besucher auf eine Zeitreise durch
die hundertjährige Geschichte der elektrischen Antriebe und
zeigt die historische Entwicklung der Batterie, beginnend mit
der Galvanischen Zelle bis hin zur modernen Lithium-Ionen-
Batterie.Darüber hinaus ist das Demonstrationsfahrzeug Frecc0
Gegenstand der Ausstellung.
Einführung
3

Kurzbeschreibung der Exponate
3.1 Die Exponate der Ausstellung
• Exponat 1 Eingangsinstallation - Herausforderungen
einer elektromobilen Zukunft
• Exponat 2 Meilensteine der Elektromobilität
• Exponat 3 Geschichte und Grundlagen der Batterie
• Exponat 4 Batterie der Zukunft
• Exponat 5 Energieumsetzung und -speicherung im
Fahrzeug
• Exponat 6 Stadt der Zukunft
• Exponat 7 Virtuelles Testzentrum
• Exponat 8 Neues Antriebskonzept mit
• Radnabenmotor
• Exponat 9 Innerstädtische Mobilitätskonzepte
• Exponat 10 Elektromobilität aus ökonomischer Sicht
• Frecc0 Demonstrationsfahrzeug
3.1.3 Exponat 3 – Geschichte und Grundlagen der
Batterie
Entlang eines illustrierten Zeitstrahls zur Geschichte der Batterie
gelangt der Besucher zu einem Batteriemodell, an dem
er zunächst die grundlegende Funktionsweise der Batterie
erkunden kann. Dabei steuert er durch Herunterdrücken der
stilisierten Batterie-komponenten am Modell die Präsentation
3.1.4 Exponat 4 – Batterie der Zukunft
Von einer Übersicht der wichtigsten Anforderungen gelangt
der Besucher zur Fraunhofer-Lithium-Roadmap, die in Form eines
grafischen Zeitstrahls die wichtigsten Entwicklungsziele bis
ins Jahr 2050 umreißt Die von Fraunhofer aktuell verfolgten
Lösungsansätze und Entwicklungen können im Rahmen einer
umfangreich illustrierten Präsentation erkundet werden
3.1.1 Exponat 1 – Eingangsinstallation –
Herausforderungen einer elektromobilen Zukunft
3.1.5 Exponat 5 – Energieumsetzung und -speicherung
im Fahrzeug
An dieser ersten Station ist Körpereinsatz gefragt: per Gestensteuerung
navigiert man durch die Welt der Elektromobilität.
Tritt der Besucher vor die Station, wird er von einer Kamera erfasst
und kann durch Handbewegungen einen „Energiestrahl“
über eine „Papierlandschaft“ lenken, auf der flüchtig Skizzen,
Handzeichnungen und Notizen gewissermaßen als Dokumentation
des Forschens und Entwickelns erkennbar werden.
3.1.2 Exponat 2 – Meilensteine der Elektromobilität
Das Holzlenkrad des Lohner-Porsches in der Hand, ein leichter
Tritt aufs „Gaspedal“ und schon schnurrt der Besucher mit
dem Elektromotorlos. Links und rechts kann er am Wegesrand
an den historischen Stationen der Elektromobilität anhalten.
Der Blick durch die Zeitfenster vermittelt eindrucksvoll die
spannende Geschichte des Elektroantriebs
In einer Aufsichtsgrafik kann der Besucher erfahren, wie
sich Energiegewinnung, -bereit-stellung und -speicherungim
direkten Vergleich von Elektro- und Benzinfahrzeug darstellen.
Mit Hilfe einer Durchsichtsgrafik werden crashsicheres Batteriesystem,
Radnabenmotor, Ladegerät und Leistungselektronik
im Fahrzeug sichtbar gemacht. Wie Tankkonzepte der Zukunft
aussehen können, wird dem Besucher an einer Ladesäule
demonstriert.
3.1.6 Exponat 6 – Stadt der Zukunft
An einem Multitouch-Tisch blickt der Besucher aus der
Vogelperspektive auf eine städtische Topographie. Entlang
eines Straßennetzes reihen sich Gebäude und Anlagen, die
jeweils einen Aspekt städtischer Mobilität oder systemischen
Energiemanagements repräsentieren, den es zu erkunden gilt.
Im Zentrum der Stadt befindet sich eine Carsharing-Station,
4
Kurzbeschreibung der Exponate

an der Fahrzeuge unterschiedlicher Bauart „geliehen“ werden
können. Diese Fahrzeuge sind in einer Draufsicht dargestellt
und können vom Besucher wie Spielzeugautos mit dem Finger
durch das Straßennetz der Stadt bewegt werden.
3.1.7 Exponat 7 – Virtuelles Testzentrum
Bereiche der Stadt wie zum Beispiel Haltestelle oder
Marktstand. Wissens-wertes erfährt er auch über die Elektrofahrzeuge
AutoTram, MicroCarrier und Frecc0. Hier haben
Fraunhofer-Forscher tragfähige Konzepte entwickelt, die die
Zukunft der Innenstädte nachhaltig verändern werden.
Im virtuellen Testzentrum wird der Besucher zum Testleiter und
kann authentische Versuche am Elektroauto, wie zum Beispiel
Komponentencrashs oder Leistungstests, unter wechselnden
Klimabedingungen durchführen. Der Besucher blickt in eine
moderne Werkstatthalle, in der verschiedene Prüfstände
anwählbar sind. Die einzelnen Bereiche des Testzentrums sind
mit Symbolen gekennzeichnet, die auf dem Steuerungspanel
ausgewählt werden können.
3.1.8 Exponat 8 – Neues Antriebskonzept mit
Radnabenmotor
3.1.10 Exponat 10 – Elektromobilität aus ökonomischer
Sicht
Anhand eines interaktiven Diagramms, das die ineinandergreifenden
Systeme Automobil-industrie und Wirtschaft mit
ihren Dimensionen zeigt, kann der Besucher direkt in den gewünschten
Themenbereich einsteigen. Er lernt die technischen
Veränderungen und ihre Konsequenzen für die beteiligten
Akteure, die Szenarien zur Entwicklung des Marktes sowie die
damit verbundenen Anforderungen und die neuen Akteure
und Geschäftsmodelle im Bereich der Elektromobilität kennen.
Dieses Augmented-Reality*-Exponat ermöglicht dem Besucher
den Röntgenblick in den laufenden Fraunhofer-Radnabenmotor
mit all seinen Komponenten. (*erweiterte Realität)
Über eine Pfeiltastensteuerung, die links und rechts in das
stilisierte Röntgengerät integriert ist, steuert der Besucher die
Präsentation. Dabei wird von der Animation des laufenden
Motors in eine Explosionsdarstellung übergegangen und der
Motor reiht sich seinen Einzelteilen, gleich einer Perlenkette,
horizontal vor dem Betrachter auf und kann Schritt für Schritt
erkundet werden.
3.1.11 Frecc0 – Demonstrationsfahrzeug (nicht fahrbar)
Ein Beispiel für den Individualverkehr der Zukunft bietet das
komplett elektrisch betriebene Demonstrationsfahrzeug
„Frecc0“, das Fraunhofer-Forscher auf Basis eines bereits existierenden
Fahrzeugkonzepts aufgebaut haben. In das Modell
fließen die Projekt-ergebnisse aller beteiligten Fraunhofer-
Institute ein und zeigen so die grundsätzliche Machbarkeit der
entwickelten Lösungen. Insbesondere kann der Besucher in
der Nahansicht den Radnabenmotor betrachten.
3.1.9 Exponat 9 – Innerstädtische Mobilitätskonzepte
An diesem Exponat erhält der Besucher eine mögliche Antwort
darauf, wie sich die elektro-mobile Zukunft ökologisch und
effizient gestalten lässt, sowohl für den öffentlichen Nah- als
auch für den innerstädtischen Individual- und Lieferverkehr.
Über einen Bildschirm taucht er in die städtische Szenerie der
Zukunft ein und erkundet via Touchscreen verschiedene
Kurzbeschreibung der Exponate
5

Exponat 1
Herausforderungen
einer elektromobilen
Zukunft
Anwendungstext Exponat 1
Eingangsinstallation Herausforderungen
einer elektromobilen
Zukunft
Einblender
• Mobilität nachhaltig gestalten
• Neue Antriebe entwickeln
• Energie effizient nutzen
• Leistungsfähige Speicher entwerfen
• Neue Mobilitätskonzepte umsetzen
• Geringere Kosten und höhere Reichweiten bewegen
Autofahrer zum Umstieg
• Senkung der CO2-Emissionen bis 2050 nur bei 70
Prozent „emissionsfreien Fahren“
• Eine Million Elektroautos bis 2020
• Elektromobilität: Wege zum umweltschonenden
Stadtverkehr
• Wohin mit dem Motor: Rad oder Achse – Wer hat
die Nase vorn?
• Fraunhofer-Forscher entwickeln aufprallsicheres
Batteriepack
• Elektromotor kann mehr als 90 Prozent der einge
setzten Energie nutzen
Papercuts
• Elektromobilität eine Geschichte mit Zukunft
• Gesucht: die Übermorgenbatterie für die
Elektromobile-Zukunft
• Fraunhofer-Forscher entwickeln Redox-Flow-Batterie
• „Peak Oil“ möglicherweise schon erreicht
• Deutsche fahren im Schnitt weniger als 50 Kilometer
pro Tag
• Dezentralisierung der Energie-Erzeugung bringt
Bewegung in den Strommarkt
• Endabnehmer werden Stromproduzenten
• Smart-Meter hilft Energiekosten senken und Klima
schützen
• Im intelligenten Stromnetz sind alle miteinander
verbunden
• Regelmäßige Ladungen beim Parken ersetzen
unregelmäßige Stopps an der Tankstelle
• Car Sharing ist ein Schlüssel für ein nachhaltiges
Mobilitätssystem
• Elektroautos können als mobile Speicher Energie
schwankungen ausgleichen
6
Exponat 1 – Herausforderungen einerelektromobilen Zukunft

Exponat 2
Meilensteine der
Elektromobilität
Anwendungstext Exponat 2
Meilensteine der Elektromobilität
25. Februar 1837, Patentamt, Vermont, USA
Pssst! Mit Spannung erwartet man eine amtliche Bestätigung.
Thomas Davenport erhält das erste Patent auf einen Elektromotor.
In der Amtsstube ist es ruhig. Man hat sich zur Beratung
zurückgezogen. Zum dritten Mal wird Davenport heute
vorstellig.Nach der ersten Ablehnung 1834 hat der Autodidakt
seinen Dokumenten die Empfehlungen von zwei renommierten
Forschern beigelegt. Doch beim zweiten Antrag fiel
das Modell seines Motors einem Feuer zum Opfer, bevor die
Begutachtung abgeschlossen war. Heute wird alles funktionieren.
Inspiriert von Faradays elektromagnetischen Experimenten
übersetzt Davenport elektrische in mechanische Arbeit: Sein
Komutator-Motor kann durch den Einsatz eines mitlaufenden
Stromwenders eine andauernde und gleichmäßige Bewegung
erzeugen. Inzwischen hat Davenport die Wirksamkeit seiner
Erfindung an einem Schienenfahrzeugmodell demonstriert
und träumt davon, eines Tages die Dampfmaschine überflüssig
machen zu können.
schwere wieder aufladbare Bleiakkumulatoren. Trotzdem
erreicht das Elektrofahrzeug eine Geschwindigkeit von bis zu
12 km/h. Im Herbst soll es zu den größten Attraktionen der
Exposition Internationale de l’Electricité gehören.
29. April 1882 Halensee bei Berlin
Zurücktreten bitte! Die Elektromote startet!
Werner Siemens entwickelt den ersten Oberleitungsbus.
Ächzend setzt sich der Kutschenwagen in Gang. Wie von
Geisterhand bewegt nimmt er seine Fahrt auf. Immer schneller
drehen sich die eisenbereiften Holzspeicherräder. Die beiden
Herren, die bei diesem Testlauf den Wagen führen, überwachen
kritisch die zweipolige Oberleitung, die über stählerne
Masten entlang der 540 Meter langen Teststrecke verläuft. Die
Energie für diesen Oberleitungsbus mit dem zukunftsweisenden
Namen Elektromote, stammt aus einer Dampfmaschine,
die mit einem Generator verbunden ist. Diese Energie speist
die zwei Hauptmotoren, die unter dem Kutschbock angeordnet
sind. Heute laufen sie rund. Ein guter Tag. Aber es wird
noch viele Jahre dauern, bis 1900 die Pariser „Compagnie de
Traction“ per TrolleyAutomoteur den planmäßigen Personenverkehr
mit einem Oberleitungsbus aufnimmt.
1. August 1881, Akademie der Wissenschaften, Paris
Mesdames et Messieurs!J’ail’honneur de vouspresenter le
premiervehiculeelectric!
Gustave Trouvé präsentiert das erste Elektromobil vor den
Mitgliedern der Akademie.Die Mitglieder der Akademie sind
zahlreich erschienen, das Interesse ist groß. Der Chemiker
und Elektroingenieur Trouvé berichtet von einem weiteren
Durchbruch in seiner Forschung. Erst ein Jahr zuvor hatte er
hier seinen Bootsmotor vorgestellt. Dieser Außenbordmotor ist
nunmehr zum Fahrzeugantrieb umfunktioniert und läuft dank
des Einsatzes von exzentrisierenden Spulen besonders rund.
Es ist dem ehemaligen Uhrmacher zudem gelungen, das Gewicht
der einzelnen Motorkomponenten drastisch zu reduzieren.
Sein Dreirad kann daher mit zwei der weiterentwickelten
Elektromotoren ausgestattet werden. Den Strom liefern sechs
29. April 1899, Achères bei Paris
Da kommen sie angeschossen!
Camille Jenatzy und die „JamaisContente“ brechen alle
Rekorde.Die Begeisterung der Zuschauer ist mit nichts zu
vergleichen und wahrscheinlich der eigentliche Antrieb des
belgischen Ingenieurs Camille Jenatzy. Der Rennfahrer mit
dem Beinamen „der rote Teufel“ ist auch im bürgerlichen
Leben mit Elektromobilität befasst. Erist Direktor einer Firma,
die elektrische Personen- und Lastfahrzeuge herstellt. Für die
morgige Siegesparade wird er seine „Nie-Zufriedene“ mit
Blumengirlanden schmücken. Das torpedoförmige Gefährt
beschert ihm heute einen Triumph über seinen Konkurrenten
Gaston de Chasseloup-Laubat und einen nationalen Geschwindigkeitsrekord
von 105,882 km/h. Jenatzy hatte sich bei
seinem Entwurf auf dieses Ziel konzentriert.
Exponat 2 - Meilensteine der Elektromobilität
7

Wenig Komfort und viel Leistung in Gestalt zweier 25-kW-
Motoren sind vorgesehen. Strom wird in 82 Fulmen-
Batterie-Elementen mitgeführt.
14. April 1900, Weltausstellung Paris / Österreichischer
Pavillon
Kommen Sie, staunen Sie!
Erleben Sie den Beginn einer transmissionslosen Epoche!
Der Radnabenmotor ermöglicht einen Antrieb ohne
Reibungsverluste. 51 Millionen Besucher strömen von April bis
Oktober 1900 durch die Weltausstellung. Die Elektrifizierung
aller Lebensbereiche bildet einen eigenen Schwerpunkt. Unter
den Hauptattraktionen ist ein österreichisches Automobil zu
bestaunen:Der Lohnerporsche.Hoflieferant und Inhaber der
größten Pferdewagenfabrik der Monarchie, Ludwig Lohner,
hat zur Erschließung des neuen Marktsegments den jungen
Ingenieur Ferdinand Porsche engagiert. Der feiert heute
den Beginn einer großen Karriere. Sein hier präsentierter
Radnabenmotor wird es noch bis zum Mond bringen! Das
Rad selbst ist der Rotor des Gleichstrommotors und macht
Antriebswellen und Getriebe überflüssig. Der 50 km/h
schnelle Wagen ist mit elektrischen Vorderbremsen und einer
Rückfahrsperre ausgestattet. In den USA werden derzeit 40
Prozent aller Fahrzeuge mit Dampfmaschinen, 22 Prozent mit
Benzinmotoren und 38 Prozent mit Elektromotoren betrieben.
17. August 1901, Wien-Floridsdorf / K.u.K. Hofwagenfabrik
Ludwig Lohner & Co.
Ärmel aufgekrempelt! Die Maschinen stehen bereit.
Erst voriges Jahr auf der Weltausstellung vorgestellt, geht der
Lohner-Porsche jetzt in Serie. So aufgeräumt ist die große
Fertigungshalle nur selten. Heute fällt der Startschuss für die
serielle Herstellung des Weltausstellungserfolgs. In den Büroräumen
des Werkes wird bereits an der weiteren Verbesserung
des Lohner-Porsche gearbeitet. Seine Geschwindigkeit lässt
sich nur noch durch Gewichtsreduktion steigern. Eines der
motorisierten Vorderräder allein bringt 115 kg auf die Waage.
Die nötigen Bleibatterien für 50 km Reichweite wiegen 410
kg. Die konsequente Weiterentwicklung wird im kommenden
Jahr der erste „Mixte“-Wagen sein: Ein vierzylindriger
Verbrennungsmotor erzeugt über einen Generator den Strom
für denRadnabenantrieb. Die Kosten für dieses Modell liegen
mit 10.000,- bis 35.000,- österreichischen Kronen je nach
Ausführung deutlich über denen für ein Auto mit Verbrennungsmotor.
(Für eine Krone bekommt man 25 Semmeln oder
3 l Milch)
17. Februar 1911, Dayton Ohio, USA
(Charles Kettering rüstet den ersten GM Cadillac mit einem
Elektrostarter aus.) Erröten Sie, meine Herren Heimwerker!
In seiner kleinen Werkstatt macht Charles Kettering bahnbrechende
Entdeckungen. Ganz Gentleman, vollendet Charles
Kettering heute eine Erfindung, die der Damenwelt hinter das
Steuer der benzinbetriebenen Automobile helfen soll. Sein
„elektrischer Selbst-Starter“ wird soeben in einen GM Cadillac
eingebaut. Er macht das unbequeme und mitunter gefährliche
Starten per Handkurbel überflüssig. Schon bald werden auch
andere Hersteller diese Technik integrieren und damit den
andauernden Erfolg des Verbrennungsmotors begründen.
Kettering hat bereits mit einer ganzen Reihe praktischer
Erfindungen von sich reden gemacht. Unter anderem entwickelte
er einen Motor für elektrische Registrierkassen und den
öffentlichen Münzfernsprecher. Sein Erstberuf ist allerdings
Lehrer. Im Zuge seiner erfolgreichen Karriere als Leiter der GM
Research Corporation, regt „Boss Ket“ daher die Gründung
eines Schulungszentrums zur anwendungsbezogenen Ausbildung
für angehende Ingenieure an. „The worldhateschange,
but itistheonlythingthathasbroughtprogress.“ - Charles
Kettering
8
Exponat 2 - Meilensteine der Elektromobilität

6. Mai 1912, Anderson Electric Car Company, Detroit,
Michigan, USA
Wer möchte das nicht? Fahren wie Clara Ford und J. D.
Rockefeller Jr.!
Der Detroit Electric punktet mit Bequemlichkeit und Schick.
Wir befinden uns auf dem Höhepunkt der Elektroauto-
Produktion: Seit 1907 verlassen bis zu 2.000 Autos
jährlich allein dieses Werksgelände! Insgesamt 20 Hersteller
produzieren dieses Jahr 33.842 Elektroautos. Das Starten ohne
manuellen Anlasser ist ein überzeugendes Argument für den
Detroit-Electric. Obwohl das am meisten verkaufte Modell ein
einsitziger Kutschenwagen ist, steht der Name für Komfort
und Eleganz. Windschutzscheiben aus geformtem Glas runden
sein Erscheinungsbild ab. Die feinen Leute fahren den Detroit
Electric Roadster oder das Modell Brougham (gehandelt ab
2.500,- Dollar). Gegen Aufpreis wird dieses „Baby“ mit einem
Nickel-Eisen-Akkumulator der Firma Edison ausgestattet, der
eine Reichweite von mindestens 130 km erzielt. Mit durchschnittlichen
32 km/h Geschwindigkeit ist er für den Stadtverkehr
genau das Richtige.Während des Ersten Weltkrieges
machen ihn die steigenden Ölpreise zusätzlich beliebt.
11. September 1920, Wohnhaus von Clara und Henry
Ford, Detroit, Michigan USA
Viel Lärm und nicht nur heiße Luft.
Die Benziner setzen sich durch. Sie kommen in Massen.
Während die Fords privat dem Elektro-Auto die Treue halten,
ist es der Benziner Tin Lizzy (Modell T), der ihren wirtschaftlichen
Erfolg begründet. Das 1908 entworfene Modell wird
in den Ford-Fabriken seit 1913 am Fließband produziert. Vor
zwei Jahren (1918) war bereits jedes zweite Auto in den USA
eine Tin Lizzy. Bis 1927 werden es mehr als 15 Millionen
Fahrzeuge sein. Auch in England und Kanada wird sie gebaut.
Sie ist ein internationaler Erfolg. Ein Elektrostarter ermöglicht
(bei warmem Motor) die Zündung des Hinterradantriebs ohne
Kurbeln. Das Öl ist günstig, niedrige Anschaffungskosten von
nur noch 290,- Dollar machen Tin Lizzy zusätzlich beliebt.
Durch Gewinnbeteiligungen und mit überdurchschnittlich
hohen Löhnen bemüht sich Ford zudem die Kaufkraft seiner
Arbeiter zu stärken. Für einen Achtstundentag erhalten sie
sechs Dollar Entgelt.
1. Mai 1941, Geschäftsstraße in Paris
Elektrischer Antrieb belebt den zivilen Verkehr!
Das VoitureLégère de Ville, das „leichte Auto für die Stadt“
VLV macht Schlagzeilen. Zivile Fahrzeuge sind ein seltener
Anblick auf den Straßen von Paris. Unter deutscher Besatzung
ist der Treibstoff rationiert und in den Fabriken von Peugeot
werden unter Aufsicht von Ferdinand Porsche Kleintransporter
für die militärische Nutzung erzeugt. Aber jetzt soll in Sochaux
der VLV hergestellt werden. Das dreirädrige Cabriolet wird
hauptsächlich bei der Post und im Gesundheitsdienst zum
Einsatz kommen. Privatpersonen brauchen eine amtliche
Kaufgenehmigung. Bis Ende des Krieges werden 377 Stück
des Zweisitzers gebaut.Er wiegt nur 350 kg, davon machen die
vier 12V Batterien mit ca. 75 km Reichweite allein 160 kg aus.
Der 3,3 CV Motor sitzt zwischen den Hinterrädern und erlaubt
Höchstgeschwindigkeiten von 36 km/h. Mit einem speziellen
Ladegerät kann der VLV an jeder Steckdose betankt werden.
70 Jahre später wird Peugeot das Konzept des VLV mit dem
BB1 wieder aufgreifen.
3. Mai 1947, Tokyo, Japan
Taxi, Bringen Sie uns in die Stadt der Zukunft!
Auch in Fernost verdankt sich die Entwicklung von Elektromotoren
einer Ölknappheit. Hier geht nichts mehr weiter.
Die unfreiwillige Entschleunigung führt zur Besinnung auf
erneuerbare Energie. Nach dem Pazifikkrieg werden die wenigen
Rohstoffe weiter rationalisiert, andererseits fördert die
Zentralregierung Japans noch unter Kontrolle der Amerikaner
die Entwicklung alternativer Antriebe.In einem ehemaligen
Flugzeugmotorenwerk wurden schon im letzten Jahr elektrisch
betriebene Transporter konstruiert.Heute läuft die lang
erwartete PKW-Version vom Band.
Exponat 2 - Meilensteine der Elektromobilität
9

Der Zweitürer ist mit einer austauschbaren Bleisäurebatterie
ausgestattet und wird nach dem Herstellungsort
„Tama“genannt. 65 km Reichweite und 35 km/h Geschwindigkeit
eignen ihn für den Einsatz im Stadtverkehr beispielsweise
als Taxi. Erst jetzt nach in Kraft Treten des Gesetzes zur
lokalen Selbstverwaltung formiert sich aus der ehemaligen Tachikawa
Airplane Company ein eigenständiges Unternehmen:
die Tokyo ElectricMotorcar Corporation (TōkyōDenkiJidōsha).
Mittels Kreiselkompass und Kilometerzähler können die
Astronauten selbstständig navigieren und zum Landemodul
zurückfinden. Besonderes Augenmerk hat das Boing
Konstruktionsteam um den Physiker Ferenc Pavlics auf die
Beschaffenheit der Räder gelegt. Sie müssen bei unterschiedlichen
Untergrundbedingungen zuverlässig funktionieren. Bei
Durchschnittsgeschwindigkeiten von 13 km/h gewährleisten
die Silberoxid-Zink-Batterien eine Reichweite von 92 km.
1. Oktober 1953, Alexanderplatz, Berlin
Sie haben neue Mail!
Die Post bringt unsere Neuigkeiten motorisiert und nahezu unbemerkt.
Ab sofort umfasst die Flotte der Deutschen Post eine
neue Einheit von Spezial-Elektrowagen. Still und leise werden
neuerdings die Berliner Briefkästen entleert. Die Karosserie
wurde eigens zu diesem Zweck konstruiert: die Fahrerkabine
lässt sich nur auf der rechten Seite öffnen und entlässt
die Beamten sicher und trocken auf den Gehsteig. Auch
andernorts weiß man die geräuscharmen kleinen Elektrobusse
zu schätzen. Oft fahren Sie auf nur drei Rädern und mit
offenem Laderaum, je nach Aufgabe, die sie im städtischen
Nahverkehr übernehmen. In England und den USA werden sie
beispielsweise für die tägliche Milchlieferung genutzt. „Milk
float“ (Milchflotte) werden die Kleintransporter dort liebevoll
genannt. So können Waren und Dienstleistungen in den
frühen Morgenstunden verteilt werden ohne die Nachtruhe in
den Wohngebieten zu stören.
31. Juli /4. August 1971, Der Mond
Farewell Moon-Buggy!
Nach der erfolgreichen Mission bleibt das LRV Mondauto im
All zurück. Im Dienste der Wissenschaft kommt der elektrische
Radnabenmotor nun auf dem Mond zum Einsatz. Das Lunar
RovingVehicle (Mond-Wander-Fahrzeug) wird außen an der
spinnenartigen Mondlandefähre mitgeführt. Nach der
Landung müssen die Räder ausgeklappt und das Fahrzeug
per Seilzug zu Boden gelassen werden. Der zweisitzige LRV
erlaubt bemannte Erkundungstouren in die Umgebung.
13. November 1967, Stuttgart
Schön, dass Sie Zeit gefunden haben!
Im kleinen Kreis wird die Entwicklung deutscher Prototypen
für den Hybrid-Antrieb beschieden. „Streng vertraulich“ steht
über dem Protokoll der heutigen Sitzung der Elektromobil-
Elite. Ein gemeinsames Entwicklungsprojekt der Konzerne
Daimler Benz und Volkswagen führt die Herren zusammen. Sie
möchten gegenüber neuen Umweltschutzvorschriften in den
USA gewappnet sein. Die Entwicklung eines Hybrid-Antriebs
für Stadtbusse und Transporter soll also in Auftrag gegeben
werden. Man hofft in diesem Sinn auf ein neuartiges Speichersystem
für Wasserstoff aus Genf. Aber auch die hiesigen
Bemühungen Kraftstoffverbrauch, Lärm- und
Schadstoffemissionen zu verringern sind vielversprechend!
Der 24-Stunden-Betrieb eines Stadtbusses erscheint nach Untersuchungen
bei Daimler Benz durch die Kombination eines
Generators mit einem 4-Zylinder-Diesel-Antriebsmotor bereits
möglich. Bei etwa 50 PS Leistung entspräche das Batterievolumen
eines solchen Modells dem eines Fahrzeugs mit reinem
Elektro-Antrieb bei stündlicher Aufladung.
26. August 1972, Olympische Spiele, München (Eröffnungsdatum)
Auf die Plätze – Fertig – Los!
BMW setzt mit der Ausstattung der Sportveranstaltung ein
Zeichen für die Zukunft der Automobilindustrie. Die
olympischen Sommerspiele sind ein gesellschaftliches Groß-
Ereignis. Mehr als 7.000 Teilnehmer werden erwartet. Doch es
wird nicht nur um sportliche Höchstleistungen gehen.
10 Exponat 2 - Meilensteine der Elektromobilität

Der Autohersteller BMW wartet mit einem besonderen
Olympioniken auf: Eine Flotte orangefarbener Elektro-
Begleitfahrzeuge.Gerade wird die Studie „Die Grenzen des
Wachstums“ des Club ofRome veröffentlicht. Unterdessen
könnte hier der Startschuss für ein allgemeines Umdenken
in der Fahrzeugtechnologie gefallen sein. Die 1602-Serie ist
BMWs aktuelles Breitenangebot. Bald schon könnte das Auto
auch für Normalverbraucher mit Elektromotor ausgestattet
werden. Noch sind Reichweiten und Geschwindigkeit
beschränkt. Trotz 350 kg schweren Blei-Batterien kommt man
bei 50 km/h nur 60 km weit. Aber die Forschung läuft bereits
auf Hochtouren. Die Ölpreiskrisen der 1970er Jahre sorgen für
die nötige Konjunktur.
26. März 1995, Strassburg, Deutsch-Französische Grenze
(Schengenabkommen)
Chapeau! Hut ab, liebe Nachbarn!
In Frankreich baut man einen Vorsprung in Sachen Elektromobilität
aus. Ohne Passkontrolle können wir die Staatsgrenze
passieren. Ein Unterschied zwischen den Nationen scheint
jedoch zu wachsen: Peugeot-Citroën stellt als einziger
Autobauer in Europa serienmäßig Elektrofahrzeuge für den
freien Markt her. 10.000 Fahrzeuge werden dort in den
kommenden 10 Jahren vom Band laufen. Mit 90 km/h Höchstgeschwindigkeit
bei 85 km Reichweite ist der Peugeot 106
Electric für den Stadtverkehr ausgelegt. Er lässt sich an jeder
Haushaltssteckdose betanken. In Deutschland hingegen wird
die Produktion des VW Golf CitySTROMers nach gerade 120
Stück eingestellt. Der Kompaktwagen ist als Einsatzfahrzeug
der Energieversorger vorgesehen. Ein Blei-Gel-Akkusatz mit
96 Volt Blockspannung würde Reichweiten bis 70 km bei 100
km/h erlauben. Ein europäisches Verbot von Nickel-Cadmium-
Akkus wird wiederum der Weiterentwicklung des 106 Electric
im Jahr 2005 ein vorläufiges Ende setzen.
27. Oktober 1995, Tokio Motor Show, Chiba City, Japan
Ein Traum wird wahr:Takeshi Yaegashi überbrückt die Kluft
zwischen elektrischen und benzinbetriebenen Motoren.
„Träum den Traum!“ unter diesem Motto steht die 31.
Japanische Automobil-Messe 1995. Japan hat ein großes
Erdbeben überstanden und steht unter dem Schock eines
Giftgas-Anschlags auf die Tokioter Untergrundbahn. Die Dauer
der Messe wird aus Sicherheitsgründen um zwei Tage verkürzt
– dafür die Öffnungszeiten erweitert. Denn zigtausende
Menschen wollen die Messe nach Feierabend besuchen.
Minivans und Rennautos dominieren die Show. Das Toyota
Entwickler-Team „G21“ um Ingenieur Takeshi Yaegashi („Mr.
Hybrid“) stellt seinen ersten Prototypen mit Hybrid-Antrieb
vor: den Toyota Prius. Bereits in einem Jahr beginnen die
Testfahrten und ab Dezember 1997 ist das Modell NHW10 in
japanischen Autohäusern erhältlich. Privatleute importieren es
bis nach Europa. Der Benzinmotor lädt bei Normalbetrieb via
Generator den Nickel-Metallhydrid Akku auf, der für stärkere
Leistung den zugeschalteten Elektromotor antreibt.
2. Oktober 1996, General Motors, Detroit USA
Exzellent wider Willen?
General Motors gibt den EV1 nur unter Vorbehalt in die
Hände seiner Kunden. Wer heute eines der ElectricVehicles 1
von General Motors haben will, muss eine Extra-Klausel unterzeichnen,
die es dem Unternehmen erlaubt, das Fahrzeug
binnen drei Jahren wieder einzuziehen. Vor sechs Jahren hat
die Kalifornische Regierung ein neues Umweltgesetz verabschiedet,
das die Entwicklung des Null-Emissions-Autos erzwingen
soll. Noch ist kein Aufatmen zu spüren, obwohl GM
mit dem EV 1 ein tatsächlich serienreifes Fahrzeug vorgelegt
haben. Der Zweisitzer ist mit den von Ovonics patentierten
NiMH-Akkumulatoren ausgestattet. Spitzengeschwindigkeiten
von 129 km/h und Reichweiten von über 200 km stellen einen
echten Durchbruch in der Elektroauto-Technologie dar.
Exponat 2 - Meilensteine der Elektromobilität 11

Umweltschutz-Organisationen kündigen an, große Stückzahlen
abzunehmen. Warum also ist der EV1 nur unter
einer Rückrufvereinbarung zu bekommen? Was bewegt den
Konzern?
9. September 2009, Forum Elektromobilität e.V., Spree
Palais, Berlin
Her mit den neuen Erfindungen!
Eine Million Elektrofahrzeuge sollen bis 2020 auf Deutschlands
Straßen unterwegs sein.Die Herausforderungen sind klar
umrissen. Anlässlich der festlichen Eröffnung des Forums
Elektromobilität werden sie vielstimmig aufgerufen. Neue
Konzepte auf allen Wertschöpfungsstufen im Bereich Elektromobilität
sind gefragt. Energie-Erzeugung, Verteilung und
Transport, Betankung, Speicherung, Infrastruktur, Nutzung,
Abrechnung und Ausbildung müssen überdacht und aufeinander
abgestimmt werden. Um auf diesen Gebieten Visionen
zu entwickeln und sie auch mit Leben zu erfüllen, müssen
Menschen unterschiedlicher Gruppen zusammen kommen.
Zu diesem Zweck wurde das Forum als Verein und Teil der
Fraunhofer Systemforschung gegründet, dem 33 Institute
und ein Beirat aus Vertretern der Wirtschaft angeschlossen
sind. Neue Ideen und Kenntnisse sollen hier gebündelt und
in Umlauf gebracht werden.Im Rahmen des „Nationalen
Entwicklungsplans Elektromobilität“ unterstützt die deutsche
Bundesregierung das Vorhaben mit 30 Millionen Euro.
1. Mai 2010, Expo, Shanghai, China
Wenn der nächste Bus kommt, steigen wir zu!
Die Megacities von morgen stehen im Fokus der Expo 2010
in Shanghai. Das Thema der diesjährigen Expo ist die Suche
nach der harmonischen Stadt. Angesichts der Vielfalt urbaner
Kulturen stellt Elektromobilität eine übergreifende und
internationale Herausforderung dar. Die Zahl der Städte mit
mehr als 5 Mio Einwohnern wird wachsen. Weltweit werden
deshalb lokale Entwicklungsziele für die Anpassung der
Verkehrsaufkommen angepeilt. Hier in China sollen es jährlich
1.000 Neuzulassungen von Elektrofahrzeugen sein.
Seit fünf Jahren (2005) zeichnet sich mit der Entwicklung
und Massenproduktion von Lithium-Ionen Akkumulatoren
tatsächlich ein neuerlicher „Hype“ ab.
Elektro-Kleinbusse der Firma Volvo und Spezialfahrzeuge der
Nanjing Automobile Groupe prägen das Bild der Weltausstellung.
SAIC-General Motors stellt im eigenen Pavillion mobile
Einzeller vor. Insgesamt aber, bemerken Kritiker, verhalte sich
die Automobilindustrie gegenüber der Expo-Öffentlichkeit
eher zurückhaltend.
3. Oktober 2039, Hackescher Markt, Berlin
Machen Sie sich ein Bild, überzeugen Sie sich selbst!
Obwohl die Zeit längst reif war, hat die Geschichte des Elektromotors
einige Umwege genommen.Alles ist leiser geworden.
Die Wege sind dieselben, doch wer sich erinnert, atmet auf.
Staubschutzmasken, Ölpest und Grubenunglücke sind
Geschichte. Auch die Angst vor dem Supergau ist im Strudel
der Zeiten entschwunden. Der Strom in Deutschland wird aus
Windenergieanlagen im Norden, von Sonnenkollektoren und
Wasserkraftwerken im Süden in intelligente Netze eigespeist.
Gegenwärtige Akkumulatoren verfügen über eine optimale
Energiedichte. Als dezentrale Speicher erlauben sie das Abfedern
natürlicher Produktionsschwankungen. Verbraucher sind
aktive Teilnehmer am Energiemarkt. So hat sich das Zusammenleben
insgesamt verändert. Unterschiedliche Bedürfnisse
können kurzfristig aufeinander abgestimmt werden. Mit
dem Technologiewandel hat sich auch das Zusammenleben
verändert. Auto-Staus haben dank effizienter öffentlicher
Nahverkehrsangebote Seltenheitswert. Es geht uns gut.
12 Exponat 2 - Meilensteine der Elektromobilität

Exponat 3
Geschichte und
Grundlagen der
Batterie
Text der Aufsichtsgrafik am Exponat 3
Geschichte der Batterietechnologie
1789 Luigi Galvani
Frosch-Experiment: Die Entdeckung des animalischen Magnetismus.
Galvani fiel bei Experimenten 1789 auf, dass Froschbeine zu
zucken beginnen, wenn sie mit zwei verschiedenen Metallen
in Berührung kommen. Er schloss daraus auf einen Zusammenhang
zwischen Elektrizität und Muskeltätigkeit.
1831 Michael Faraday
Aus Bewegung entsteht Strom: Entdeckung der Induktion
Zehn Jahre nach seiner Erkenntnis, dass aus Strom mechanische
Bewegung entstehen kann, entdeckte Faraday 1831 das
Prinzip der elektromagnetischen Induktion: Bewegt sich ein
elektrischer Leiter quer zu einem Magnetfeld, so wird in dem
Leiter eine elektrische Spannung induziert.
1836 John Frederic Daniell
Entdeckung des Daniell-Elements/Galvanische Zelle
1800 Alessandro Volta
Voltasche Säule: Die erste funktionierende Stromquelle
Voltas bahnbrechende Erfindung ist die um 1800 konstruierte
Voltasche Säule. Dieser Vorläufer der Batterie besteht aus
übereinander geschichteten Kupfer- und Zinkplatten, zwischen
denen sich mit Salzwasser getränkte Papp- oder Lederstücke
befinden.
1802 Johann Wilhelm Ritter
Rittersche Säule: Der erste Akkumulator
Ritter entwickelte 1802 den ersten Stromspeicher. Die
Rittersche Säule besteht aus übereinander geschichteten
Kupfer- und Kartonscheiben, die in einem Gefäß mit einer
Salzlösung liegen. Sie kann mit Strom aufgeladen werden und
gibt beim Entladen Strom ab.
1820 André Marie Ampère
Entdeckung des Elektromagnetismus
Ampère bemerkte 1820, dass sich zwei parallele, vom Strom
in die gleiche Richtung durchflossene, Drähte anziehen. Fließt
Strom durch ringförmige Drähte, dann entsteht ein Magnetfeld.
Je mehr Wicklungen die Spulen haben, desto stärker ist
das Magnetfeld.
Daniell entdeckte 1836 das nach ihm benannte Daniell-
Element. Er tauchte eine Zinkelektrode in eine Zinksulfatlösung
sowie eine Kupferelektrode in eine Kupfersulfatlösung und
verband beide leitend miteinander, so dass ein elektrischer
Strom floss. Es war in den folgenden Jahren eine der wichtigsten
Stromquellen.
1850 Josef Sinsteden
Erfindung des Bleiakkumulators
Sinsteden entwickelte 1850 den ersten Bleiakkumulator. Er
gab zwei Bleiplatten, die sich nicht berührten, in ein Gefäß mit
verdünnter Schwefelsäure und schloss eine Spannungsquelle
an. Durch ständiges Laden und Entladen entstand daraus ein
Akkumulator, der bereits eine nennenswerte Kapazität besaß.
1859 Gaston Planté
Weiterentwicklung des Bleiakkumulators
Der Bleiakkumulator wurde von Planté durch die spiralförmige
Anordnung der Bleiplatten erheblich weiterentwickelt. Diese
ist auch heute noch in Akkumulatoren zu finden.
Bis zu einer industriellen Nutzung vergingen allerdings noch
zwanzig Jahre (1887 wurde von Adolph Müller die erste
Akkumulatorenfabrik Deutschlands gegründet, heute bekannt
als VARTA).
Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie
13

1866 Georges Leclanché
Erfindung der „Leclanché-Zelle“/Braunstein-Zink-Element
1990
Kommerzialisierung von Nickel-Metallhydrid-Batterien
Leclanché erfand das Leclanché-Element, das er 1866 patentieren
ließ. Das Leclanché-Element besteht aus einer Anode
aus Zink, einem Elektrolyt aus Ammoniumchlorid, und einer
Kathode aus Graphit. Die Kathode ist zum Elektrolyt hin durch
Mangandioxid (Braunstein) umgeben, der als Depolarisator
wirkt. Verbesserungen führten zu einem gelierten Elektrolyt
und machten es zu einem Vorläufer der heute üblichen
Trockenbatterien.
Nickel-Metallhydrid-Batterien werden seit 1990 in leistungsfähigen
Elektroautos und Hybridfahrzeugen eingesetzt und
serienmäßig hergestellt. Der Toyota Prius NHW11 verfügt
über einen solchen Speicher mit über 200 V und 6,5 Ah zur
Versorgung eines 33-kW- Elektromotors.
1991
Kommerzialisierung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren
1887 Carl Gassner/Paul Schmidt
Erfindung von Trockenzellen
Die Trockenbatterie in ihrer heutigen Form geht auf die Erfindung
von Gassner im Jahre 1887 zurück. 1901 entwickelte
Schmidt die Trockenbatterie für Taschenlampen. Trockenbatterien
sind die häufigsten Energiequellen für transportable
elektrische Kleingeräte.
Bereits 1989 wurde in Deutschland ein Patent fr einen Lithium-
Ionen-Akkumulator angemeldet. Der erste kommerziell
erhätliche Li-Ionen-Akku wurde allerdings erst im Jahr 1991
vom Hersteller Sony auf den Markt gebracht und in einer
Videokamera eingesetzt.
1992
Kommerzialisierung von Alkali-Mangan-Batterien
1899 Waldemar Jungner
Erfindung der Nickel-Cadmium-Batterie
Jungner entwickelte 1899 den Nickel-Cadmium-Akkumulator.
Neu war nicht nur die Wahl der Elektrodenmaterialien,
sondern dass der Elektrolyt sich kaum verändert und dadurch
weniger schnell altert. Für den Betrieb eines Fahrzeugs war die
Batterie noch zu schwach.
Die Alkali-Mangan-Batterie ist ein technischer Nachfahre des
Leclanché Elements. Dank ihrer deutlich höheren Kapazität,
besseren Belastbarkeit und längeren Lagerfähigkeit ist sie in
vielen Anwendungsbereichen an die Stelle der Zink-Kohle-
Batterie getreten.
1947 Georg Neumann
Erfolgreiches Versiegeln der Nickel-Cadmium-Batterie
Dieses 1947 von Georg Neumann zur technischen Reife
geführte Herstellungsverfahren ermöglichte es erstmals Nickel-
Cadmium- Akkumulatoren gasdicht zu verschließen. Blitz,
Kamera, Radio oder Hörgerät konnten nun mit diesem kleinen
Akku betrieben werden.
14 Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie

Anwendungstext im Exponat 3
Geschichte und Grundlagen der
Batterie
Einführung: Zurück in die Zukunft
Strom macht mobil. Vor gut zweihundert Jahren begann ein
neues Zeitalter: Der italienische Physiker Alessandro Volta
hatte entdeckt, dass in bestimmten Flüssigkeiten zwei Metalle
Ladungen tauschen – eine stete elektrische Kraft.
Kurz danach entdeckte der Brite Michael Faraday den
Elektromagnetismus. Damit legte er die Grundlagen für
den Elektromotor. Schon in den 1830er Jahren sollen erste
elektrische Fahrzeuge gerollt sein, wenn auch nur als Modelle
Im Jahr 1881 stellte der französische Erfinder Gustave Trouvé
dann auf der Internationalen Elektrizitätsausstellung in Paris
ein dreirädriges Elektromobil vor. Als 1892 der Dieselmotor
kam, setzte der sich erst mit der Erfindung des elektrischen
Anlassers, dem Angebot billigen Öls und vor allem nach
intensiver Werbung durch: In ihm finden viele kleine Explosionen
statt. Die Menschen hatten Angst vor dem Knallen.
Nach einem Jahrhundert Verbrennungsmotor startet nun das
Elektroauto wieder voll durch. Der Schlüssel: die Batterie.
Grundlagen
Funktionsweise
Typisch Batterie
Das Prinzip ist stets gleich: Eine Batterie speichert chemische
Energie und wandelt sie in elektrische um. An einen Stromkreis
angeschlossen, stellt die Batterie elektrische Energie nach
außen zur Verfügung. Im Inneren läuft eine chemische Reaktion
ab. Sie liefert stetig neue Energie nach – bis die Batterie
entladen ist. Ewig Strom liefert sie also nicht, aber ausreichend
lang, um Taschenlampen, Handys und heute sogar Autos für
eine gewisse Zeit anzutreiben.
Sauer macht Strom
Was macht eine Batterie aus? Zum Beispiel Säure und zwei
verschiedene Metalle – etwa zwei Nägel aus Kupfer und Zink
in eine saftige Zitrone gepiekst. Werden die Nägel außen verkabelt,
startet in der Frucht eine chemische Reaktion: Es sind
elektrische Ladungen unterwegs. Zink gibt sie ab und Kupfer
sammelt sie ein und so fort. Durch den Zitronensaft fließt
Strom – ein recht schwacher allerdings: Die Zitronenbatterie
schafft gerade einmal 1,1 Volt. Dabei fließt auch nur ein sehr
geringer Strom von wenigen Milliampere. Um damit ein Auto
voranzutreiben, müsste man viele Hundert Zitronenbatterien in
Reihe und wahrscheinlich Tausende parallel schalten – zumindest
theoretisch.
Vom Frosch zur Gleichspannung
Jede Stromquelle aus zwei unterschiedlichen Metallpolen
und einer leitenden Lösung heißt „galvanisches Element“.
Namenspate ist ein italienischer Arzt: Luigi Galvani hatte 1789
Froschschenkel elektrisch zum Zucken gebracht. Wie das? Der
Forscher hatte zufällig mit zwei verschiedenen Metallen einen
Nerv berührt. Über das Salzwasser im Froschbein floss Strom,
die Muskeln zogen sich spontan zusammen.
Info-Box – Grundprinzip
Zwei Nägel, eine Zitrone, ein äußerer Draht – und die
Glühlampe brennt: Zwischen den Nägeln gehen elektrische
Ladungen auf Wanderschaft.
Elektrochemische Reaktion
In einer Batterie findet eine Tausch-Reaktion statt: Die
einzelnen, winzigen Bausteine eines „unedlen“ Metalls
„verschenken“ negative Ladungen.
Der Stoff selbst löst sich dabei nach und nach auf.
Ein anderes, „edleres“ Metall, das vergleichsweise positiv
geladen ist, sammelt die Ladungen ein. Dazwischen baut sich
eine Spannung auf, die weitere Elektronen in Bewegung setzt:
Es fließt Strom bis das gebende Metall aufgelöst ist.
Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie
15

Infoboxen
Oxidation
Die Zinkbausteine werden oxidiert und gehen als positiv
geladene Teilchen in die Lösung über: Dabei gibt die Zinkelektrode
negative Ladungen ab – die Elektronen. Diese können
elektrische Arbeit über den äußeren Stromkreis verrichten, der
elektrischen Verbindung zwischen den beiden Metallen. Weil
das Zink dabei aber so viel positive Ladung „verschenkt“, lädt
sich der Nagel negativ auf.
Reduktion
Der Kupfernagel sammelt über den äußeren Stromkreis
dagegen ständig Elektronen ein. Die positiv geladenen
Säureprotonen im Zitronensaft ziehen diese Elektronen an und
neutralisieren sie zu Wasserstoff, der entweicht. Das Kupfer
lädt sich dabei positiv auf und die Säure wird bei diesem
Aufladevorgang „verbraucht“.
Ladungstausch
Die beiden verschiedenen Ladungen wollen sich ausgleichen.
Wird außen ein Verbraucher angeschlossen, zum Beispiel eine
Glühlampe, wandern Elektronen über diese Brücke vom Zinkzum
Kupfernagel – vom Minus- zum Pluspol. In der Zitrone
wandern dagegen positive Ladungen: Ionen aus dem Zink in
den Elektrolyten und dessen Protonen zum Kupfer.
Die Bausteine
Ohne äußeren Verbraucher sind die Ladungen im Gleichgewicht.
Der Kupferdraht ist „satt“ an Elektronen, der Zinknagel
liefert keine neuen nach – bis der Schalter kippt: Ein äußeres
Gerät zieht Energie ab. Die chemische Reaktion kommt in
Gang. Sie läuft und läuft und läuft – bis man ausschaltet oder
bis der Zinknagel aufgelöst ist beziehungsweise die Protonen
verbraucht sind.
So laden sie auf
Geht das Ganze auch umgekehrt? Kann man von außen
neue Energie in die Batterie bringen? Das geht – zumindest
bei speziellen Batterien. Elektrolyse heißt dieser umgekehrte
Prozess. Dabei zwingt ein äußerer elektrischer Strom die
Entladungsreaktionen in die Gegenrichtung. Bei der Zitronenbatterie
allerdings ist nach einmal Entladen Schluss.
Infoboxen
Anode
Auf Griechisch sind an der Anode negative Ladungen wörtlich
„nach oben unterwegs“: Der Zinkpol leitet negative Ladung
nach außen ab – und gibt zugleich positiv geladene Zink-Ionen
die Elektrolytlösung nach.
Kathode
An der Kathode „steigen“ griechisch wörtlich Elektronen „hinab“:
Der Kupferpol nimmt negative Ladungen von außen auf
und gibt sie wieder zurück an die Protonen, an die positiven
Teilchen in der Batterieflüssigkeit.
Elektrolyt
Fachleute nennen eine Flüssigkeit mit frei beweglichen
Ladungen Elektrolyt. In reinem Wasser sind keine Ladungen
unterwegs: Reines Wasser leitet nicht. Das tut es erst, wenn
darin Stoffe gelöst sind: beim Zitronensaft die positiv geladenen
Teilchen der Säure, die Protonen.
Separator
Der Separator trennt die beiden Pole, damit es in der Batterie
keinen „Kurzen“ gibt. Elektronen kommen nicht durch,
positive Ladungen, die Ionen, aber schon. Die Zitrusbatterie
hat gleich mehrere Separatoren: die Häutchen zwischen den
Fruchtfleischkammern.
16 Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie

Das Wichtigste ganz kurz
Das System Batterie
In allen Batterien findet eine chemische Reaktion statt. Zwei
Materialien tauschen Ladungen aus. Auch die Bausteine sind
immer gleich. Es gibt die zwei Elektroden: Die Anode, die Elektronen
nach außen abgibt, und die Kathode, die Elektronen
von außen holt. Innerhalb der Batterie leitet ein Elektrolyt die
positiven Ladungen. Damit wirklich ein Stromkreis entsteht
und Anode und Kathode nicht direkt miteinander reagieren,
sind sie durch einen Separator getrennt.
Die Bunte Welt der Batterie
Wenn sich doch alles gleicht – warum dann überhaupt
verschiedene Batterien? Unterschiedliche Elemente und Materialien
reagieren verschieden miteinander. Je nachdem, woraus
die einzelnen Bausteine der Batterie bestehen, ändern sich ihre
Eigenschaften: Sie leisten anderes, sie arbeiten unter anderen
Bedingungen oder sie „leben“ unterschiedlich lang. Heute
gibt es ein ganzes Arsenal verschiedener Batterien – jede kann
etwas anderes gut und jede hat ihr eigenes Zipperlein.
Systeme
Die Welt der Batterien
Die ideale Batterie ist klein und leicht. Sie lässt sich preisgünstig
herstellen und speichert möglichst viel Energie. Die gibt sie
nicht nur einmal ab, sondern sie lässt sich immer wieder aufladen
und das möglichst jahrelang, am besten sogar ohne jeden
Verlust an Speichervermögen. Sie arbeitet bei Hitze, aber auch
wenn es friert. Wartung natürlich überflüssig. All das leisten
Batterien – jeder Typ kann etwas anderes besonders gut.
Ex und hopp! Oder zurück auf los?
Manche Batterien spulen ihre chemische Reaktion einmal
komplett ab, dann ist Schluss – wie beim Zitronenmodell. Sie
heißen primäre Batterien. Sekundäre Batterien, Akkus, holen
sich verbrauchte Energie zurück.
Dazu wird eine umgekehrte Außenspannung gebraucht: Dabei
läuft die chemische Reaktion quasi rückwärts ab. Die Batterie
kehrt in ihren Ursprungszustand zurück.
Infoboxen
Zink-Kohle – Die Spielzeugbatterie
Alkali-Mangan – Die Alltags-Konkurrenz
Nickel-Cadmium – Das standhafte PowerPack
Blei – Der Auto-Klassiker
Natrium-Nickelchlorid – Die tierisch Heiße
Nickel-Metallhydrid – Das Übergangsmodell
Lithium-Ionen – Die Zukunftsträchtige
Zink-Kohle-Batterie
Kleine Taschenlampe, brenn – Die Spielzeugbatterie
Mit ihr brummen Teddys, klingeln Wecker, leuchten
Taschenlampen oder fahren Autos – Letzteres allerdings
nur in Miniaturformat: Die Zink-Kohle-Batterie ist die ideale
Spielzeugbatterie. Einmal leer, wirft man sie weg. Sie ist gut
geeignet für nur zeitweise genutzte Geräte, die wenig Strom
verbrauchen. Und sie lässt sich preiswert herstellen. Allerdings
ist sie anfällig auszulaufen. Heute wird sie daher oft durch die
Alkali-Mangan-Batterie ersetzt.
Infoboxen
Die Anode
Die negative Elektrode ist ein Becher aus Zink: Beim Kontakt
mit Salmiak-Lösung (Elektrolyt) löst er sich auf. Die Zinkatome
stoßen negative Ladungen ab und gehen dann als positive
Teilchen in die Lösung.
Deswegen bekommen diese Batterien oft ein Leck.
Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie 17

Die Kathode
Die positive Elektrode ist ein Kohlestab, eingehüllt in Braunstein
– chemisch Manganoxid: Die Manganteilchen nehmen
negative Ladungen auf. Dafür ist Wasser nötig. Das steckt in
der Elektrolyt-Lösung.
Der Elektrolyt
Dickliche, ätzende Salmiaksäure: Beim Kontakt damit löst sich
der umgebende Zinkbecher auf. Deswegen bekommen diese
Batterien oft ein Leck.
Der Separator
Eine Pappe kleidet den Zinkbecher aus: Sie ist mit der Salmiak-
Lösung getränkt und trennt zugleich die Elektroden. Die Papp-
Poren lassen geladene Teilchen durch (Ionen), aber einfache
negative Ladungen nicht, doch die Pole berühren sich nicht.
Alkali-Mangan-Batterie
Mehr Leistung, weniger Verlust – Die Alltagskonkurrenz
Leistungsfähiger und jahrelang lagerbar: Gegenüber dem
Zink-Kohle-Modell hat die Alkali-Mangan-Batterie im Alltagsgebrauch
eindeutig die Nase vorn. Sie arbeitet bei hohen und
niedrigen Temperaturen, läuft praktisch nie aus und speichert
doppelt so viel Energie. Vor allem bei Geräten, die lange ohne
Batteriewechsel laufen sollen oder die kurzzeitig viel Energie
brauchen, macht sie dem Zink-Kohle-Modell Konkurrenz.
Doppelt begabt
Die Alkali-Mangan-Batterie ist eine Wegwerfbatterie, die am
weitesten verbreitete sogar. Doch sie kann auch anders: Sie
lässt sich durchaus wieder aufladen. In dieser Form ist sie als
Rechargeable Alkaline Manganese-Batterie (RAM) im Handel.
Allerdings quillt beim Laden oft ätzende Lauge heraus. Die
RAM-Batterie hat sich deswegen nicht durchgesetzt.
Infoboxen
Die Anode
Die negative Elektrode ist Zinkpaste: Das Zink zerfällt und gibt
negative Ladungen ab. Ein Nagel aus Messing oder Kupfer
leitet diese über den Batterieboden nach außen.
Die Kathode
Gepresstes Pulver, gemischt aus Braunstein (Manganoxid)
und Grafit, getränkt mit Alkalilauge. Die Braunstein-Teilchen
nehmen die negativen Ladungen auf.
Der Elektrolyt
Als Elektrolyt dient konzentrierte Kalilauge, mit der der
Separator sowie Plus- und Minuspol getränkt sind.
Der Separator
Zwischen der Anode im Kern der Batterie und der Kathode
außen sitzt ein Faservlies: Die Reaktions-Elektroden berühren
sich nicht, die Laugen-Ionen (OH-) kommen aber durch.
Nickel-Cadmium-Akku
Wenn andere aufgeben – Das standhafte PowerPack
Er ist einer der Helden unter den Stromspeichern: Für seine
Größe liefert der Nickel-Cadmium-Akku vergleichsweise viel
Strom. Er kann Jahre lagern und arbeitet trotzdem noch gut.
Obendrein ist er enorm kältefest: Selbst Temperaturen von bis
zu minus vierzig Grad trotz er noch! Weil er so unempfindlich
ist, benutzt ihn zum Beispiel das Militär häufig als
Starterbatterie.
Auf und nieder, immer wieder
Die Nickel-Cadmium-Zelle ist wieder aufladbar – sogar
mehrere Tausend Mal und schnell: 15 Minuten, dann ist zum
Beispiel ein Bohrmaschinen-Akku voll wieder da. Nicht immer
allerdings. Es kann ein Memory-Effekt eintreten: Der Akku
merkt sich, wenn er nicht vollständig entladen wurde. Dann
liefert er weniger und meldet rascher Ladebedarf an.
18 Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie

Für schnurlose Telefone, elektrische Zahnbürsten und schweres
Elektrowerkzeug hieß das rauf auf die Ladestation und weiter
ging’s – bis vor einigen Jahren das Alltags-Aus für den Akku
kam.
Ausgedient: Verbot für den PowerPack
Cadmium ist giftig und krebserregend. Es belastet die Umwelt
dauerhaft: Denn das Element baut sich nicht ab, sondern
reichert sich an. Deswegen hat der Nickel-Cadmium-Akku
heute weitgehend ausgedient. Die EU hat Akkus verboten,
deren Cadmiumanteil mehr als 0,002 Prozent der Batteriemasse
ausmacht – ausgenommen Akkus für Notstromsysteme,
medizinische Geräte oder Werkzeuge.
Infoboxen
Die Anode
Ein feines Stahlblech mit einem Überzug aus Cadmium-Pulver:
Das metallische Cadmium wird oxidiert und gibt Ladungen ab.
Es entsteht Cadmiumhydroxid, ein weißer, fester Belag.
Die Kathode
Eine Platte mit fein verteiltem Nickeloxid-Hydroxid: Diese
Verbindung nimmt Ladungen auf und wird reduziert. Dabei
bildet sich Nickelhydroxid.
Der Elektrolyt
Der Ladungstausch zwischen Nickel und Cadmium passiert
nur, wenn der pH-Wert hoch ist – also in einer starken Lauge.
Der Elektrolyt ist deswegen eine 20 Prozentige Kaliumlauge.
Der Separator
Kalilauge ätzt sehr stark. Die Trennschicht zwischen Anode
und Kathode muss das aushalten können. Es sind fast immer
Faserstoffe aus beständigen Kunststoffen.
Blei-Akku
Bei Stromfluss Start – Der Auto-Klassiker
Der Blei-Akku wurde 1850 das erste Mal gebaut. Damit ist
er der älteste kommerziell eingesetzte wieder aufladbare
Stromspeicher überhaupt. Damals interessierte sich als erstes
die verarbeitende Industrie für ihn, dann die Autobranche: Die
Blei-Batterie liefert kurzzeitig sehr hohe Stromstärken – genau
richtig für den klassische Autostarter bei Verbrennungsmotoren.
Auch für Elektrofahrzeuge war der Blei-Akku zunächst der
Standardtyp.
Schwer was drauf
Der Blei-Akku treibt Autos zuverlässig an. Doch Blei hat eine
hohe Dichte und ist deswegen schwer. Das schränkt den
Einsatz ein: Was ein Liter Diesel schafft, braucht ungefähr
300 Kilo Blei. Um allein die zu bewegen, geht schon wieder
viel Energie drauf. Autos können mit einem Blei-Akku daher
nur vergleichsweise kurze Strecken fahren.
Infoboxen
Die Anoden
Der klassische Blei-Akku als Starterbatterie besteht aus mehreren
Einzelzellen. Die Anoden sind jeweils Platten aus reinem
Blei: Die Blei-Teilchen geben bei Kontakt mit Säure jeweils zwei
negative Ladungen ab. Die positiven Teilchen-Reste verbinden
sich mit Sulfat-Teilchen aus der Schwefelsäure (Elektrolyt) zu
Bleisulfat.
Die Kathoden
Die Kathoden sind Platten aus Bleioxid. Hier verbinden sich
Blei-Teilchen mit Sulfat-Teilchen aus der Schwefelsäure zu
Bleisulfat. Doch jetzt kommt der Trick: Anders als reines Blei
muss Bleioxid dafür negative Ladungen aufnehmen.
Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie 19

Der Elektrolyt
Für die Reaktion muss es freies Sulfat geben – wie in Schwefelsäure.
Aber Vorsicht! Nicht anfassen! Etwa wenn nach einem
Unfall aus einem Bleiakku Flüssigkeit sickert. Schwefelsäure
ätzt sehr stark.
Der Separator
Zwischen der Negativ- und der Positivplatte steckt jeweils
noch eine Platte: aus Glasfasern, Mikroglas oder PVC. Diese
Materialien halten der aggressiven Schwefelsäure (Elektrolyt)
stand. Und sie haben feine, mit bloßem Auge unsichtbare
Poren – gerade groß genug für geladene Teilchen.
Natrium-Nickelchlorid-Batterie
Manche mögen es heiß – Die Zebrazelle
Getauft nach dem Lieblingstier? 1999 hat der Südafrikaner
Johan Coetzer die Zebrazelle gebaut. Tatsächlich stammt ihr
Name aber von dem Projekt „Zero Emission Battery Research
Activity“, in dessen Rahmen sie entstand. Wie das Steppenpferd
mag es auch die Zebrazelle gern heiß. Bei 280 bis 350
Grad Celsius legt sie so richtig los – seit 2007 etwa im Smart
durch den Londoner Stadtverkehr. Dort hatte Daimler Benz
hundert kleine „Stromer“ versuchsweise auf Tour geschickt.
Sie rollten pro Ladung immerhin 135 Kilometer weit.
Infoboxen
Die Anode
Bei jeder einzelnen Zelle sitzt jeweils direkt unter dem
Außenmantel aus Stahl flüssiges, reines Natrium. Das gibt
negative Ladungen ab, die über den äußeren Stromkreis zur
Kathode wandern. Die nun positiv geladenen Natrium-Teilchen
bewegen sich durch den Elektrolyten zur Kathode.
Die Kathode
Der Keramikbecher (Separator) ist bei hohen Temperaturen für
positiv geladene Natrium-Teilchen durchlässig. Sie wandern
durch den Becher ins Innere. Dort verbinden sie sich mit dem
Nickelchlorid zu Natriumchlorid – Kochsalz also. Metallisches
Nickel bleibt zurück.
Der Separator
Ein Becher aus Keramik trennt die Elektroden.
Der Elektrolyt
Der Keramikbecher (Separator) ist zugleich der Elektrolyt: Bei
mehreren hundert Grad Celsius leitet das Material geladene
Natrium-Teilchen. Deswegen muss die Zebra-Zelle ständig beheizt
werden – auch wenn der Akku zeitweise nicht arbeitet.
Ihn neu aufzuheizen dauert 24 bis 48 Stunden.
Gut im Test, praktisch zu schwach?
Der Zebra-Akku liefert dreimal so viel Energie wie das
Blei-Modell. Selbst, wenn mehrere der Zebra-Zellen im
Akku ausfallen, arbeitet er noch. Obwohl die Zebra-Batterie
gegenüber dem Blei-Akku viel mehr Energie pro Größe
beziehungsweise pro Gewicht speichern kann, wiegt sie im
Smart immer noch 100 Kilogramm. Es dauert zwischen 4 und
8 Stunden um die Batterie voll aufzuladen. Dazu kommt, dass
sie vor Inbetriebnahme erst auf Temperatur gebracht werden
muss – immerhin etwa 300 Grad Celsius. Auch das benötigt
seine Zeit. Eine andere Batterie schafft das leichter – mit
Lithium-Ionen-Technik.
Nickel-Metallhydrid-Batterie
Schwestern mit Potenzial – Das Übergangsmodell
Schwermetall adé – seit Cadmium-Batterien weitgehend
verschwunden sind, übernehmen deren 1990 geborene
Schwestern den Dienst in Telefonen oder Laptops: Nickel-
Metallhydrid-Zellen speichern Energie in Form von Wasserstoff.
Das ist umwelttauglicher und liefert etwa ein Drittel mehr
Energie als das veraltete Cadmium-Pendant. Dafür sind diese
Batterien nicht ganz pflegeleicht:
Bei Frost fallen sie aus, im Hochsommer entladen sie sich
schnell selbst.
20 Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie

Groß in Sachen Automobil
Der Nickel-Metallhydrid-Akku steckt zum Beispiel seit 2005 im
Toyota Prius – zunächst mit 228 Einzelzellen und voluminös
wie ein Schrankkoffer und etwa 50 Kilo schwer, heute mit nur
noch 168 Zellen, aber immer noch fast einen Meter breit. Der
Akku im Honda Insight arbeitet sogar nur mit 84 Einzelzellen
und wiegt auch nur noch 20 Kilogramm. Als alleinige Antriebe
reichen diese Batterien allerdings bei weitem nicht aus: Beide
fahren vielleicht 1 bis 3 Kilometer weit – wenn nicht ein
Benzinmotor mit einspringt.
Lithium-Ionen-Batterie
Nummer 3 siegt – Die Zukunftsträchtige
Laptop, Digitalkamera, Auto, Akku-Schrauber: Wo viel tragbare
Energie gebraucht wird, ist die Lithium-Ionen-Zelle vorn
dabei. Der Akku auf Basis des dritten Elements im Periodensystem
kam Anfang der 1990er Jahre auf den Markt und soll
fürs Elektroauto den Durchbruch bringen: Im Mercedes-Benz
S-400-Hybrid ist er weltweit erstmals in Auto-Serie gegangen
– wenn auch erst einmal als „kleine“ Hybrid-Batterie.
Infoboxen
Die Anode
Eine Metalllegierung, in der Wasserstoff steckt. Der wird
oxidiert: Dabei werden negative Ladungen frei (Elektronen),
positiv geladene Wasserstoff-Teilchen (Protonen) und reines
Metall. Die Wasserstoff-Teilchen verbinden sich mit Teilchen
aus der Lauge zu reinem Wasser. Und die negativen Ladungen
machen die Anode zum Minuspol.
Was hat er, was anderen fehlt?
Lithium-Ionen-Akkus sind wahre Kraftbündel. Und sie entladen
sich kaum selbst. Das Auto bleibt startklar, auch wenn es
länger steht. Winterfrost und Sommerhitze? Kein Problem. Der
Akku arbeitet zwischen -30 Grad und +60 Grad zuverlässig.
Das schafft keine andere Batterie – zumindest theoretisch.
Denn auch manche Lithium-Ionen-Batterien schwächeln bei
extremer Temperatur und diese Einbußen können durchaus
dramatisch sein…
Die Kathode
Blech aus schwarzem Nickeloxid-hydroxid: Das Nickel löst sich
aus dieser Verbindung und geht eine neue ein. Dabei nimmt
es freie negative Ladungen auf. An der Kathode verschwinden
also negative Ladungen, was diesen Pol positiv macht.
Der Elektrolyt
In dem Akku schwappt 20-prozentige Kalilauge. Achtung –
extrem ätzend!
Der Separator
Kalilauge ätzt sehr stark. Die Trennschicht zwischen Anode
und Kathode muss das aushalten können. Wie beim Nickel-
Cadmium-Akku ist der Separator ein Kunststoffvlies.
Wo hapert es dann noch?
Die Lithium-Ionen-Batterie will „gestreichelt“ werden: So
braucht es eine spezielle Schutzschaltung, um Überladungen
und Tiefentladungen abzufangen. Außerdem muss ein recht
enger Temperaturbereich eingehalten werde, wenn die
Batterie über zehn Jahre und ca. 3.000 Lade- und Entladezyklen
lang funktionieren soll. Ein weiterer Punkt sind die
Kosten: Für den Einsatz im Auto müssen es sehr hochwertige
Lithium-Ionen-Zellen sein. Hier ist allerdings Besserung in
Aussicht: Während bei der Nickel-Metallhydrid-Konkurrenz
das Preis- und Entwicklungspotenzial bereits am Ende ist, sind
die Möglichkeiten des Lithium-Ionen-Akkus noch lange nicht
ausgeschöpft.
Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie
21

Sonderinfo Lithium
Aussichtsreich: Stromspeicher Lithium
Lithium ist das leichteste Metall. Es lässt sich am stärksten
oxidieren. Damit hat es das höchste Energiepotenzial pro
Gewicht. Zudem geht es mit fast allen anderen Elementen
Verbindungen ein: Aktuell gibt es bereits eine Reihe von unterschiedlichen
Akkus mit verschiedenen Lithium-Chemien – und
Schluss ist noch lange nicht.
Infoboxen
Die Anode
In den negativen Elektroden ist das Lithium jeweils als
positiv geladenes Teilchen, als Ion, in das Kristallgitter einer
Kohlenstoffverbindung eingelagert. Fachleute nennen das
Interkalation. Bei der Grafitelektrode im Beispiel sitzt das
Lithium zwischen den einzelnen Grafitlagen.
Die Kathode
Oft sind es Mischverbindungen mit drei Metallen, zum Beispiel
Kobalt, Nickel und Mangan. Auch hier sind die Lithium-
Teilchen in den Schichten des Kristallgitters eingelagert, hier
im Oxidgitter.
Der Elektrolyt
Lithium kann man mit vielem kombinieren – bloß nicht mit
wasserhaltigen Elektrolyten. Stattdessen nimmt man wasserfreie,
organische Lösungsmittel. Bestimmte Zusätze machen es
den Lithium-Teilchen leichter, sich zu darin zu bewegen.
Der Separator
Polyethylen – ein Kunststoff mit eingebauter Notbremse: Das
Material schmilzt bei hohen Temperaturen und seine Poren
setzen sich zu. Es fließen keine Ladungen mehr. Das Not-Aus,
falls der Akku durchzugehen droht.
Forschung
Die Übermorgenbatterie
Forscher unter Strom
Die eine Batterie für alle Elektromobile wird es nicht geben,
zeigt eine aktuelle Fraunhofer-Studie. Elektrofahrräder, reine
Batterieautos oder Hybridmodelle – alle haben ihre eigene
beste Batterie. Noch schlimmer: Einen weltweiten Universalstecker
für alle Autos gibt es auch noch nicht! Internationale
Standards für den Einbau der neuen Batterien und verbindliche
Sicherheitsstandards fehlen ebenso. Forscher, Techniker,
Prüfgremien und die Industrie haben noch viel zu tun.
Gut, besser, optimal: Was gibt’s zu tun?
Das Tankladen dauert stundenlang: Stellen Sie sich vor, Sie
fahren laden und nehmen einen Schlafsack mit! Obendrein
kommt man pro Ladung noch nicht allzu weit. 300 Kilometer
und noch mehr? Für diesen Reichweitentraum müssen
Batterien noch viel mehr speichern können und dabei zugleich
schlanker werden. Noch sind sie viel zu schwer. Allein um sie
zu bewegen, geht zu viel Energie drauf. Dann ist da auch noch
das Wärm- und Kühlproblem: Temperaturtoleranz heißt das
Zauberwort für das Übermorgenmodell.
Endlich gut: Wo ist technisch Schluss?
Der aktuelle Wunderstoff ist Lithium. Wegen ihrer sehr hohen
Energie- und Leistungswerte wird an Lithium-Batterien viel
geforscht. Aus den bisherigen chemischen Verbindungen mit
Lithium können nur noch wenige Prozent Speicherkapazität
rauszuholen sein, schätzen Experten. Erst neue Kombinationen,
wie Lithium-Luft oder Lithium-Schwefel versprechen noch
einmal einen Kapazitätssprung nach vorn. Doch dann hat die
Chemie Grenzen gesetzt: Ein elektropotenteres Element oder
Material gibt es nicht.
22 Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie

Infoboxen
Batteriesystem eingebaut
Sicherheit
Speziell im Auto müssen Lithium-Ionen-Akkus auch Unfällen
standhalten können: Einige enthalten einen brennbaren Elektrolyt.
Zudem besteht Entzündungsgefahr, wenn metallisches
Lithium Feuchtigkeit ausgesetzt ist. Dazu kommt, dass feste
Standards für Crashtests noch ausstehen. Auch nach dem ersten
Leben der Akkus im Auto spielt die Sicherheit der Systeme
eine große Rolle, etwa beim Recycling.
Elektrofahren, aber bitte mit System
Zwei Kabel, zwei Klemmen – und die klassische Starterbatterie
funktioniert. Bei Autos, die nicht nur per Stromstoss anrollen,
sondern komplett mit Strom fahren, sieht es viel komplizierter
unter Kühlerhaube und Kofferraumdeckel aus. Denn die
Batterie allein bewegt das Fahrzeug nicht. Kühlen, heizen,
managen: Batterien für Elektroautos brauchen ein ganzes,
technisches Versorgungssystem.
Kosten
Der Preis trübt den elektromobilen Fahrspaß noch stark.
Aktuell sind Fahrzeug-taugliche Lithium-Zellen noch zu teuer:
Die ganze Batterie gibt es zum Kleinwagenpreis – nur ohne
den Wagen dazu.
Energie- und Leistungsdichte
Zu groß und zu schwer: Ein Auto-Akku vom Nickel-Metallhydrid-Typ
zum Beispiel wäre heute ein hunderte Kilo schwerer
Koloss – kaum, dass er knapp in die Autohülle passt. Morgen
sollte die Batterie deutlich schlanker sein.
Lebensdauer
Die Lithium-Ionen-Batterie ist klein und stark. Doch dafür altert
sie schnell: Nach einigen Jahren baut sie merklich ab – ob sie
im Dienst war oder nicht. Gleiches bei höheren Temperaturen.
Alltagstaugliche Auto-Akkus müssen höchste Ansprüche
erfüllen: Sie müssen auch zuverlässig Leistung bereitstellen,
auch bei Temperaturen wie im amerikanischen Death Valley
von knapp 50 Grad im Schatten oder im sibirischen Frost.
Zudem sollten sie mindestens zehn Jahre und 3.000 Ladungen
aushalten können.
Infoboxen
Batteriepack
Eine Einzelzelle reicht allenfalls für wenige Meter Autofahrt.
Ein Batteriepack besteht daher aus hunderten Zellen: Je
nachdem, wie sie verschaltet sind, addieren sich die Spannung
beziehungsweise die maximal mögliche Stromstärke.
Kühlung
Damit die Batterie nicht überhitzt und zu schnell altert, wird
sie bei Betrieb durch einen eigenen Kreislauf gekühlt. Im
Sommer springt oft sogar zusätzlich noch die Kühlung der
Klimaanlage mit ein.
Heizung
Bei Frost machen viele Batterien schlapp. Unter minus 20 Grad
Celsius kann der Elektrolyt von Lithium-Ionen-Batterien sogar
einfrieren. Die Akkus müssen daher zusätzlich beheizt werden.
Batteriemanagement
Hunderte Zellen und alle entladen anders: Fraunhofer-Forscher
arbeiten an einem Elektronik-System, das ständig Stromfluss,
Spannung und Temperatur in jeder Zelle misst und daraus
regelmäßig deren Lade- und Alterungszustand berechnet.
Exponat 3 - Geschichte und Grundlagen der Batterie 23

Exponat 4
Batterie der
Zukunft
Anwendungstext im Exponat 4
Batterie der Zukunft
Spannungsfeld Batterietechnik
Der günstige, Schnellsprint-Sicherspeicher für Langstrecken
– die Übermorgenbatterie hat viel zu tun: Kosten, Gewicht,
Energieinhalt, Lebensdauer, Ladezeit und Sicherheit – schon
bis 2015 sollen die elektrischen Auto-Antreiber deutlich fitter
sein. Dafür tüfteln Fraunhofer-Forscher an neuen Materialien
und deren Elektrochemie, je nachdem, welche Rohstoffe und
wie viel davon künftig vermutlich zu haben sein wird. Ob das
Zauberwort dann weiterhin „Lithium-Ionen-Technik“ heißt?
Dafür gibt es noch viele Hürden zu bewältigen.
Anforderungen
Energie- und Leistungsdichte
Vorbild Skifliegen: Was schafft ein Energiespeicher pro Größe und
Gewicht?
Per stop and go in die Zukunft bummeln wegen ständiger
Ladestopps? Womöglich mit großen Batterien, die einer
Treckerkarosserie Ehre machen? Die Übermorgenbatterie sieht
anders aus. Sie liefert viel Energie und ist möglichst schlank
und leicht – genau wie ein Skispringer. Wie er muss die Batterie
ihre Energie in angemessen kurzer Zeit mobilisieren. Nur
so kann ein Elektroauto wie gewünscht beschleunigen. Dabei
gibt die Energiedichte an, wie viel Energie eine Batterie im
Vergleich zu ihrem Gewicht speichert, und die Leistungsdichte,
wie viel Energie der Speicher pro Zeit und Gewicht abgeben
kann.
Kosten
Nicht billig, aber viel Wert: Das teuerste Stück Elektroauto
Batt’ries are the Girls’ best Friend – so würde Marilyn Monroe
heute hauchen. Tatsächlich ist eine Batterie fürs Elektroauto
wertvoll wie ein Diamant: Sie kostet etwa so viel wie ein
Kleinwagen, je nach Preis für Rohstoffe und Fertigung.
Mit 350 bis 650 Euro ist man dabei – pro Kilowattstunde
allerdings. Davon braucht es etwa 20–40, um längere Strecken
von ca. 200 Kilometern fahren und das Auto im Winter auch
noch heizen zu können. Seit gut zehn Jahren werden Lithium-
Ionen-Batterien zwar günstiger. Und vermutlich sinkt der Preis
auch weiterhin. Doch selbst optimistisch geschätzt bleibt der
Energiespeicher wohl das teuerste Stück Eektroauto – The
Girls’ best Friend von morgen eben.
Zyklenfestigkeit und Lebensdauer
Auf und nieder, immer wieder: Wie oft und lang hält eine Batterie
das aus?
Ein Auto hält gut ein Jahrzehnt, für diese Spanne ist es
jedenfalls ausgelegt. So lange sollte auch die Batterie tüchtig
sein und dabei immer wieder neu Strom abgeben und
aufnehmen können – und Letzteres möglichst schnell. Sie
muss lange leben und zyklenfest sein, wie der Fachmann sagt.
Dafür müssen Forscher und Techniker ganz schön jonglieren:
Soll das Auto pro Ladung weit fahren, ist es mit von-Null-auf-
Hundert vorbei. Sprintet der Wagen dagegen los, kostet das
Reichweite. Ganz zu schweigen, dass eine Batterie kurzfristige
Leistungsspitzen aushalten muss: etwa beim Bremsen, wenn
Energie geballt rückgeführt wird.
Sicherheit
Fraunhofer-Forscher arbeiten am richtigen Sicherheitskonzept
Leistung top – aber nicht ohne Risiko: Lithium-Ionen-Akkus
mit einem flüssigen Elektrolyt könnten auslaufen. Zum
Beispiel, wenn dessen Hülle bei einem Unfall Schaden nimmt.
Sie zu überladen, zu stark zu entladen oder eine Überhitzung
können auch gefährlich sein. Vor allem wenn es dann zu einem
„thermischen Runaway“ kommt – wenn die Temperatur
in einer einzelnen Zelle unkontrolliert auf über Hundert Grad
hochkocht: Die Elektroden zersetzen sich und reagieren mit
dem Elektrolyten. Dabei wird wieder Hitze frei. Der Separator
könnte schmelzen und es könnte einen „Kurzen“ geben
24 Exponat 4 - Batterie der Zukunft

Material und Zelle
Die Qual der Wahl
Fast richtig ist auch vorbei: Batteriebauer tüfteln am Material
Die Anforderungen an die Sicherheit, Kapazität und Langlebigkeit
stehen in Konkurrenz: Alles hängt zusammen und alles
steht in Konkurrenz. Mehr vom Einen, kostet Anderes. Ein
Dilemma – und das Mekka der Materialforscher: Sie tüfteln
hin und her und probieren neue Stoffe für die einzelnen
Batteriebausteine aus oder entwickeln Materialien einfach
neu. Wie die Materialwürfel auch fallen, welcher Stoff wo
sitzt, bestimmt, mit welchen Eigenschaften die Batterie an den
Start geht.
Keine Rose ohne Dorn…
Lithium-Ionen-Akkus geben eine große Vielfalt an chemischen
Möglichkeiten her. Lithium-Kobalt-Oxid liefert hohe Spannungen,
aber sonst ist eher wenig dahinter. Ein Lithium-Nickel-
Kobalt-Akku dagegen ist ein Energiekraftprotz. Allerdings
besteht Brand- und Explosionsgefahr, wenn er überladen wird.
Für ganz schnelle Akkus könnte die Anode aus Lithium-Titanat
bestehen – bloß geht diese Variante ordentlich ins Geld und
kostet Spannung. Derzeit könnte eine Kathode aus Lithium-
Eisen-Phosphat der Kandidat mit den besten Aussichten für
die nahe Zukunft sein.
Lithium-Ionen: Bombige Technologie
Leistungsstarke Technik stellt Forscher vor Herausforderungen
Der Lithium-Ionen-Akku ist heute der aussichtsreichste
Kandidat, reine Elektroautos rollen zu lassen. Deswegen
konzentrieren sich Batterietechniker vor allem auf ihn. Er
ist knapp ein Drittel kleiner und um die Hälfte leichter als
Nickel-Metallhydrid-Batterien. Trotzdem sind sie gleich gut,
was schnelles Laden, Langlebigkeit und hohe Leistung betrifft.
Nur: Bei Schäden oder zu viel Hitze kann der Akku hochgehen
– mit Bombenwirkung womöglich. Dann stehen nicht nur
Laptops, sondern ganze Autos in Flammen.
Neue Materialien für mehr Sicherheit
Das Schicksal bestimmt allein die Batteriechemie: So genannte
„eigensichere“Zellen sind kurzschlussfest, brennen oder
explodieren nicht. Auch der thermische Runaway ist gebannt.
Das schaffen allerdings nur neue Materialien. Hier haben
Forscher noch viel zu tun. Für den Elektrolyten stehen derzeit
flüssige Salze hoch im Kurs. Sie sind elektrochemisch stabil,
entfIammen schwer und ihr Dampfdruck ist gering: Das
Explosionsrisiko ist sinkt.
Neue Materialien erkunden
Fraunhofer-Forscher entwickeln besonders effektives
Kathodenmaterial
Je mehr hopp, desto top: Alles dreht sich darum, dass ein
Auto-Akku möglichst viel Ladung speichern kann. Dafür untersuchen
Fraunhofer-Forscher, welches Material zum Beispiel für
die Kathode am besten ist. Sie testen, was ein Stoff kann. Das
allein reicht aber nicht. Wie gut sich ein Material verarbeiten
lässt, haben die Wissenschaftler auch im Blick.
Dünn und porös – Die neue Zukunftsformel
Die erste Generation von Lithium-Ionen-Batterien, mit der heute
Laptops laufen, Smartphones klingeln oder Kameras blitzen,
hat eine Kathode aus Kobalt-Oxiden. Sie machen einen Akku
langlebig und die Energiedichte liegt immerhin schon bei
120 Wattstunden je Kilogramm – und das soll noch besser
werden. Fraunhofer-Forscher testen nun ein eigenes Patent:
Ein besonders dünnes, poröses Lithium-Kobalt-Oxid-Material
soll die Energiespeicherung steigern.
Elektroden und Elektrolyt
Batterie trifft Nanotechnik: Die Winzigkeit macht’s
Nicht nur der Kathodenstoff, auch bestimmte Materialien
für die Anode sorgen für einen energetischen Kick: Hier ist
Winzigkeit Trumpf. Als Speicher für die Lithium-Ionen werden
klitzekleine Graphitteilchen eingesetzt – jedes nur wenige
Nanometer groß, etwa 700-mal kleiner als eine Haardicke.
Hier liegen die Lithium-Teilchen nicht nur zwischen den
Exponat 4 - Batterie der Zukunft 25

Graphitschichten, sondern sitzen auch direkt auf den Schichtflächen
und lagern sich auch entlang von Kanten an. So lassen
sich viel mehr Lithium-Teilchen auf viel mehr Grahpit-Schichten
unterbringen. Das bedeutet mehr Entladekapazität. Allerdings
entladen sich diese Elektroden allerdings auch sehr schnell –
ein grundsätzliches Problem solcher Materialien.
Sicherheitskonzepte
Separator: Schmelze sorgt für Sicherheit
Viel energetischer Wumms macht eine Batterie fürs Elektroauto
attraktiv. Eine poröse Kunststoff-Folie als Separator etwa
sorgt dafür, dass sich Ladungen rasch zwischen Anode und
Kathode bewegen können. Im Notfall muss das aber schnell
gestoppt werden. Dafür sorgen zum Beispiel sogenannte
„Shutdown“-Separatoren: Bei etwa 130 Grad Celsius schmelzen
sie. Dabei verschwinden ihre Poren: Sie setzen sich einfach
zu. Vorbei ist die Ionenwanderung. So heizt sich die Batterie
bei einem „Kurzen“ nicht weiter auf.
Anode: Zugedeckt mit einer Sicher-Schicht
Als Elektrolyte werden oft flüssige, organische Elektrolyte
eingesetzt. Sie zersetzen sich bei Kontakt mit der Anode
beziehungsweise Kathode – auch, wenn die Batterie gar
nicht arbeitet. Hierbei bildet sich auf den Graphit-Anoden in
Lithium-Ionen-Batterien eine Deckschicht oder auch Passivierungsschicht:
Sie verhindert, dass sich der Elektrolyt übermäßig
weiter zersetzt. So funktioniert der Akku auch nach längerer
Lagerung sicher ohne Problem.
Gehäuse: Sicher nicht geplatzt
Auch das Gehäuse trägt zur Sicherheit bei. Es darf nicht
platzen – auch nicht, falls sich in der Batterie zum Beispiel
Gas bildet und sich deswegen womöglich ein hoher Druck
aufbaut. Hier springt eine Berst-Sicherung ein: Sie öffnet die
betroffene Zellen, sodass ab einem bestimmten Überdruck
kontrolliert Gas entweicht. Zusätzlich kann auch der Stromkreis
unterbrochen werden. Ein eingebautes Not-Aus, quasi.
Zellenlayout: Gestapelt, nicht gereiht
Stark dank Folienstapel: Fraunhofer-Forscher entwickeln bipolare
Batterie
Der berühmte Tropfen auf dem heißen Stein: Eine einzelne
elektrochemische Zelle richtet beim Elektroauto nur wenig aus.
Nur gemeinsam sind Batterie-Zellen stark. Deswegen werden
viele Zellen in Reihe hintereinander geschaltet. So summieren
sich die Spannungen – doch leider auch Größe und Gewicht.
Das bremst natürlich wieder. Wie also lassen sich Platz und Kilos
sparen? Fraunhofer-Forscher arbeiten an einer Batterie aus
Elektroden mit Zweifachfunktion: Der negative und positive
Pol sitzen auf der gleichen Trägerfolie. Ein Stapel solcher Folien
mit nur einem Gehäuse ist leichter und kleiner als andere Batterien
– und schafft mindestens genauso viel. Problematisch
ist jedoch, die Einzelzellen zu überwachen. Dafür muss eine
geeignete, robuste Materialkombination gefunden werden.
Die Redox-Flow-Batterie
Elektrolyt statt Benzin – So tankt man morgen
Neue Aufgabe für alte Zapfsäulen: Statt Sprit sprudelt morgen
womöglich Elektrolyt-Flüssigkeit in die Tanks. Fraunhofer-
Forscher haben eine Redox-Flow-Batterie für Autos entwickelt.
Die Idee stammt aus den 1970er Jahren: Zwei Flüssigkeiten
mit gelösten, geladenen Metall-Teilchen fließen durch eine
Batterie-Zelle, wo diese Teilchen Ladungen tauschen. Sind die
Lösungen verbraucht, tauscht man sie einfach an der Tankstelle
gegen frische aus: Abpumpen, tanken, fertig aus. Der
abgepumpte Elektrolyt kann dann wieder geladen werden,
etwa durch Windkraft oder Solarenergie.
Stop and Go? Das war einmal
Gegenüber Bleiakkus scheint die Redox-Flow-Batterie in
einen Jungbrunnen gefallen zu sein: Ihre Lebensdauer ist
etwa zehnmal so hoch. Gegenüber der Lithium-Ionen-Technik
fiel der neue Akku allerdings zunächst durch: Er speichert
deutlich weniger Energie. Nach nur 25 Kilometern hätte der
nächste Tankstopp angestanden. An diesem Nachteil wird nun
geforscht:
26 Exponat 4 - Batterie der Zukunft

Mit einigen ersten Kniffen konnten die Fraunhofer-Wissenschaftler
die Reichweite bereits auf das Vier- bis Fünffache
bringen.
Konzept zur Nachhaltigkeit
Aus alt mach neu – Oberstes Gebot für weltweite Elektromobilität
Eine gigantische Zahl: Weltweit sind etwa eine Milliarde Autos
unterwegs. Allein in Deutschland kurven über 45 Millionen
herum. Wenn künftig nur die Hälfte davon elektronisch durch
die Straßen schnurren soll, würden rasch die Rohstoffe knapp
– immerhin werden teilweise sehr seltene Materialien in Batterien
und Elektromotoren verbaut. Zuerst würde es vielleicht
Kupfer, Kobalt und Nickel treffen, kurz darauf vermutlich auch
Lithium.
Recycling heißt also das Zauberwort: Altautos sind quasi
Lagerstätten auf Rädern.
Batteriesystem
Mobil mit System
Zellen, Module, Strang – Alles ist mit allem vernetzt
Zwei Klemmen, eine Batterie, fertig aus. Solch Übersichtlichkeit
war einmal. Das elektrische Innenleben vom Übermorgenauto
sieht deutlich komplizierter aus: Mehrere einzelne Zellen
bilden Module und die sind zu einem Strang hintereinander
geschaltet. Diese Stränge wiederum werden zum Batteriesystem
zusammengeschaltet. Doch damit nicht genug. Das
Ganze braucht einen eigenen Heiz- und Kühlkreislauf und
ein Not-Aus-System fürs Abschalten bei einer Fehlfunktion.
Wer behält da den Überblick? Das erledigt ein ausgeklügeltes
Managementsystem. Es hat ständig alle Abläufe bis runter zur
Einzelzelle im Blick.
Batterien im Test-Labor
Auf Herz und Nieren geprüft: Was passiert wann, wie und warum?
Alle Systeme im Elektroauto müssen miteinander im Einklang
stehen, damit es sicher und zuverlässig rollt. Um vorab zu
testen, was wann womöglich passiert, untersuchen die
Fraunhofer-Forscher alle Bestandteile des Systems. Sie spielen
alle erdenklichen Fahrszenarien durch – vom Normalbetrieb
bis zur skurrilen Fehlfunktion, vom jungfräulichen Wagen
bis zur alten Kiste, vom Billigbauteil bis zum teuersten Stück.
Die Daten fließen dann in Modelle ein, die das Verhalten der
Bestandteile unter allen möglichen Bedingungen simulieren
müssen. Hierauf kann dann das Batteriemanagement
zurückgreifen. So weiß es, wann alles in entspanntem Stand-
By laufen kann oder wann es mit einem Not-Aus beherzt
eingreifen muss.
Wärmemanagement und Kühlkonzept
Temperatur rauf, Temperatur runter: Wie und warum?
Ein Lithium-Ionen-Akku ist äußerst leistungsstark – wenn denn
seine Temperatur-Animositäten beachtet sind. Am liebsten hat
er es gleichbleibend warm. Nur spielen das Wetter und der Betrieb
nicht mit: Allein durch den Betrieb heizt sich das System
auf, Winter- und Sommergrade tun ein Übriges. Fraunhofer-
Forscher haben hierfür ein Batteriemodul entwickelt, das über
eine Flüssigkeit gekühlt beziehungsweise erwärmt wird – je
nachdem ob die Zelle mitteilt, ob sie schwitzt oder friert.
Batteriemanagement
Schutzengel mit eingebaut: Sicher managen, sicher fahren
Bei einigen Batterien sorgt die Chemie dafür, dass nicht
überladen oder übermäßig entladen werden kann: es setzen
natürliche Gegenreaktionen ein. Der Lithium-Ionen-Akku aber
hat das nicht. Werden bestimmte Grenzen überschritten,
bildet sich im Inneren Gas. Das Gehäuse platzt, die Batterie
brennt ab – und womöglich nicht nur die. Ein äußeres
Schutzengel-System muss her. Wie geht es der Batterie? Wie
ist ihr Ladezustand? In welchem Alterungszustand ist sie?
Müssen Zellen getauscht werden und welche genau? Im
Batterie-Labor testen Fraunhofer-Forscher Systeme, die solche
Daten erfassen und den Fahrer in Echtzeit informieren.
Exponat 4 - Batterie der Zukunft 27

Laden, steuern, diagnostizieren
Fraunhofer entwickelt intelligente Strategien
Dass eine Batterie gut in das Autosystem eingepasst ist und
zuverlässig arbeitet, ist eine Sache. Eine zweite ist, dass sie
auch gekonnt und sorgfältig geladen ist. Tankdeckel auf, Benzin
rein, Deckel zu wie beim herkömmlichen Verbrennungsauto
klappt hier nicht. Das Laden einer Batterie und auch
ihr Betrieb wollen fein gesteuert sein. Fraunhofer-Forscher
entwickeln hierfür intelligente Strategien, die problemlos in
die Feinsteuerung von Geräten und Managementsystemen
integrierbar sind. So können zum Beispiel das Kühlsystem geregelt,
Fehlerzustände entlarvt und angeschlossene Ladegeräte
zentral angesteuert werden.
Rundum geprüft
Drei Labore für alle erdenklichen Tests
In drei Laboren wird Batterien und deren Steuersystem
ordentlich zu Leibe gerückt: Fraunhofer-Forscher untersuchen
Batterien von der kleinsten Knopfzelle bis zu großen Akku-
Systemen. Es gibt verschiedene Wärme- und Klimakammern,
in denen quasi „echte“ Außenbedingungen herrschen. Zwar
gibt es für das Prüfen von Batterien feste Normen – doch das
reicht den Spezialisten nicht. Sie können jede erdenkliche
Bedingung simulieren. Dabei schauen sie sich einzelnen
Batterien über viele Monate hinweg an. So verfolgen sie, wie
diese altern, wenn sie verschieden beansprucht werden.
Hauptartikel II inkl. Subhead: Die Lithium-Batterie – ein
spezieller Patient
Manche Krankheiten sind tückisch. Ärzte brauchen bestimmte
Untersuchungen, um sie entlarven zu können – so speziell,
als seien sie für einen Patienten persönlich gemacht. So
handhaben Fraunhofer-Forscher es auch mit Lithium-Batterien.
Sie müssen besonders „gesund“ sein, damit das Fahren damit
sicher ist. Deswegen werden die Hochleistungsspeicher in
einem speziellen Labor unter frei wählbaren Testbedingungen
untersucht. Eine perfekte Differenzialdiagnose, quasi.
Text der Aufsichtsgrafik am Exponat 4
Die Zukunft der Batterietechnologie
Technologie-Roadmap Lithium-Ionen-Batterien
Artikel 1
Die von Fraunhofer entwickelte Technologie-Roadmap bildet
die zentralen Meilensteine zur Entwicklung von Lithium-
Ionen-Batterien ab. Sie liefert einen grafischen überblick über
künftige Zellkomponenten, Zelltypen und Zelleigenschaften
von Lithium-Ionen-Batterien und des sie umgebenden Technologiefeldes
bis ins Jahr 2030.
Die Technologie-Roadmap
bildet einen Marschplan, der allen zentralen Akteuren eine
gemeinsame Orientierung auf dem Weg in die Zukunft bietet.
Legende
• Energiedichte
• Leistungsdichte
• Lebensdauer
• Temperaturverträglichkeit
• Zyklenfestigkeit
• Sicherheit
• Kosten
• Besser
• viel besser
• schlechter
• viel schlechter
28 Exponat 4 - Batterie der Zukunft

Roadmapbereich
2030
• Li-Luft
• Kathode/ Luft
• Li-Zellen mit Hochkapazitätskathode
• Kathode/ Fluor als MeFx, Me: Metall
• Kathode/ Konversionskathodenmaterial
• Li-Feststoff-Zellen (nicht Polymer)
• Elektrolyt/ Festelektrolyt, nicht Polymer
• Li-Polymer
• Elektrolyt/ Polymermembran
• Kathode/ -SO4F
2020
• Li-S
• Casing/ Ableitelektrode als Gehäuse
• Li-Me
• Kathode/ Schwefel, strukturierte Elektroden/Sulfur
• Anode/ Li-Metall
• 5V Zellen
• Elektrolyt/ 5V Elektrolyt
• Anode/ Legierung, nicht Si
• Kathode/5V Spinelli, Li (Ni) PO4 5V, Li (CO) PO4 5V, 4V MN
Phosphat
• Separator/ gecasteter Separator
• Li-Zellen mit Hochkapazitäts-Anode
• Separator / Gewebe Vlies
• Anode/ C Metall-Komposite
• Kathode/ Komposite (Kathode)
• Separator / chemisch imprägniert
2015
• LTO 5V
• Elektrolyt/ Gelpolymer
• Kathode/ Li Ni Me Me O2 Hochvolt (HV)
• Separator/ Zellulose
• Elektrolyt/ Li PF 6 - frei + org. LM etc.
• Anode/ Li-Titanat Soft Carbon
• Anode/ modifizierte Graphite, Legierungen Si
• Kathode/ Li Ni Me Me O2, Li Fe PO4
Seitlicher Roadmapbereich (Busse)
Casing
kontinuierlich verbesserter Pouch - Aluminium Laminat
Elektrolyt
kontinuierliche Weiterentwicklung von Additiven
Text der Stelengrafik
Herausforderung Batterietechnik
Die Batterie: Schlüssel zur Elektromobilität
Die Grundlage für zukunftsweisende elektrische Antriebssysteme
bilden Batterien und, aufgrund ihrer Vorzüge, vor
allem Lithium-Ionen-Batterien. Sie können ein Schlüssel für
die Elektromobilität sein. Vor dem Markterfolg sind allerdings
große Herausforderungen zu bewältigen. Die gegenwärtigen
Batteriesysteme müssen hinsichtlich Kosten, Energiedichte,
Gewicht, Sicherheit, zyklischer und kalendarischer
Lebensdauer sowie Ladegeschwindigkeiten noch deutlich
verbessert werden.
Energie- und Leistungsdichte
Die Batterie in einem Elektroauto muss ausreichend Energie
enthalten und darf dabei nur wenig wiegen, um die vom
Verbraucher erwarteten Reichweiten zu ermöglichen. Darüber
hinaus muss diese Energie aber auch kurzfristig abgerufen
werden können, damit das Auto, etwa beim Anfahren, ausreichend
beschleunigt werden kann.
Exponat 4 - Batterie der Zukunft 29

Kosten
Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien liegen derzeit zwischen
300 € und 600 € pro Kilowattstunde. Die Preisentwicklung
hängt dabei von einer Reihe verschiedener Faktoren wie etwa
den Rohstoffpreisen oder den Produktionsverfahren ab.
Die Kosten sind wiederum auch verbunden mit den enormen
Anforderungen an die Batterie. In den letzten Jahren sind
Li-Ion-Zellen zwar immer günstiger geworden, doch selbst
wenn dieser Trend anhält, bleibt die Batterie wahrscheinlich
die teuerste Komponente im Elektroauto.
Zyklenfestigkeit und Lebensdauer
Über die Lebensdauer eines Elektroautos finden unzählige
Auf- und Entladevorgänge der Batterie statt. Daher muss
die Batterie über eine ausreichende Zyklenfestigkeit
verfügen. Eng verbunden mit der Zyklenfestigkeit ist auch die
Anforderung an die Lebensdauer. Idealerweise sollte die
Batterie so lange halten wie das Auto. Und das ist nicht
gerade kurz, denn heutige Fahrzeuge werden für einen
etwa zehnjährigen Betrieb ausgelegt.
Sicherheit
Der Einsatz von Lithium-Ionen-Batterien birgt eine Reihe
von Gefahren. Eine mechanische Beschädigung der Zellen
kann zum Auslaufen führen. Von Überladung und Überentladung
sowie Überhitzung gehen ebenfalls hohe Risiken
aus. Als besonders gefährlich gilt hierbei der „thermische
Runaway“ der Zellen, worunter ein unkontrollierbarer
Temperaturanstieg innerhalb einer Zelle verstanden wird.
Status quo
Energiedichte aktueller Batterien
30 Exponat 4 - Batterie der Zukunft

Exponat 6
Stadt der Zukunft
Anwendungstext im Exponat 6
Stadt der Zukunft
Car-Sharing-Station
Welchen nehmen wir heute?
zur kurzfristigen Vermittlung von Mitfahrgelegenheiten. Nicht
nur in städtischen Ballungsräumen, sondern gerade auch
in ländlichen Gebieten, in denen das Angebot öffentlichen
Personen-Nahverkehrs beschränkt ist, kann auf diese Weise
die individuelle Mobilität gesteigert werden.Vergleichbare
Projekte sind auch kommerziell interessant. In Ulm hat der Autohersteller
Daimler den Pilotversuch „car2gether“ gestartet.
Car-Sharing als Alternative zum eigenen PKW.
Autohaus
Wer ein Auto hat, fährt auch damit – schließlich müssen sich
die Anschaffungskosten rentieren. Dennoch ist das Auto
mehrheitlich eher „Stehzeug“ als Fahrzeug: 23 Stunden
am Tag wird es gar nicht gebraucht. Unter dem Motto
„mehr Mobilität, weniger Verkehr“ ist Car Sharing neben
dem Ausbau des öffentlichen Verkehrs ein Schlüssel für ein
nachhaltiges Mobilitätssystem. Car Sharing heißt nicht, auf
das Auto zu verzichten, sondern im Gegenteil jederzeit den
Sportwagen, den Smart oder den Minivan zu benutzen oder
eben auch stehen zu lassen. In Zukunft wird die Dichte der
Car-Sharing-Stationen zunehmen. Neue, kundenfreundliche
Anwendungen können umgesetzt werden: Es wird möglich
sein spontan, ohne langfristige Buchung ein Fahrzeug zu
nutzen. Der Zugang könnte beispielsweise via SMS oder E-Mail
geregelt werden. Große Netzwerke erlauben, das Auto an
einem anderen als dem Ausgangsort zurück zu geben.
Hier kommt der solidarische Verkehr!
Zig Menschen haben täglich dieselben Wege.
Wann kommt die Kaufprämie?
Staatliche Förderungen als Motor für die Akzeptanz von
Elektroautos.
Vom Gratisparkplatz über Steuervergünstigungen bis zu
direkten Prämien oder höheren Steuern auf herkömmliche
Autos lässt sich eine ganze Menge tun, um die Durchsetzung
des Elektroautos voranzutreiben. Einige Staaten wie etwa
Frankreich bieten bereits Prämien von bis zu 5.000 EUR an. In
Deutschland allerdings ist die Frage der Förderung von Elektroautos
noch nicht geklärt. Bisher werden vor allem Gelder für
die Erforschung der Elektromobilität bereit gestellt, staatliche
Förderungen für den Kauf von Elektroautos sind vorerst nicht
vorgesehen. Schätzungen der Industrie zufolge wird aber ein
Elektroauto noch 2018 um rund 8.000 EUR teurer sein als
ein herkömmliches Modell. Es bleibt daher fraglich, ob die
Bundesregierung, ihr Ziel bis 2020 eine Million Elektroautos
auf Deutschlands Straßen zu bringen, erreichen wird, ohne
zusätzliche Anreize für die Käufer zu schaffen.
Durchschnittlich sitzen 1,3 Personen in einem deutschen Auto.
So werden in erster Linie Staus und Parkraumnot befördert. Ist
die Voraussetzung individuellen Verkehrs, dass jeder einzelne
Verkehrsteilnehmer über ein eigenes Fahrzeug verfügen muss?
Fahrgemeinschaften lassen sich weit flexibler organisieren,
wenn die Pools potentieller Teilnehmer wachsen. Mit dem
Projekt „open ride“ testen Fraunhofer-Forscher ein System
Exponat 6 - Stadt der Zukunft
31

Leise überrollen sie die qualmenden Kolonnen:
Elektroautos werden nach und nach die Straßen erobern.
Es gibt sie schon: Elektroautos, die man kaufen kann.
Während ihnen auf den großen Messen die Bühne gehört,
lässt die serienmäßige Produktion allerdings noch auf sich
warten. Deshalb werden die Vorzeigemodelle gelegentlich
als Alibiprojekte kritisiert. Wer heute den Umstieg auf ein
Elektroauto wagen will, ist nicht nur mit bis zu 50 Prozent
höheren Anschaffungskosten konfrontiert, auch die Auswahl
ist vergleichsweise mager. Ein breites Angebot wird es erst
geben, wenn die Großhersteller mit ihrem Service- und
Vertriebsnetz serienmäßig Elektroautos produzieren. Doch
wer macht den ersten Schritt? Gerade mal 1.600 zugelassene
Elektroautos gibt es in Deutschland heute. Geht es nach der
Bundesregierung sollen es bis zum Jahr 2020 eine Million Elektroautos
sein. - Das wäre immerhin jeder zehnte Zweitwagen,
von denen es derzeit etwa 10 Millionen gibt. In New York um
1901 war übrigens jedes zweite Auto ein Elektroauto.
Autobahnauffahrt
Brückentechnologie statt fauler Kompromisse.
Hybridfahrzeuge sind eine vollwertige Lösung für den angstreckenverkehr.
Elektroautos sind ideal für den Stadt- und Nah-Verkehr. Die
meisten Deutschen fahren im Schnitt weniger als 50 Kilometer
pro Tag. Hier stellen weder geringere Reichweiten noch
niedrigere Spitzengeschwindigkeiten eine Einschränkung dar.
Als „Universalautos“, die sowohl im Kurz- wie auch im
Langstreckenverkehr eingesetzt werden können, eignen sich
Plug-In-Hybridfahrzeuge. Diese kombinieren zwei Antriebsarten
miteinander und besitzen neben einem Elektromotor
auch einen Verbrennungsmotor. Letzterer kann entweder
herkömmlich direkt auf die Antriebsräder wirken (Parallelhybrid)
oder einen Generator antreiben, der dann den Strom für
den Elektromotor liefert (Serieller Hybrid). Trotz gelegentlicher
Fahrt mit dem Verbrennungsmotor erreichen die meisten Fahrzeuge
dennoch einen hohen Anteil an elektrisch gefahrenen
Kilometern. Damit verbreitern Plug-In-Hybridfahrzeuge die
Basis für die Elektrifizierung unseres Individualverkehrs.
Geräuscharme Brummis?
Alternative Kraftstoffe und Antriebstechnologien sichern auch
den Güterverkehr.
Nicht nur in Ballungszentren und für den Personenverkehr,
sondern ebenso im regionalen und überregionalen Logistikund
Transportwesen gilt es neue Mobilitätskonzepte zu
entwickeln. Eine Erweiterung des Schienennetzes ist aus
Kostengründen in den kommenden Jahren nicht zu erwarten.
Der Ausbau der Binnenschifffahrt hat natürliche Grenzen.
Gefragt sind deshalb einerseits Technologien, die das Kombinieren
unterschiedlicher Verkehrswege erleichtern, sowie
andererseits Strategien zur Kosten- und Schadstoff-Reduktion
im Fernverkehr. Wie in Innenstädten bereits üblich, sind auch
auf Autobahnen abgasgekoppelte Mautgebühren denkbar.
Tempolimits sind übrigens nicht nur auf Autobahnen sondern
zum Beispiel mehr noch auf See ein effektives Instrument
um Energie-Verbrauch und Emissionen zu reduzieren. Auch
hier sind Fraunhofer-Institute mit der Erforschung alternativer
Kraftstoffe und Antriebstechnologien befasst.
32 Exponat 6 - Stadt der Zukunft

Energieleitzentrale
Grüner Strom mehr als eine schöne Utopie.
Noch wächst der Verbrauch während die Ressourcen schwinden.
„Peak Oil“, der Zeitpunkt der maximalen Erdölförderung, ist
möglicherweise schon erreicht. Von nun an sinken die förderbaren
Mengen, bis in längstens 100 Jahren endgültig Schluss
ist. Dennoch wird die Primärenergie kaum effizient genutzt:
rund zwei Drittel gehen bei der Verbrennung in Kraftwerken
und Motoren verloren. Die Folgen des ungezügelten Konsums
für Klima und Gesundheit sind hinlänglich bekannt. Auch
das spaltbare Material zum Betrieb der Kernkraftwerke ist
erschöpflich.
Der Rückgriff auf erneuerbare Energien und nachwachsende
Rohstoffe ist also unvermeidlich. In Deutschland stammen
heute bereits 16 Prozent des Stroms aus regenerativen
Energien, in zehn Jahren soll sich dieser Wert verdoppeln. Die
Ressourcen Sonne, Wind und Wasserkraft sind prinzipiell unerschöpflich.
Die nötigen Technologien stehen heute bereits zur
Verfügung. Die Kosten für die Installation sinken seit einigen
Jahren kontinuierlich. 100 Prozent Ökostrom als Energieziel
2050 ist machbar.
Smart-Grid: Energieversorgung ohne Kapriolen:
Nicht die Wetterprognosen müssen stabiler werden, sondern
die Netze intelligenter.
Die Integration von erneuerbaren Energien wie Solarenergie
und Windkraft stellt für unsere Stromversorgung eine große
Herausforderung dar. Die wetterabhängige Erzeugung lässt
sich nicht immer mit dem aktuellen Verbrauch zur Deckung
bringen. Derzeit werden vor allem Pumpspeicherkraftwerke
eingesetzt, um Verbrauchsschwankungen und Erzeugungsspitzen
abzufedern. In Zukunft bräuchte man aber ein Vielfaches
der heute verfügbaren Kapazität, also sucht man intensiv
nach Alternativen. Eine solche ist die intelligente Steuerung
vieler elektrischer Verbraucher im sogenannten „Smart Grid“.
Fraunhofer-Forscher entwickeln in diesem Bereich Lösungen
zur Steuerung dezentraler Erzeuger und Verbraucher. Auch
die Batterien unserer Elektrofahrzeuge werden ein Teil dieses
intelligenten Netzes sein. Damit der Umbau unserer Elektrizitätsversorgung
gelingen kann, müssen Stromnetze ausgebaut
werden. Der Bundesverband Windenergie rechnet mit 850 km
bis zum Jahr 2015.
„König Kunde“ handelt am Strom-Markt
Nur langsam werden die Versorgungsmonopole aufgeweicht.
Die Dezentralisierung der Energie-Erzeugung bringt
Bewegung in den Strommarkt:
Mit der Umstellung auf erneuerbare Energien verlieren die
gleichmäßig produzierenden Groß-Kraftwerke an Bedeutung.
Schon jetzt ist für die Endverbraucher eine größere Auswahl
zwischen Händlern und Tarifen durchgesetzt worden. Den
tatsächlich bezogenen Strom-Mix kann der Kunde jedoch
nicht bestimmen. Dezentralisierung ermöglicht beispielsweise
Vereinen oder anderen Zusammenschlüssen Mit-Verantwortung
für die Stromversorgung zu übernehmen. Private oder
genossenschaftliche Solar- und Biogas-Anlagen sind keine
Neuigkeit. Doch erst das „Smart Grid“ erlaubt es, was den
momentanen Eigenbedarf übersteigt den übrigen Verbrauchern
zur Verfügung zu stellen. Das intelligente Netz fördert
die Angebotsvielfalt und erhöht durch „Smart Metering“ die
Kostentransparenz. Preise können das reale Angebot abbilden
und den Kunden wirtschaftlicheren Konsum ermöglichen.
Exponat 6 - Stadt der Zukunft 33

Transformator
Keine Kohle – keine Marie?
Einen Mangel an Energie braucht niemand zu befürchten.
Knapp 16 Prozent des bundesweiten Stromverbrauchs werden
in Deutschland aus erneuerbaren Energien erzeugt. Steinkohle,
Braunkohle, Erdgas und Kernkraft sichern die übrigen 84
Prozent. Schon mit diesem Strom-Mix weist das Elektroauto
mit seinem hocheffizienten Antrieb niedrigere Emissionwerte
auf. Lokal sind die Schadstoffemissionen nahe null, was
besonders in Groß- und Megastädten ein ganz entscheidender
Vorteil ist. In der Stadt der Zukunft sind Energiebedarf und
Schadstoffbelastung erheblich gesunken. Windparks, vor der
Küste wurden errichtet, alte Anlagen zeitgemäß saniert. Auf
den meisten Dächern wurden moderne, effiziente Solaranlagen
installiert. Zu den bestehenden Wasserkraftwerken kamen
neuartige Strömungsturbinen und Tidenhubanlagen hinzu.
Biogasanlagen nutzen Gärungsprozesse. Auf Verbrennungsenergie
wird weitgehend verzichtet. Erdwärme wird genutzt,
wo sie direkt in einen Wärmekreislauf aufgenommen werden
kann.
Von der Jauchegrube zum Bürgerkraftwerk
Eine Vielfalt an praktischen Ideen wird verknüpfbar.
Auch Kleinvieh macht Mist – und hier sind längst nicht alle
Optionen genutzt. Eine Tonne Bio-Abfall enthält über 100 m3
Biogas. 130 kg Biomüll fallen pro Kopf und Jahr in Deutschland
an.
Der durchschnittliche Wirkungsgrad einer Photovoltaikanlagen
liegt bei 15 Prozent. Fraunhofer-Forscher haben vor Kurzem
eine Solarzelle mit einem Rekordwirkungsgrad von 41,1 Prozent
hergestellt. Selbst im wenig sonnigen Osnabrück würde
die Nutzung der Dachflächen den Energiebedarf der Stadt
ohne Probleme decken, zeigen die Berechnungen der dortigen
Fachhochschule 2008.
In einem Pilotprojekt unter Beteiligung von Fraunhofer-
Wissenschaftlern wurde 2003 vor der Westküste Englands
die erste Meereströmungsturbine „Seaflow“ gestartet. Rund
100 Standorte kommen für den Einsatz dieser Technologie in
Europa in Frage. Kleiner dimensioniert und flexibler einsetzbar
ist die Strom-Boje. Sie kann schon in mittelgroßen Flussläufen
verwendet werden. Diffusoren verstärken dann den Strömungsdruck.
Fraunhofer-Studien belegen: Grüne Energie ist machbar.
Die Vollversorgung ist technisch möglich und wirtschaftlich
attraktiv.
Im Auftrag des Umwelt Bundesamtes haben Fraunhofer-
Forscher ermittelt, welche Auswirkungen mit Erreichen des
Energieziels „100 Prozent Strom aus erneuerbaren Quellen
bis 2050“ für den Wirtschaftsstandort Deutschland zu
erwarten sind. Untersucht wurden die direkten und indirekten
Systemkosten, Verteilungsaspekte, Auswirkungen auf Bruttoinlandsprodukt
und Beschäftigung.
Hier stehen Investitionskosten Einsparungen bei der Bewältigung
von Folgeschäden gegenüber, niedrigeren Strompreisen
geringere Gewinne der konventionellen Stromerzeuger.
Verschiebungen bei den Akteuren in Industrie und Handel sind
zu erwarten. Die Abhängigkeit von Rohstoffimporten und die
Umweltbelastungen würden sinken. Eine Veränderung des
volkswirtschaftlichen Profils wäre die Folge.
Schon jetzt ist Deutschland führend in der Entwicklung unterschiedlichster
Grüner Technologien. Deutsche Unternehmen
dominieren hier mit bis zu 30 Prozent den internationalen
Markt, damit verbinden sich große Wachstumschancen.
34 Exponat 6 - Stadt der Zukunft

Siedlung
Virtuelle Kraftwerke liefern echte Energie.
Kleinsterzeuger werden zu wirtschaftlichen Einheiten
zusammengefasst.
In der Stadt der Zukunft werden Endabnehmer vielfach selbst
zu Stromproduzenten, als Einzelpersonen oder in Zusammenschlüssen
verschiedenster Art. Ein kleines Blockheizkraftwerk
oder eine Wärmepumpe in der Wohnanlage, Photovoltaikanlagen
auf Hausdächern, kommunale Windparks, kleine Biogasanlagen
usw. – unterschiedliche Anteile des Eigenbedarfs
können auf diese Weise erbracht werden.
Aufmerksamkeit der Verbraucher im Rahmen ihrer Rolle als aktive
Teilnehmer in der Energiewirtschaft und eine Umsetzung
einer größeren Palette an Energiesparlösungen.
In der Stadt der Zukunft, den so genannten Smart Cities,
sind einzelne Haushalte bzw. Gebäude direkte Erzeuger-,
Speicher und Verbrauchereinheiten. Für eine Optimierung
der Energiebilanz sorgen darüber hinaus bedarfsgerechte
Klima- und Lüftungstechnik, der Einsatz neuer Dämmstoffe,
eine effektivere Nutzung bestehender Wärmekreisläufe sowie
das „Smart-Metering“.
Das Nervenzentrum zukünftiger Energieversorgung:
Smart Grids müssen unterschiedlichste Informationsflüsse
kombinieren.
Überschüsse bei geringem Verbrauch oder beispielsweise
wetterbedingten Produktionsspitzen können an der
Strombörse verkauft und ins Versorgungsnetz eingespeist
werden. Zu diesem Zweck werden Kleinsterzeuger zu so
genannten virtuellen Kraftwerken zusammengefasst, um
Schwankungen lokal auszugleichen. Intelligente Informationsund
Kommunikationstechnologien wie das Internet sorgen
zusammen mit speziellen Software-Entwicklungen dafür, dass
die verschiedenen Verbrauchsanforderungen sowie aktuelle
Wetterprognosen jederzeit aufeinander abgestimmt werden.
Nehmen Sie den Netzstecker selbst in die Hand!
Mehr und mehr Belange rund ums Wohnen müssen im Zusammenhang
mit der Energiebilanz wahrgenommen werden.
Um die Treibhausgase bis 2050 um 80 Prozent zu reduzieren
und die Stromerzeugung komplett auf erneuerbare Energie
umzustellen, muss in die Energieversorgungs-Infrastruktur und
den Aufbau neuer Anlagen investiert werden. Zudem werden
weitere Forschungs- und Entwicklungserfolge grüne Technologien
in ihrer wirtschaftlichen Attraktivität steigern. Darüber
hinaus sind zwei weitere Aspekte unbedingt zu beachten: Die
Die Zukunft der Energienetze liegt in einer Dezentralisierung
ihrer Struktur: mehr Anbieter drängen auf den Markt, zugleich
soll bedarfsorientiert, effizient und kostentransparent gehandelt
werden.
Punktuelle Informationsflüsse in verschieden dichter
Konzentration Ausrichtung zwischen Marktteilnehmern und
Endkunden – die Anforderungen an die Netzinfrastruktur
sind vielfältig und anspruchsvoll. Fraunhofer-Forscher arbeiten
an einer standardisierten intelligenten Energiemanagement-
Lösung. Eingespeiste und abgerufene Strommengen müssen
in verschiedenen Kreisläufen gemessen werden. Schwankende
Preise aufgrund der jeweils aktuellen Energiebedarfs- und
-angebotslage müssen jederzeit in Form flexibler Tarife an
Kunden übertragen, Speicherkapazitäten zu- und abgeschaltet
sowie Wetterlagen berücksichtigt werden. Vertrauliche und
öffentliche Daten müssen unterschieden und Sicherheits- bzw.
Reparaturmechanismen vorgesehen werden.
Exponat 6 - Stadt der Zukunft 35

Smart House
Intelligent gezählt, ist halb gewonnen.
Smart Meter helfen Energiekosten zu sparen und leisten einen
Beitrag zum Klimaschutz.
Wer kennt das nicht: Die Stromabrechnung ist da und man
ist erstaunt, wie viel Strom man im letzten Jahr schon wieder
verbraucht haben soll. Smart Meter, also intelligente Zähler,
schaffen hier Abhilfe: Sie ermöglichen den Stromverbrauch in
Echtzeit zu überprüfen. So können Endverbraucher Energie
bewusster und effizienter verwenden. Es ist sogar möglich,
Aufschluss über den Energiebedarf einzelner Geräte zu
erhalten. Für die Netzbetreiber eröffnet das Smart Metering
die Möglichkeit, Überschüsse in der Stromproduktion zu
vermeiden oder diese gezielter zu verkaufen.
Seit dem ersten Januar 2010 müssen in Deutschland in Neubauten
sowie nach einer Generalsanierung auch in Altbauten
intelligente Strom- und Gaszähler installiert werden. Der
Smart Meter ist eine wichtige Voraussetzung für den Aufbau
intelligenter Energienetze (Smart Grids), da er eine kommunikationstechnische
Vernetzung aller Stromspannungsebenen
bis hin in den Haushalt ermöglicht.
Wenn das Windrad mit der Waschmaschine spricht.
Im intelligenten Stromnetz sind alle Teilnehmer des Energiesystems
miteinander verbunden.
Die Waschmaschine dann einschalten, wenn der Strom am
günstigsten ist, das Auto als Stromspeicher nutzen, auf
kommunale Verkehrsangebote zurückgreifen und jederzeit
über den eigenen Verbrauch und die aktuellen Preise auf dem
Laufenden bleiben. Smart Grids ermöglichen genau das. Sie
stellen ein Gleichgewicht her zwischen Stromverbrauchern,
-herstellern und -speichern, Wetterdiensten und Energiemärkten.
Um Energieverbrauch, -erzeugung und speicherung optimal
aufeinander abzustimmen, müssen Dateninformationen in
unterschiedliche Richtungen kommuniziert werden. Dasselbe
gilt auch für den Strom selbst. Bidirektionales Laden nennen
Techniker den Vorgang, den die Elektroautos als mobile
Stromspeicher der Zukunft bewältigen sollen: Die Batterie
lässt sich nach dem Entladen durch Verbrauch nicht nur neu
“betanken“, sie kann Strom auch zurück ins Energiesystem
abgeben. Wie stationäre Energiespeicher und Kraftwerke
speist sie Strom ins Versorgungsnetz ein – von jeder beliebigen
Ladestation.
Bidirektionales Laden: Mal so, mal so.
Das Auto als fahrbarer Energiespeicher kann Energie nicht nur
zum direkten Verbrauch zur Verfügung stellen.
Stellen Sie sich vor, Sie könnten mit Ihrer Autobatterie Geld
verdienen. Was wie Zukunftsmusik klingt, ist technisch schon
heute möglich: Elektroautos sollen nicht nur Strom aus dem
Netz entnehmen, um zu fahren – sie sollen benötigte Strommengen
auch zurück ins Netz speisen können. Autofahrer
werden selbst bestimmen können, wie viel Strom ihr Akku
speichern soll und wann er aufgeladen wird. Das Auto wird
so zu einem Fahrzeug am Netz, auch „Vehicle to Grid“ V2G
genannt, und schafft einen Übergang zwischen Verbraucher
und Stromhändler. Ein solcher bidirektionaler Lade- und
Entladezyklus funktioniert in der Praxis wie folgt: Ist der
Stromtarif aufgrund hoher Strommengen im Netz niedrig, wird
das Fahrzeug beladen. Ist der Strompreis hoch und das Auto
steht, wird automatisch Strom in das Netz zurückgeführt. Es
wird gewährleistet, dass je nach Bedarf genügend Energie zur
Verfügung steht. Bei Stehzeiten von bis zu 90 Prozent ist das
eine attraktive Option.
36 Exponat 6 - Stadt der Zukunft

Supermarkt
Parken Sie noch oder laden Sie schon?
Regelmäßiges Aufladen beim Parken ersetzt lästige Stopps an
der Tankstelle.
Den größten Teil des Tages steht ein Auto. Zum Beispiel dann,
wenn man im Supermarkt den Wochenendeinkauf erledigt.
Während man also noch überlegt, ob man Lust auf Avocados
oder Grapefruits hat, könnte das Auto im Parkhaus schon wieder
aufgeladen sein. Die Batterie eines Elektroautos speichert
weniger Energie, als man in einem Benzintank mit sich führen
kann – die Reichweite ist geringer. Dieses Problem kann durch
den Ausbau vielfältiger Lademöglichkeiten gelöst werden.
Neben dem Laden zu Hause, dem Laden an halböffentlichen
Plätzen wie z. B. am Arbeitsplatz, wird daher auch das Laden
im öffentlichen Raum an Bedeutung gewinnen. So soll man
am Flughafen von Denver in Zukunft im Parkhaus sein Auto
gratis aufladen können.
Am Auto-Salon in Genf 2010 präsentierte Protoscar seinen
Elektrosportwagen Lampo, der dank seiner Schnellladefunktion
für eine Strecke von bis zu 100 km nur zehn Minuten
Ladezeit benötigt. Zu den Partnern des Lampo-Projekts gehört
auch die Frauenhofer-Gesellschaft.
Salatgurken sind unsere Bananen.
Nicht nur die Menschen, auch die Waren legen immer größere
Strecken zurück.
Der Import exotischer Waren - Gewürze, Früchte, Textilien und
anderer Kulturgüter - hat eine lange Tradition. Der Welthandel
begründet den Reichtum und den Wohlstand unserer Gesellschaften.
Doch der uneingeschränkte Verkehr regionaler Produkte hat
auch seine Schattenseiten. Mitunter treten Produktionsweisen
miteinander in eine Konkurrenz, die das Brachliegen weiter
Landstriche und den Zusammenbruch ganzer Volkswirtschaften
nach sich zieht. Die afrikanische Bäuerin und Mikrokreditnehmerin
kann ihre Hühner nicht zu denselben Preisen auf
den Markt bringen wie ein nordeuropäischer Geflügelproduzent.
Auf diese Weise werden mitunter Kreisläufe in Gang
gebracht, die nicht nur unter sozialen, sondern auch unter
energiepolitischen Gesichtspunkten unverantwortlich sind. Die
Preisaufschläge auf Transport, Kühlkette und Lagerung bilden
in den seltensten Fällen die realen Energie- und Umweltkosten
ab.
Redox Flow Speicher
Wenn das Wetter mal nicht mitspielt.
Zeitgerecht auf Reserven zugreifen!
Konventionelle Kraftwerke sind auf die zuverlässige und gleich
bleibende Stromversorgung rund um die Uhr ausgelegt.
Ein Sonnenkraftwerk hingegen liefert Strom, solange die
Sonne scheint, ein Windkraftwerk, solange der Wind weht.
Die größten Kapazitäten bündeln sich tagsüber in der kalten
Jahreszeit – hier liegen auch die Verbrauchspitzen. Dennoch
stehen sich variable Bedarfe und schwankende Leistungen
gegenüber. Hier muss ein Ausgleich noch geschaffen werden:
Um jederzeit auf Strom aus erneuerbaren Energie zurückgreifen
zu können, braucht es daher intelligente Netze, Speicher
und Akkumulatoren. Das „vehicle to grid“ ist in diesem
Zusammenhang sicher das spektakulärste Konzept. Doch für
die stationäre Großanwendung sind skalierbare Stromspeicher
wie die Redox Flow Technologie ebenfalls sehr interessant. Ihre
Speicherkapazität hängt im Wesentlichen von der Größe der
integrierten Elektrolyte-Tanks ab. Ihr Wirkungsgrad liegt bei 80
Prozent.
Exponat 6 - Stadt der Zukunft 37

Weniger potent, aber zuverlässig:
Redox Flow Batterien liefern Strom wenn er gebraucht wird.
Die Idee ist über 40 Jahre alt: Zwei Flüssigkeiten, Elektrolyte
mit Metall-Ionen, fließen aus Tanks durch eine Zelle, die in
einem chemischen Prozess Strom erzeugt. Das funktioniert
auch umgekehrt: Ist Energie übrig, wandelt die Batterie die
elektrische wieder in chemische Energie um und speichert sie
in den Tanks. Der Vorgang lässt sich bis zu 10.000 Mal wiederholen.
Durch den Austausch der Elektrolytflüssigkeit lassen
sich die Batterien innerhalb von Minuten wieder aufladen. Ein
Vorteil ist außerdem, dass sie sich praktisch nicht entladen und
so Energie sehr lange speichern können. Ihre Energiedichte
kann aber mit Lithium Ionen Technologie nicht mithalten. Sie
entspricht der eines Blei-Akkumulators – ihre Lebensdauer ist
jedoch fast zehnmal so hoch. Forscher der Fraunhofer-Allianz
Energie arbeiten an
der Entwicklung größerer Anlagen von etwa 2 MW. Diese
Stacks wären geeignet große Energiemengen aus der stark
schwankenden Solar- und Wind-Energiegewinnung zu
speichern.
Haltestelle Autotram
Immer unterwegs:
Die Neubewertung des öffentlichen Nahverkehrs kommt
auch den Anforderungen einer älter werdenden Gesellschaft
entgegen.
auf voraussichtlich mehr als ein Drittel bis zum Jahr 2030.
Forschungen zeigen, dass die Möglichkeit, mobil zu bleiben,
ein Schlüsselfaktor für ein zufriedenes, selbstbestimmtes Leben
im Alter ist. Eine neue Mobilitätskultur, die den Anforderungen
älterer Menschen entspricht, erhöht deren Lebensqualität,
reduziert die Zahl von Unfällen und führt zu signifikanten
Kosteneinsparungen. Gefordert sind barrierefreie Einstiege,
ein dichtes Haltestellennetz oder Shuttles „on demand“ – zu
bestellen über das Touch Screen-Handy mit großer Schrift.
Straßenbahn oder Bus?
Die Autotram vereinigt die Vorteile von beidem und wird
elektrisch betrieben
Sie ist so lang wie eine Straßenbahn und so beweglich wie
ein Bus. Die Rede ist von der Autotram, die vom Fraunhofer-
Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme entwickelt
wurde. Die Autotram kann bis zu 200 Fahrgäste befördern.
Es sind keine Oberleitungen notwendig, vielmehr rollt
sie auf Gummireifen und folgt automatisch einer weißen
Orientierungslinie auf der Straße. Ihr Antriebsystem entspricht
einem seriellen Hybridfahrzeug. Aufgeladen wird bei Schnellladestationen
in 90 Sekunden, während die Fahrgäste ein- und
aussteigen. Durch die geringen Infrastrukturkosten, die gute
Umweltverträglichkeit und die hohe Einsatzflexibilität wird sie
zu einer kostengünstigen Alternative zu bekannten Verkehrssystemen.
Und noch einen Vorteil bietet die Autotram: Wenn
Sie morgens auf den Bus warten, wehen Ihnen keine Abgase
mehr in die Nase!
Die Menschen werden immer älter. Das ist eine gute Nachricht.
Doch das Alter bringt es auch mit sich, dass die individuelle
Bewegungsfähigkeit eingeschränkt wird. Neben ökologischer
Mobilität als Antwort auf steigende Rohstoffpreise muss der
öffentliche Nahverkehr also auch für die demografischen
Veränderungen gerüstet sein. In Deutschland steigt der Anteil
über 60 Jahre alter Menschen von gegenwärtig 21 Prozent
38 Exponat 6 - Stadt der Zukunft

Arbeitsplatz
Fuhrpark unter Strom.
Elektrische Firmenautos erobern die Fuhrparks deutscher
Unternehmen.
Die Flotte der Firmenautos und Transporter steht geschützt unter
einem Solarzellendach. Es gibt Autos für jede Gelegenheit:
Elektroautos, Hybridautos und auch noch ein paar wenige
Autos mit traditionellem Antrieb für Fahrten in Gebiete, wo
es noch keine Ladestationen gibt. Noch sind zwar Autos mit
alternativen Antrieben in deutschen Fuhrparks relativ selten
zu finden, doch das kann sich schon bald ändern. Nach einer
aktuellen Umfrage unter 230 Fuhrparkentscheidern erwarten
sich deutsche Unternehmen, dass der Anteil an alternativ
angetriebenen Fahrzeigen in den nächsten Jahren stark
steigen wird. Umweltschutz wird zunehmend großgeschrieben
und dafür werden sogar Mehrkosten akzeptiert. Anschaffungskosten
machen sich zudem durch mehrfache Nutzungsmöglichkeiten
bezahlt: In Verbindung mit dem firmeneigenen
Kleinkraftwerk, zum Beispiel aus Windenergie, können die
Autobatterien überschüssige Energie zwischenspeichern.
werden. In der U-Bahn wird dann über GPS der Treffpunkt mit
Freundinnen geortet, die dort schon über Handy das passende
Leihauto geordert haben. Bei aller Effizienzsteigerung darf
eines nicht aus dem Blick geraten: Transport und Information
sollen das Leben der Menschen verbessern, Freiräume schaffen
und auch ungeplante Wege gangbar machen. Die Mobilität
der Zukunft sieht auch Ruhezeiten vor.
Dienstbare Technik?
Neue Kommunikations- und Informationsmittel nehmen auch
uns verstärkt in Dienst.
Während das Fahrzeug am Parkplatz seine Arbeit als
Stromspeicher verrichtet, können die Menschen in ihren Büros
und Werkplätzen gewohnten Tätigkeiten nachgehen und
zeitnah ihre Energie- und Mobilitätsbedürfnisse koordinieren.
Arbeitgeber profitieren von flexiblen und gut informierten
Mitarbeitern. Ein Schlüsselwort ökologisch nachhaltiger
Mobilitätskonzepte ist Energie-Effizienz. Durch die Verbindung
moderner Kommunikationstechnologien mit umfassenden
Mobilitätskonzepten kann auch die Zeit effizient genützt
Exponat 6 - Stadt der Zukunft 39

Exponat 7
Das virtuelle
Testzentrum
Anwendungstext im Exponat 7
Das virtuelle Testzentrum
Nicht zusehen, probieren macht den Ingenieur!
Herzlich willkommen! Sie befinden sich im virtuellen
Testzentrum. Hier müssen Fahrzeugtechnik, Antriebe und
Sicherheitskonzepte die Probe aufs Exempel bestehen. Wie
sicher ist ein Auto? Läuft der Motor rund? Wie laut ist der Wagen?
Was leistet die Batterie? Ob Crashtest, Antriebstest oder
Batteriewechsel: Machen Sie mit und probieren Sie selbst, wie
Autoentwicklung bei Fraunhofer funktioniert.
Antriebskonzepte auf dem (Motoren-)
Prüfstand
Radnabenmotor
Messung des Wirkungsgrades
Um den Wirkungsgrad des Antriebs in unserem Testfahrzeug
zu messen läuft dieses auf einer speziellen Antriebsrolle. An
diesem Prüfstand können Sie die Geschwindigkeit gezielt
regeln und so verschiedene Fahrzyklen simulieren. Der
Wirkungsgrad des Antriebs errechnet sich aus dem Verhältnis
von zugeführter und der abgegebener Leistung. Wie viel
der eingesetzten Energie gelangt wird beim antreiben der
Rolle wieder frei gesetzt? Je höher der in Prozent angezeigte
Wirkungsgrad desto effizienter der Antrieb. Auf der digitalen
Anzeige-Tafel unterhalb des Prüfstandes werden Ihnen gesondert
Geschwindigkeit und Wirkungsgrad angezeigt.
Starten Sie den Test! Wie effizient ist der Radnabenmotor?
Antriebskonzepte
Wohin mit dem Motor: Rad oder Achse – Wer hat die Nase vorn?
Feedback Radnabenmotor
Die kompakte Lösung mit einzeln steuerbaren Rädern
Zylinder, Kolben, Kurbelwelle – im klassischen Motor hebt
und senkt und dreht sich der Stahl immerzu. Dabei reiben
die Teile aneinander, viel Energie geht verloren. Anders
beim Elektromotor: Eine Reihe von Spulen umzingeln einen
Rotor. Sobald Strom durch diese Spulen fließt, entsteht ein
Magnetfeld, das sich dreht, und das treibt den Motor an. So
kann der Elektromotor mehr als 90 Prozent der eingesetzten
Energie nutzen, um das Fahrzeug vorwärts zu bewegen. Beim
Verbrennungsmotor sind es nur mickrige 25 Prozent. Wo der
Rotor im Fahrzeug am besten sitzt, ist noch nicht klar. Der
Radnabenmotor im Rad konkurriert mit dem Achsmotor auf
der Hinterachse.
Versuchen Sie es selbst: Wie effizient sind Radnabenmotor
und Achsantrieb?
Radnabenmotoren sind direkt in die Räder eines Fahrzeugs
eingebaut. Sie brauchen weder Getriebe noch Differenzial.
Stattdessen überträgt der auf die Felge montierte Motor die
Kraft direkt auf die Fahrbahn. Der Vorteil: Wo keine Zahnräder
aneinander reiben, geht weniger Energie verloren. Außerdem
geht es seltener in die Reparatur: Die Zahl der Verschleißteile
sinkt, es geht einfach weniger kaputt. Auch die Designer
freuen sich: Mit nichts mehr unter der Haube eröffnen sich
ganz neue Möglichkeiten, Autos zu gestalten. Zu guter Letzt
verbessert der direkte Radantrieb – wenn alles gut aufeinander
abgestimmt ist – auch die Fahrdynamik und Sicherheit.
40 Exponat 7 - Das virtuelle Testzentrum

Feedback Achsmotor
Achsantrieb
Mit Sicherheit gut ausbalanciert
Achsantriebe sind nicht neu. Sie sind alte Bekannte aus
Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Sie sind vor allem
unkompliziert. Radnabenmotoren braucht man gleich vier,
die alle gekonnt aufeinander abgestimmt sein müssen. Ein
Achsmotor ist viel leistungsfähiger: Einer reicht, damit ein
Auto fährt. Allerdings geht beim Motor direkt im Rad weniger
Energie verloren und die Fahrdynamik verbessert sich. Noch
besser ist ein System, das alle Vorteile vereint: Fraunhofer-
Forscher arbeiten an einem Achsantrieb mit zwei Motoren,
für jede Achse einen. Dieser treibt ebenfalls jedes Rad einzeln
an – Leistung plus sichere Bewegung.
Komponenten-Crashanlage/Crashsicheres Batterie-
Modul
Crashtests – Sicherheit aus dem Labor
Ungebremst gegen eine Mauer prallen? Der Albtraum für
jeden Autofahrer! Gegenüber hergebrachten Fahrzeugen birgt
das Elektroauto noch eine zusätzliche Gefahr: Die Inhaltsstoffe
des gewichtigen Lithium-Akkus sind stoßempfindlich. Um
ihn optimal zu schützen, entwickeln Fraunhofer-Forscher ein
aufprallsicheres Batteriepack. Im schützenden Heckrahmen des
Demonstrationsfahrzeugs Frecc0 unterziehen sie das Modul
allen möglichen Unfalltests. Um dafür nicht jedes Mal ein
ganzes Auto zu Schrott zu fahren, werden die verschiedenen
Situationen in einer speziellen Komponenten-Crashanlage
simuliert. Versuchen Sie es selbst: Wie belastbar ist das
Batterie-Modul?
Prüfstände
Prüfstände
Prüfen auf Herz, Nieren und einiges mehr
Eine technische Neuerung muss erst einmal rundum geprüft
werden – mithilfe eines Prüfstandes. Das gilt für ein ganzes
Auto genauso wie für seine Einzelteile. Den Fraunhofer-
Ingenieuren geht es dabei stets darum, die Leistung, Reichweite
und Effizienz der von ihnen entwickelten Motoren und
Antriebe zu optimieren. Aber auch die Fahrzeugsicherheit bei
extremen Belastungen kommt auf den Prüfstand, genau wie
der Komfort und die entstehenden Geräusche und Abgase.
Erkunden Sie das Elektroauto: Wie sicher ist es? Was leistet
es? Und welche Geräusche macht es?
Crashtest Batteriepack
Gut Behütet dank crashsicherer Hülle
Besonders bei Lithium-Batterien ist Sicherheit wichtig, denn Lithium
ist ein recht reaktionsfreudiges Metall. Um es gefahrlos
verwenden zu können, darf es weder zu warm werden, noch
heftigen Stößen ausgesetzt sein. Darum haben Fraunhofer-
Forscher eine Leichtbau-Sicherheitshülle aus einem Metall-
Kunststoff-Gemisch entwickelt. Darin schlummert die Batterie
sicher und bei strenger Temperaturkontrolle. Zusätzlich wurde
auch der Heckrahmen des Demonstrationsfahrzeugs Frecc0
optimiert. Beides muss Schussproben bestehen: Die Ingenieure
lassen bis 3.000 Kilogramm schwere Stoßkörper mit mehr als
80 Kilometern pro Stunde gegen das Batteriegehäuse knallen
– und es hält: Die Batterie bleibt selbst bei einem starken
Aufprall unversehrt und funktionstüchtig.
Exponat 7 - Das virtuelle Testzentrum 41

Allrad-Akustikprüfstand
Ein Test für jede Tonart
Doch was man nicht hört, übersieht man auch schnell – die
Unfallgefahr steigt.
Autos sind laut: Ob man daneben steht oder drin sitzt – es
brummt. Um den Lärmpegel so weit wie möglich verringern
zu können, haben Fraunhofer-Forscher den Allrad-Akustikprüfstand
entwickelt: Jedes Rad des Testautos wird einzeln
angetrieben und Sensoren zeichnen Schall und Schwingungen
auf. Bisher ging das nur auf Probefahrten – und das Wetter
machte den Entwicklern so manchen Strich durch die
Testrechnung. Auf dem Fraunhofer-Prüfstand wird die Freifahrt
dagegen perfekt simuliert.
Ein leises Auto hat viele Vorteile: Die Lärmbelastung der
Umwelt sinkt, der Fahrer kann sich besser konzentrieren und
auch angeregten Gesprächen während der Fahrt steht nichts
mehr im Weg.Versuchen Sie es selbst: Wie unterscheiden sich
Elektro- und Dieselfahrzeug in punkto Lautstärke?
Feedback Allrad-Akustikprüfstand
Auf leisen Sohlen
Das sonore Brummen des Ferraris oder das Heulen einer Rennmaschine:
Für den einen ist es Musik, für den anderen nichts
als Getöse. Am Allrad-Akustikprüfstand werden die Außengeräusche
eines vorbeifahrenden Fahrzeugs gemessen, genau
wie das Klappern und Brummen einzelner Fahrzeugteile. Alles
muss die vorgegebenen Klang-Richtlinien einhalten. Schließlich
kann am Prüfstand ein runder Motorsound eingestellt werden.
Das erhöht den Fahrkomfort und schont die Nerven der Insassen.
Im Vergleich zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor
ist das Elektroauto deutlich leiser. Bei genauem Hinhören fallen
nach außen nur die Geräusche der Reifen auf der Fahrbahn
bei höheren Geschwindigkeiten auf. Das ist schön für die
Umwelt und empfindliche Mitbürger. Allerdings verlassen sich
viele Verkehrsteilnehmer oft auch allein auf ihr Gehör.
Einflussfaktor Temperatur
Klimatisierbarer Allrad-Rollenprüfstand
Heiß oder kalt – konstante Leistung zählt
Sonne zaubert nicht nur ein Lächeln aufs Fahrergesicht – an
einem schönen Frühlingstag erfüllt auch ein Elektroauto
mühelos seine Reichweitenangaben. Doch wie sieht das bei
Hundshitze aus oder einem winterlichen Kälteeinbruch? Spielt
es womöglich eine Rolle, ob Heizung oder Klimaanlage laufen
oder das Radio dudelt? Immerhin beziehen auch sie ihre Energie
aus der Batterie. Um dem auf die Spur zu kommen, testen
die Fraunhofer-Forscher ein Auto auf einem Allrad-Rollenprüfstand
in einer speziellen Klimakammer.
Versuchen Sie es selbst: Wie wirkt sich die Umgebungstemperatur
auf die Leistung der Batterie aus?
Feedback: Klimatisierbarer Allrad-Rollenprüfstand
Einflussfaktor Temperatur
Wie weit ein Elektroauto fahren kann, hängt nicht nur vom
Fahrstil ab, sondern auch davon, wie kalt oder warm es ist.
Zehn Grad mehr oder weniger als „lau“ – schon macht das
Auto viel eher schlapp. Auch auf die Art der Strecke kommt
es an. Eine flache, gerade Allee oder eine kurvige Bergstraße,
beides bei Wüstenhitze oder Kühlschrank-Temperatur: Die vier
unabhängig angetriebenen Rollen dieses Prüfstandes können
jede Fahrbelastung und die Klimakammer jede Temperatur
simulieren. Ob Front-, Heck- oder Allradmotor, ob PKW oder
Kleinlaster: Im Modell durchfahren sie die verschiedensten
Szenarien. Immer wieder messen die Wissenschaftler, was
der Antrieb leistet, wie viel Energie das Fahrzeug verbraucht
und wie weit es bei welchem Wetter rollt – bis es das Siegel
„zuverlässige Leistung“ erhält.
42 Exponat 7 - Das virtuelle Testzentrum

EMV-Prüfstand Elektromagnetische Verträglichkeit
Elektromagnetische Strahlung unter Kontrolle
Da steckt Power hinter: Das neue Hochvoltnetz unterscheidet
sich gänzlich vom hergebrachten 12Volt-Netz, das natürlich
auch mit an Bord ist. Die elektrische Leistung in Hybrid- und
Elektrofahrzeugen liegt bis zu hundertfach über der herkömmlicher
Autos. Wie gut vertragen sich die beiden? Und ist solch
ein Elektro-Kraftpaket vielleicht selbst ein elektromagnetischer
Störenfried für die Außenwelt? Das testen die Fraunhofer-
Forscher in einem speziellen Raum: In einem Schirmraum,
in den keine Störungen von außen eindringen und keine
rausgehen. Versuchen Sie es selbst: Erfüllt das Testfahrzeug die
Anforderungen an die Elektromagnetische Verträglichkeit?
die anderen laden Strom. Letzteres kann durchaus einige
Stunden dauern. Wer nicht so lange warten will, kann eine
leere Batterie auch einfach gegen eine volle tauschen – zum
Beispiel an einer vollautomatischen Wechselstation: Sie bleiben
bequem sitzen, während ein Roboter die Batterien tauscht.
Ein Schlitten, ein Battery Shuttle, baut die leere Batterie aus
und transportiert sie zum Laden in ein Lager. Ein zweiter
Schlitten setzt in dieser Zeit schon eine neue ein. Michael
Schumacher wäre erstaunt: In knapp einer Minute kann die
Fahrt weitergehen – schneller als beim herkömmlichen Tanken.
Versuchen Sie es selbst: Wie kann der Batterie-Wechsel der
Zukunft aussehen?
Feedback Batteriewechsel
Feedback: EMV-Prüfstand
„Aufgetankt“!
Strahlungssicher
Im Auto klingelt ein Handy, oder es fährt gerade an einem
Funkmast vorbei? Dann muss es trotzdem völlig unbeteiligt
sein. Es darf nicht auf Störungen aus der Umwelt reagieren,
sodass es womöglich unverhofft bescheunigt oder gar aus der
Spur ausbricht. Umgekehrt sollen aber auch der Radiogenuss
oder das Telefonat nicht gestört werden. Eine enorme Herausforderung!
Jedes einzelne Gerät im Elektroauto braucht
eine dichte Hülle und jedes Kabel muss metallisch abgeschirmt
sein. Immer wieder suchen die Forscher nach Undichtigkeiten
– bis die Bordelektronik das Siegel „elektrostrahlungssicher“
verdient.
Batteriewechsel-Technik
Zeit ist Geld – daran halten wir beharrlich fest. Aber auch,
wenn wir nicht so dächten, möchte wohl niemand mehr Zeit
mit Tanken verbringen, als unbedingt nötig. Insofern kommt
der Batteriewechsel wie gerufen, schnell wieder mobil zu
sein. Der Tauschprozess sollte zudem sauber und bequem
vonstattengehen. Kein Problem für das vollautomatische
Robotersystem – allerdings legt es auch spezielle Ansprüche an
den Tag: Noch kommt es nur mit ganz bestimmten Autobauweisen
zurecht. Die Batterie muss bei allen Autos einheitlich
groß sein, sie muss an der gleichen Stelle sitzen und gleich
eingebaut sein. Sind verschiedene Systeme auf dem Markt, ist
nur eine Teilautomatisierung möglich. Besonders vorteilhaft ist
es natürlich, wenn es an den Wechselstationen auch gleich ein
Lager zum wieder Aufladen gibt. Das spart Transportwege und
Geld.
Batteriewechsel-Station
Mobil minutenschnell
Fahrzeuge brauchen Energie – das gilt für Verbrenner wie
fürs Elektromobil. Die einen schlucken Diesel oder Benzin,
Exponat 7 - Das virtuelle Testzentrum 43

Exponat 8
Neues Antriebskonzept
mit
Radnabenmotor
Anwendungstext im Exponat 8
Neues Antriebskonzept mit
Radnabenmotor
LE-Kühler: Schützt vor Motorhitze.
Wenn sich etwas dreht, entsteht Wärme. Schlecht nur, dass
die Elektronik des Motors das nicht verträgt. Durch die
Wärmeleitplatte ist sie vor Überhitzung geschützt.
Der Radnabenmotor – Die Hochkultur elektrischen Fahrens
Der Radnabenmotor sitzt direkt im Rad und dreht sich mit.
So setzt er die erzeugte Kraft fast eins zu eins in Bewegung
um. Zudem bleibt die Reibung klein: Bauteile wie Getriebe,
Differenzial oder Antriebswellen, die aneinander scheuern,
fallen weg. Auch den klassischen Motorraum braucht es nicht
mehr – Raum für andere Fahrzeuggestaltung. Derzeit arbeiten
Fraunhofer-Forscher daran den Motor so auszustatten, dass
sich Bremsenergie zurückgewinnen lässt. Effektiver geht
Antrieb heute nicht.
Rotor und Glocke: Bringt alles ins Rollen.
Wie der Name sagt: Der Rotor dreht sich, und zwar um die
Nabe herum. Er überträgt die Energie des Motors auf Welle,
Lagereinheit und Felge: Das Fahrzeug rollt. Die Glocke ist sein
Schutzgehäuse – aber sie sichert ihn nicht nur. Zum Beispiel
leitet sie auch die Betriebswärme der Motor-Magnete nach
außen ab.
Welle: Lagert, was sich dreht.
An der stabförmigen Welle sind die rotierenden Bauteile
angelagert. Sie überträgt die Kraft vom Getriebe aufs Rad.
Weichmagnetischer Ring mit Dauermagneten: Dreht
richtig auf.
Auch dieses elektromagnetische Ringelement dreht sich mit,
samt hochleistungsfähigen Dauermagneten auf der Innenseite.
Dank ihnen dreht der Motor richtig auf – und erlaubt sportliches
Fahren.
Leistungselektronik: Sorgt für Spannung.
Ohne Strom tut der Motor nichts. Die Leistungselektronik
sorgt ständig für die notwendige Spannung, das zugehörige
Steuergerät für einen gleichmäßigen Fahrantrieb.
Zwischenkreiskondensator: Verbindet Verschiedenheiten.
Die Elektronik des Motors ist kompliziert. Mehrere Netze,
unterschiedliche Polung, Wechselstrom, Gleichstrom – und
alles ist verknüpft: Der Zwischenkreiskondensator speichert
elektrische Ladung und bringt alle Elektronikelemente auf
einer Spannungsebene zusammen.
Jochring mit Spulen: Zieht an und stößt ab.
Der Jochring gehört zum feststehenden Motorenteil. Er trägt
das, was den Motor überhaupt laufen lässt – die Spulen.
Sie sind von Wechselstrom durchflossen und erzeugen ein
Magnetfeld, das sich zeitversetzt ändert – der Gegenpart zu
den Rotormagneten: Gegenseitiges Anziehen und Abstoßen
erzeugt die eigentliche Drehkraft des Motors.
Statorträger: Hält das Innenleben fest.
Der Statorträger hält den Jochring samt Spulen in der
Maschine fest. Wie die Rotorglocke ist dieser Gehäuseteil nicht
elektromagnetisch aktiv.
Lagereinheit: Schafft Beweglichkeit.
In der Drehbewegung liegt die Motorkraft. Dazu müssen
Jochring, Rotor und Felge gegeneinander beweglich sein.
Dafür sorgt die Lagereinheit, die obendrein das gesamte
Fahrzeuggewicht trägt.
44 Exponat 8 - Neues Antriebskonzept mit Radnabenmotor

Bremsscheibe: Verzögert und stoppt.
Stopp – im Notfall sofort! Die Bremsscheibe ist der äußere,
radseitige Teil einer Scheibenbremse. Auf ihre Fläche wirken
die Bremsbeläge, um die Drehung der Räder zu verzögern
oder zu stoppen.
Exponat 8 - Neues Antriebskonzept mit Radnabenmotor
45

Exponat 9
Innerstädtische
Mobilitätskonzepte
Anwendungstext im Exponat 9
Innerstädtische Mobilitätskonzepte
Nachhaltige Verkehrsentwicklung
Wege zum umweltschonenden Stadtverkehr
Der moderne Mensch ist mobil. Aber nicht auf Kosten der
Umwelt. Der städtische Alltag bietet dazu gute Voraussetzungen.
Elektromobile im öffentlichen Nahverkehr sollen
allerhand leisten: umweltverträglich, zuverlässig und schnell,
preiswert und praktisch – so will der Stadtbürger von einem
Ort zum anderen reisen. Die Technologien dahinter sind
komplex und vielfältig: von der Wahl der Energiequelle, über
die Konstruktion langlebiger und kostengünstiger Batterien,
bis hin zur Frage, wie genau Tankstellen gebaut sein sollen.
Fraunhofer-Forscher arbeiten intensiv daran, Antworten auf
diese und andere brennende Fragen der Elektromobilität zu
finden.
AutoTram
Die Haltestelle als Tankstelle
Straßenbahn, Bus, Metro, S-Bahn – an Auswahl mangelt es im
öffentlichen Personenverkehr nicht. Doch oft ist das innerstädtische
Reisen dadurch vor allem eins: kompliziert. Die AutoTram
soll die Vorteile all dieser Fortbewegungsmittel vereinen:
Die AutoTram ist sauber und flexibel, lang wie eine Straßenbahn,
ohne Schienen und Oberleitungen und wendig wie ein
Bus, zudem vielfältig kombinierbar zum Einsatz im Überlandverkehr,
zu Stoßzeiten, bei Nachtfahrten oder auf sich verändernden
Strecken – zum Beispiel, wenn mal ein Unfall oder
eine Baustelle im Weg ist. Der Strom dafür kommt aus der
Haltestelle – blitzschnell und ganz ohne Ruß und Gestank.
Antrieb – seriell Hybrid
Sparsam durch die Straßen der Stadt
Ein Hybridmotor strotzt gleich doppelt vor Kraft: etwa die
eines Dieselmotors mit der eines E-Motors. Eine Batterie dient
als Energiespeicher. Die AutoTram nutzt einen “seriellen Hybrid”:
Das bedeutet, dass die einzelnen Elemente nacheinander
wirken: Der Verbrennungsmotor treibt einen elektrischen
Generator an. Der lädt entweder eine Batterie oder erzeugt
Strom für den Elektromotor, und der bewegt schließlich die
Tram. Wenn‘s schnell gehen muss, schiebt die Batterie mit an.
So reicht ein vergleichsweise kleiner Verbrennungsmotor aus,
die AutoTram zu bewegen. Man kann damit keine Rennen gewinnen,
aber AutoTram-Chaffeure sind ja auch keine Formel-
1-Piloten.
Brennstoffzellen-Cluster
Die Brennstoffzelle als Energielieferant
Aus Wasser- und Sauerstoff wird Wasser. Doch das ist nicht
alles, was in einer Brennstoffzelle passiert. Sie setzt in einer
elektrochemischen Reaktion Energie frei, die einen Elektromotor
antreiben kann. Klingt einfach, ist es im Detail aber nicht.
Den Tank voll Wasserstoff bitte? Keine leichte Aufgabe. Der
Stoff muss als Gas bei sehr hohen Drücken (350 bar) in speziellen
Flaschen gespeichert sein oder flüssig bei sehr niedrigen
Temperaturen (-253 °C). Obendrein macht der Brennstoffzelle
der hektische Stadtverkehr zu schaffen. Sie mag es eher
gemütlich. Deshalb haben ihr die Fraunhofer-Forscher einen
Kurzzeitspeicher zur Unterstützung an die Seite gestellt:
Gemeinsam als Hybridsystem ein wirklich starkes Team!
46 Exponat 9 - Innerstädtische Mobilitätskonzepte

Speichertechnologien
Superbatterien für Superleistung
Ohne leistungsfähige Speicher für Energie läuft bei der AutoTram
nichts. Die Fraunhofer-Forscher setzen dabei auf mehrere
Pferde, die die gleiche Kutsche ziehen: ein Hochleistungsbatteriesystem,
Doppelschichtkondensatoren, ein Brennstoffzellencluster
oder einen Schwungradspeicher. Zudem kann an
Ladestationen entlang der Strecke, etwa an den Haltestellen,
schnell ein wenig Energie nachgeladen werden. Allein das
macht es möglich, dass die AutoTram bis zu zwei Kilometer
rein elektrisch unterwegs ist – die Distanz zwischen zwei Haltestellen
ist also kein Problem.
Dualspeicher
Energiespeicher für alle Fälle
Die AutoTram braucht ordentlich Kraft unter der Haube. Aufs
Gas und schon wieder abgebremst – manchmal geht es im
Stadtverkehr ganz schön ruppig zu. Aber auch Ausdauer ist
gefragt: schließlich soll der Tram zwischen den Stationen nicht
der Saft ausgehen. Ein Dualspeicher ist beides: Kraftpaket und
Ausdauersportler. Er enthält Doppelschichtkondensatoren und
Lithium-Ionen-Zellen. Fraunhofer-Wissenschaftler berechnen
und erproben, wie man solche Speicher in allen Situationen
effizient betreibt. Zudem entwickeln sie Gehäuse, die alle Teile
an ihrem Platz halten und ordentlich kühlen.
Schwungradtechnologie
Mit doppelter Schallgeschwindigkeit ans Ziel
AutoTram und Fahrrad sind umweltfreundlich – und haben
noch viel mehr gemein. Bei beiden wird ordentlich in die Pedale
getreten: im Fall der AutoTram zugunsten eines Schwungradspeichers.
Überschüssige Energie treibt ein Schwungrad an.
Bei Bedarf wird das Rad gebremst und die Energie wieder frei.
Dabei sind gewaltige Kräfte am Werk: Um 4 kWh Energie zu
speichern, dreht sich ein etwa 250 kg schweres Schwungrad
über 400 Mal pro Sekunde. Der äußere Rand des Rads bewegt
sich dabei zweimal so schnell wie der Schall, und enorme
Zugkräfte zerren daran. Sicherheit ist da oberstes Gebot! Der
große Vorteil: Das Aufladen des Schwungradspeichers geht
rasend schnell.
Docking-Prinzip/Schnellade-System
Hochstrom statt Oberleitung
Vollgetankt, und dann erst mal Ruhe? Nicht bei der AutoTram.
Wenn die Haltestelle als Tankstelle fungiert, darf das Aufladen
nicht länger dauern als das Ein- und Aussteigen. Was in dieser
Zeit aus der Dose gesaugt wird, muss bis zur nächsten Station
reichen. Die AutoTram schafft das: In 20 Sekunden zieht sie
genug Strom für eine Wegstrecke bis zu 2 Kilometer. Dazu
braucht sie ein ausgeklügeltes Docking-Prinzip, ein leistungsfähiges
Schnelllade-System und ein ausgefeiltes Energiemanagement.
Wegseitige Zwischenspeicher der Hochleistungsklasse
saugen den Strom aus dem konventionellen Stromnetz und
übertragen ihn in die Energiespeicher der AutoTram.
Betrieb
Fahren ist nur der Anfang
Die AutoTram zieht alle Register – nicht nur, was ihren Antrieb
betrifft. Die Bus-Bahn der Zukunft kann deutlich mehr als
nur vorwärts und rückwärts fahren. Die AutoTram denkt
mit! Bergab und bergan, rasant und stop-and-go teilt sie
ihre Kräfte vorausschauend ein und spart so Treibstoff. Ein
ausgeklügeltes Leitsystem sorgt zudem dafür, dass sie auf der
richtigen Spur bleibt. So kommen die Fahrgäste schnell, sicher
und verkehrstechnisch mit gutem Gewissen an ihr Ziel, und
das alles auch noch sehr komfortabel.
Exponat 9 - Innerstädtische Mobilitätskonzepte 47

Energiemanagement
Kräfte gut einteilen – das spart Energie
Wenn Jan Ullrich den ersten Berg zu schnell hoch radelt,
schafft er den zweiten nicht mehr. Denn wer lange durchhalten
will, muss seine Kräfte einteilen. Das gilt für die AutoTram
ebenso wie im Sport. Um besonders energiesparend unterwegs
zu sein, lernt die AutoTram ihre Strecke auswendig.
Dabei helfen GPS-Daten, Höhenprofile der Strecke und Datenbanken
über tageszeit- und wochentagabhängige Verkehrsflüsse.
Ein gutes Energiemanagement nutzt das doppelte Talent
der AutoTram: Dank ihres Dualspeichers ist sie Kraftpaket
und Ausdauersportler zugleich. Das spart Kraftstoff und hilft
der Umwelt.
Spurführung und Mehrachslenkung
Schnittiger Trip mit der Computerassistentin
Ein dickes Ding: 18 m lang, 2,5 m breit und bis zu 60
km/h schnell – die AutoTram sicher durch die Straßen der
Stadt zu lenken, ist gar nicht so einfach. Zum Glück ist
der Tram-Chaffeur nicht allein. Unterstützt wird er von der
“virtuellen Schiene”, einer besonders genauen, optisch und
GPS-gesteuerten Spurerkennung. Sie erkennt Hindernisse,
kontrolliert die Geschwindigkeit und könnte sogar alleine fahren.
Außerdem ist die AutoTram wendiger als man vermuten
mag: Drei einzeln lenkbare Achsen ermöglichen enge Kurven
und gekonnte Ausweichmanöver.
Modulares Prinzip
Kombinierbare Einzelteile schaffen Flexibilität
Erst nur ein paar frühe Vögel, dann die morgendliche Stoßzeit,
gefolgt vom Einkaufsverkehr. Mittags wollen alle zum Essen
und die Schüler nach Hause. Anschließend wieder Stoßzeit.
Nachts noch ein paar Partywütige und Schichtarbeiter. Die
AutoTram ist für alle Fälle gewappnet. Dank einzelner Module,
die beinahe beliebig kombiniert werden können, passt sie sich
allen Situationen schnell an. Nicht nur zu allen Tageszeiten,
auch in allen Regionen ist die AutoTram eine gute Wahl – von
der dichten Metropole bis zum einsamen Landidyll. Praktisch
für die Fahrgäste, günstig für die Verkehrsunternehmen.
EcoCraft-Transporter
Robust und ökonomisch mit Alu, Plastik und Strom
Wer geht heute noch einkaufen? Der “moderne Mensch”
bestellt im Internet und lässt liefern: Der so genannte
innerstädtische Güterverteilverkehr nimmt zu. Der EcoCraft-
Transporter soll diesen Verkehr umweltfreundlicher machen.
Der Kleintransporter mit Elektroantrieb hat auf seiner
Ladefläche Platz für vier Europaletten – ideal für Lieferanten
ebenso wie Handwerker. Rahmen und Karosserie bestehen
aus Aluminium und Kunststoff, der Motor ist wartungsfrei.
Mit 80 km/h Höchstgeschwindigkeit kann er problemlos 120
km pro Stromtankladung fahren. Ganz ohne Schadstoffe und
Gestank.
MicroCarrier
Der Micro-Carrier bringt allen was, und zwar immer
Wer nicht nur im Internet bestellen will, muss sich auch mal in
Einkaufsstraßen wagen. Nur leider sind selbst Fußgängerzonen
oft übel riechende und gefährliche Moloche mit zig Lieferwagen.
Der Micro-Carrier soll Abhilfe schaffen. Von vorne
erinnert er an einen motorisierten Tretroller, doch hintendran
bieten kleine Anhänger Platz für reichlich Ware. Der elektrisch
betriebene Kleinverteiler stinkt nicht und braucht weniger
Platz als herkömmliche Lieferwagen, Geschäftsleute wie auch
Passanten freuen sich an dem adretten Gefährt. Das hat ein
Pilotprojekt klar gezeigt: In Hannover hat das Logistikunternehmen
DHL den Elektro-Flitzer getestet. Nur dessen Fahrer
bleibt bislang im Regen stehen, eine Fahrerkabine muss erst
noch entwickelt werden.
48 Exponat 9 - Innerstädtische Mobilitätskonzepte

Frecc0
Frecc0
Wer baut das beste Elektroauto? Es sollte kein Wettkampf
werden, denn alle ziehen am gleichen Strang. Deswegen erarbeiten
Fraunhofer-Forscher ein herstellerneutrales Modellauto.
Die Crème de la Crème - modernste Entwicklungen aus den
einzelnen Bereichen – werden in ein auf dem Sportwagen
ARTEGA basierendes Auto integriert und im Straßenverkehr
Probe gefahren. Der sportliche Flitzer trägt den Namen
Fraunhofer-Electro-Concept-Car, kurz Frecc0. Frecc0 soll neue
Techniken und deren Zusammenspiel austesten. So können die
einzelnen Bestandteile eines Elektroautos optimal aufeinander
abgestimmt werden.
Radnabenmotor
Jedem Rad sein eigener Motor
Kühlerhauben sind Schnee von gestern. Der Motor von
morgen sitzt am Rad. Das hat viele Vorteile: Getriebe und
Differenzial werden überflüssig – und können im Auto der
Zukunft auch nicht mehr kaputt gehen. Außerdem kann
jedes Rad einzeln angesteuert werden – zugunsten der
Fahrdynamik und Sicherheit. Eine ausgefeilte Elektronik
steuert den Radnabenmotor. Auch sie ist direkt in den Motor
integriert – also kein unnötiger Kabelsalat. Die Schwäche des
Radnabenmotors, die große ungefederte Masse und deren
Auswirkung auf das Fahrverhalten, ist bei modernen Modellen
behoben: Frecc0 fährt auf gut gedämpftem Fahrwerk.
Leistungselektronik
Ohne gute Leistungselektronik keine gute Leistung
Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile. Ein guter
Motor und eine starke Batterie reichen nicht. Mindestens
genauso wichtig ist eine ausgefeilte Leistungselektronik. Die
Leistungselektronik ist quasi das Herzstück des Elektroautos.
Sie ist verantwortlich dafür, dass Motor und Batterie miteinander
kommunizieren. Ihrer Herrschaft unterliegen ebenso
Lade- und Entladevorgänge wie die Rückgewinnung der
Bremsenergie – Rekuperation nennen Fachleute das. Mit einer
guten Leistungselektronik, der unscheinbaren Königin des
E-Autos, steht und fällt also, wie wirtschaftlich und effizient
es ist.
Crashsicheres Batteriesystem
Optimaler Schutz für Mensch und Batterie
Langlebig und effizient soll sie sein, außerdem kommunikationsfreudig,
denn der Fahrer will stets wissen, in welchem
Zustand sie ist: Die Batterie eines Elektroautos braucht ein
gutes Management. Das sorgt auch für Sicherheit, beispielsweise
bei einem Unfall. Dann darf die Karosserie nicht unter
Spannung stehen, sonst sind Rettungskräfte gefährdet. Ein
crashsicheres Batteriegehäuse soll dafür sorgen, dass es erst
gar nicht so weit kommt. Dazu entwickeln und erproben
Fraunhofer-Forscher metall- oder faserverstärkte Kunststoffe.
Zudem ist die Lage der Batterie im Auto wichtig – nahe den
Rädern findet sie einen sicheren Platz.
Exponat 9 - Innerstädtische Mobilitätskonzepte
49

Exponat 10
Elektromobilität
aus ökonomischer
Sicht
Anwendungstext im Exponat 10
Antrieb
Elektromobilität aus ökonomischer
Sicht
Forschung und Ökonomie verbinden.
Das Auto der Zukunft entsteht im Spannungsfeld von Technologie
und Wirtschaft. Die Fraunhofer-Forschung untersucht mit
der Elektromobilität eine Schnittstelle dieser verschiedenartigen
Systeme und bemisst daraus erwachsende Chancen und
Herausforderungen.
Technologische Lösungen müssen den spezifischen Anforderungen
des Marktes entsprechen. Sie müssen wirtschaftlich
effizient umsetzbar sein. Neue Nutzungsmöglichkeiten legen
andererseits alternative Wege zur Verbreitung nahe.
Industrie
Antriebsstrang anpassen
Aktuelles Fahrzeugdesign muss alte und neue Komponenten
vereinen.
Die Elektrifizierung des Antriebsstranges hat die Einsparung
etlicher gewohnter Bauteile zur Folge – deutlich mehr als es
neue Komponenten gibt. Überflüssig werden nicht nur direkt
dem Antrieb geschuldete Bauteile, sondern auch zahlreiche
hydraulische und mechanische Elemente, wie etwa im Falle
der Bremskraftverstärkung und der Servolenkung. Die höhere
Bordnetzspannung des Elektroautos erlaubt nämlich das
elektromechanische Bremsen und Lenken, das „brake by wire“
und „steer by wire“.
Für die Hersteller eröffnen diese Umstellungen zwei gegensätzliche
Planungsoptionen: die Anpassung bestehender Fahrzeugmodelle
(„conversion design“) einerseits und die Kreation
gänzlich neuer Auto-Typen („purpose design“) andererseits.
Massentauglichkeit anstreben.
Technische Herausforderungen müssen bewältigt werden.
Ökologische Vorteile sind nicht genug. Erst ein deutliches
Absenken des Anschaffungspreises und höhere Reichweiten
werden Autofahrer zum Umstieg auf ein Elektrofahrzeug
bewegen können. Aber auch Sicherheitsaspekte, die
Aufladegeschwindigkeit und ein flächendeckendes Angebot
an Lademöglichkeiten spielen eine Rolle. Tatsächlich werden
die nötigen Versorgungstrukturen bereits in Modellversuchen
erprobt.Die Akzeptanz der VerbraucherInnen bedingt wiederum
die zukünftige Preisstruktur, da die Massenproduktion
Kostensenkungen in Aussicht stellt.
Was die technische Seite betrifft, ist die Batterie entscheidend:
Die Kosten müssen um den Faktor 3 gesenkt, die Lebensdauer
auf über 10 Jahre gesteigert und Sicherheitsfragen gelöst
werden.
Herkömmliche Komponenten einsparen: „Bye bye
Schaltgetriebe!“
Unabhängig vom Designkonzept, ob Adaption oder
Neuentwicklung, müssen die Elemente des Antriebsstranges
neu angeordnet werden. Es gilt die Zusammensetzung von
Motor, Kupplung, Getriebe, Kardanwelle, Differential und
Rädern neu und funktional zu definieren. So bestimmt zum
Beispiel die Lage des Elektromotors bzw. der Elektromotoren,
auf der Hinterachse oder nahe der Räder, den Verbleib der
Kardanwelle und des Differentials. Tank und Kraftstoffpumpe
sowie entsprechende Leitungen, Anlasser und Abgasanlage
werden nicht benötigt. Eine Lichtmaschine ist im Elektroauto
ebenfalls nicht mehr vorgesehen. Da das Drehmoment bereits
bei Stillstand zur Verfügung steht, kann überdies auf Schaltgetriebe
und Anfahrkupplung verzichtet werden.
50 Exponat 10 - Elektromobilität aus ökonomischer Sicht

Systemlösungen entwickeln: Elektronische Bauteile werden
im Bordnetz verknüpft
Nischendasein aufgeben: Wie weit können Auflagensteigerungen
die Preise senken?
Nicht nur die Elemente des Antriebststranges müssen auf das
Elektroauto neu abgestimmt werden: Als Energiespeicher
ersetzt die Batterie den Treibstofftank. Sie versorgt den Antrieb
aber auch vormals an den Verbrennungsmotor gekoppelte
Vorgänge wie zum Beispiel die Kühlung der Antriebskomponenten
und die Innenraumklimatisierung. Eine Traktionsbatterie
verfügt über eine Spannung von 300-500 V. Damit liegt
die Bordnetzspannung deutlich über der eines konventionellen
Fahrzeugs. Ein Gleichspannungswandler speist die Energie in
die Leistungselektronik. Auch das Fahrwerk wird von der Elektrifizierung
erfasst. Durch so genannte „Rekuperationseffekte“
kann die Bremsenergie zurückgewonnen und genutzt werden.
Ebenfalls neu sind elektromechanische Bremse und
Servolenkung.
Kosten
Kostenfaktoren kalkulieren.
Noch sind Elektroautos vergleichsweise teuer.
Ein kleines Stadtauto wie zum Beispiel der Mitsubishi i-MiEV
kostet heute ca. 36.000,- Euro. Mit durchschnittlich 50
Prozent Mehrkosten sind Elektroautos in der Breite nicht
konkurrenzfähig.
Doch wie kommt dieser Preisunterschied zustande? Müsste
die Einsparung diverser mechanischer Komponenten nicht die
umgekehrte Folge haben?
Kostenfaktor Nummer eins sind die kleinen Auflagen der
wenigen markttauglichen Serien.Geringe Stückzahlen sind
andererseits ein Ausdruck des derzeitigen Nischendaseins von
Elektromobilität. Die meisten Fahrzeugkomponenten ließen
sich durch Massenfertigung günstiger herstellen.Der zweite
große Kostenfaktor ist die Batterie. Sie macht bis zu einem
Drittel des Gesamtwerts aus.
Eine ganze Reihe von Bauteilen ist für das Elektroauto
verzichtbar: Anlasser, Abgasanlage Schaltgetriebe u.v.m. Für
die verbleibenden konventionellen Komponenten gelten
die gewöhnlichen Herstellungsbedingungen. Das heißt, bei
entsprechenden Auflagen besteht zum Fahrzeug mit Verbrennungsmotor
kein Unterschied. Kostensenkungen können
auch bei Batterien erzielt werden. Ein weiterer Kostenfaktor
ist allerdings der Grad der Standardisierung elektronischer
und elektromechanischer Bauteile. Unklar ist auch die
Preisentwicklung der Motoren. Wird sich jeder Hersteller eine
eigene Entwicklung leisten? Komplexe Umstellungen stehen
bevor, die für das Einzelunternehmen auch mit Unsicherheit
verbunden sind.
Werte entkoppeln: Autos mit einem Herz aus Gold?
Für die Batterie sind ebenfalls Kostensenkungen zu erwarten.
Dennoch wird sie auch in Zukunft einen wesentlichen Wertanteil
des Fahrzeuges darstellen.
Der Batteriepreis ist aufwändigen Produktionsverfahren sowie
hohen Material- und Maschinenkosten geschuldet. Im Falle
der Lithium-Ionen-Akkus, die aufgrund ihrer hohen Energiedichte
von 140Wh/kg bevorzugt eingesetzt werden, kommt
noch die teure Rohstoffgewinnung hinzu. Die Erzeugung
metallischen Lithiums aus Verbindungen wie Lithiumcarbonat
ist relativ aufwändig. Mittelfristig wird daher weiterhin
auch an alternativen und kombinierten Entwicklungen wie
Brennstoffzellentechnologie und Redox-Flow-Batterien und
Hybridlösungen gearbeitet.
Exponat 10 - Elektromobilität aus ökonomischer Sicht 51

Wertschöpfungskette
Wertschöpfungskette aufgliedern.
Wer baut was? Kernkompetenzen und Zulieferbedarfe müssen
neu definiert werden.Veränderte Fahrzeugkonzepte bringen
Verschiebungen in der Wertschöpfungskette mit sich und
auch die Zulieferindustrie in Bewegung.Das Produkt, das mit
einer Automarke verbunden wird, kommt nie aus einer Hand.
Bei Massenmodellen bringen die Zulieferer gut drei Viertel
des Endwertes hervor. Der Anteil der in Eigenproduktion
gefertigten Bauteile ist bei Autos der Luxusklasse größer.
Insgesamt gilt aber, dass die Kompetenzen der Hersteller
neu gewichtet und weitere Branchen miteinbezogen werden
müssen. Dies betrifft insbesondere die Erzeugung von Elektromotoren
einerseits und Batterietechnologie andererseits,
aber auch Lösungen im Bereich von Energiemanagement und
Netzankoppelung.
Handlungsbedarfe ermitteln: Die Karten werden neu gemischt
Zulieferunternehmen stellen eine große Anzahl der erforderlichen
Komponenten konventioneller Fahrzeuge her. Mit der
Neuordnung des Antriebsstranges wird die Anzahl zunächst
geringer. Einige Bauteile sind durch Neuentwicklungen zu
ersetzen. So treten etwa elektromechanische Komponenten
an die Stelle der hydraulischen Brems- und Lenksysteme.
Systemlieferanten müssen sich auf das neue Energiemanagement
einstellen. Die Batterietechnologie könnte in
Deutschland wieder an Bedeutung gewinnen, sowohl was die
Zellfertigung selbst, als auch was die Erzeugung chemischer
Stoffe und Materialien betrifft.Nur wenige Autohersteller
planen die eigenständige Entwicklung und Erzeugung von
Elektromotoren. Hier entstehen neue Märkte.
Neue Kompetenzen ausbilden: Einmal Umschulung für
Alle?
Auf dem gegenwärtigen Automarkt stellen die Motortechnik
und der damit verbundene Antriebsstrang ein entscheidendes
Differenzierungsmerkmal dar. Die Strategien der Leistungsoptimierung
sind ein Verkaufsargument. Der Umstieg auf das
Elektroauto könnte den Wettbewerb auf die Lösungen zum
Energiemanagement im Fahrzeug verlagern. Es ist ein entsprechend
anderes Know-how, das nun über den Erfolg einer Marke
bestimmen wird. Neue Ausbildungen in handwerklichen
wie akademischen Berufen sind gefordert. Andere Aspekte der
Werkstoffkunde und in besonderer Weise die Elektrotechnik
sind die Grundlagen des zukünftigen Profils. Die Integration
der Faktoren Reichweite, Komfort und Fahrleistung gibt den
Autos von morgen ein Gesicht.
Branchenübergreifend kooperieren:
Alle Mann an Bord bitte!
Mit dem Batteriebetriebenen Elektroauto treten neue Akteure
aus vormals fremden Branchen wie Chemie, Informations- und
Kommunikationstechnologie, Energieversorger oder Mobilitätsanbieter
auf den Plan. Hier sind Synergieeffekte mit Entwicklungen
unterschiedlicher Zielsetzungen zu erwarten.
Doch nicht allein im Herstellungsprozess werden neue Beziehungen
angebahnt. Auch die Stromversorgung der mobilen
Speicher muss sichergestellt werden: Es braucht flächendeckende
Ladestationen. Die dezentrale Speicherung eröffnet
wiederum neue Perspektiven für die Verbraucher. Dort sind
insbesondere logistische und informationstechnologische
Lösungen gefragt.
Nachhaltigkeit
Nachhaltig wirtschaften, langfristig planen.
Fraunhofer analysiert Rohstoffbedarfe und Verfügbarkeiten.
Die meisten Studien sind sich darüber einig, dass die
52 Exponat 10 - Elektromobilität aus ökonomischer Sicht

zukünftige Verknappung und Teuerung des Rohöls den Takt
für die Entwicklung der Elektromobilität vorgeben wird. Neue
Technologien sollen das Ökosystem langfristig entlasten.
Die Nachhaltigkeit dieser Entwicklungen bemisst sich nicht
lediglich an Energieverbrauch und Emissionen. Auch die
langfristigen Bedarfe spezifischer Rohstoffe wie insbesondere
Lithium und Kupfer müssen in Betracht gezogen werden.
Fraunhofer-Forschung analysiert, wie künftigen Engpässen
vorgebeugt werden kann. Beispielsweise wurden Szenarien
zu Lithiumnachfrage und -angebot bei unterschiedlicher
Durchdringung des Marktes bis ins Jahr 2050 berechnet.
Rohstoffversorgung sichern: Kupferreserven
könnten mittelfristig erschöpft sein.
Neben Eisen ist Kupfer mit 50-60 Prozent Hauptbestandteil
der neuen Elektromotoren. In einem konventionellen PKW
werden durchschnittlich 25 kg Kupfer verbaut. Für die
Herstellung elektrifizierter Fahrzeuge werden ca. 30 kg Kupfer
benötigt.Eine Studie des Bundesministeriums für Wirtschaft
und Technologie rechnet mit einer jährlichen Wachstumsrate
des Hybrid- und Elektrofahrzeugmarktes von 26 Prozent. Die
stärksten Kupfer-Vorkommen liegen in Südamerika, wo Chile
die weltweit größten Fördermengen erzielt. Eine erhöhte
Nachfrage könnte ein Ansteigen der Preise nach sich ziehen.
In jedem Fall verkürzt sie das Vorhalten der Reserven.Die
wirtschaftlich gewinnbaren Kupfermengen werden auf 550
Mio. Tonnen geschätzt.
Recycling-Kreisläufe ankurbeln: Lithiumgewinnung
bleibt aufwändig.
Für den voll-elektrischen Fahrzeugantrieb gelten derzeit
Lithium-Ionen-Akkumulatoren als die vielversprechendste
Speicherlösung.Eine solche Batterie besteht je Kilowattstunde
Leistung aus 0,3 kg Lithium. Geht man davon aus, dass
der Elektrofahrzeugmarkt um 26 Prozent jährlich wächst,
werden die derzeitigen Produktionskapazitäten bald um das
12fache überschritten. Zusätzlich steigern auch viele der
Consumertechnologien (Telefone, Kameras, u.ä.) den Rohstoffbedarf.
Lithium ist weit verbreitet. Allein die Gewinnung
ist aufwändig. In höherer Konzentration kommt das Metall
hauptsächlich in Südamerika vor. Würde man die derzeit
900 Mio. Kraftfahrzeuge auf dem Erdball durch Elektroautos
ersetzen, hätte man 60 Prozent der wirtschaftlich nutzbaren
Lithiumreserven verbraucht.
Markt
Wachstumsmärkte erkennen.
Mit der Verknüpfung der einzelnen Wirtschaftsfelder
entstehen neue Chancen. Die Durchsetzungsfähigkeit des
Elektroautos hängt von vielen produktionsseitigen Faktoren
rund um das Kosten-Leistungsverhältnis zusammen. Rohstoffpreise,
Herstellungsverfahren und Design bestimmen über die
Attraktivität alternativer Antriebe.Ebenso entscheidend für den
weiteren Verlauf der Marktentwicklung sind Maßnahmen zur
Netzintegration sowie neue Modelle für Nutzung und Vertrieb.
An den Schnittstellen zwischen Elektrofahrzeug und Stromnetz
liegen große Entwicklungspotentiale. Der nationale Entwicklungsplan
Elektromobilität setzt hier mit Modellversuchen und
Forschungsaufträgen bereits Akzente auf Markteinführung
und Marktvorbereitung.
Szenarien
Umsichtige Vorhersagen entwickeln
Wie stabil sind die prognostizierten Trends?
Ausgehend von aktuellen Voraussetzungen und Rahmenbedingungen
kann allenfalls mittelfristig mit einer Schwerpunktverschiebung
in der motorisierten Mobilität gerechnet werden.
Die bislang im Bereich der Kostensenkung und Leistungssteigerung
erzielten Fortschritte reichen noch nicht aus.
Exponat 10 - Elektromobilität aus ökonomischer Sicht 53

Dafür mögen fehlende wirtschaftliche Anreize und laut einer
Studie des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung zu
einseitige Diskussionen der möglichen Alternativen verantwortlich
sein. Brennstoffzellen, Biokraftstoffe, Hybridfahrzeuge
– verschiedenste Technologien machten in den letzten Jahren
von sich reden. Im marktwirtschaftlichen Zusammenhang
stellen allerdings auch sichere Prognosen für das Systemganze
einen Motivationsfaktor dar.
Orientierungen vornehmen: Wo stehen wir zur Mitte
des Jahrhunderts?
Ausbau von Modellversuchen. Diese sind nicht nur für die
Forschung von Interesse, sondern auch eine Möglichkeit, den
Entwicklungsstand breit zu kommunizieren. Der künstliche
Diesel-Boom der 1980er Jahre und die Null-Emissionspolitik
Kaliforniens 1996 sind Beispiele effizienter Lenkungsmechanismen.
Neben monetären Anreizen und Sanktionen sind aber
auch stadtplanerische Instrumente sehr wirkungsvoll.
Kundenakzeptanz
Entscheidungsmotive abgrenzen.
Der Grad der Elektrifizierung des Verkehrswesens bestimmt
den zukünftigen Energiebedarf.
Das Fraunhoferinstitut ISI hat diesbezüglich zwei Szenarien
entwickelt. Geht man von der fast vollständigen Bewältigung
derzeitiger Verkehrsaufkommen durch Plug-in-Hybrid und
Elektrofahrzeuge im Jahr 2050 aus, ergäbe sich in Deutschland
ein Bedarf von jährlich 70-90 Terrawattstunden (TWh). Das
wohl realistischere Szenario nimmt einen Anteil von etwa
17 Prozent alternativer Antriebe des Fahrzeugbestandes an.
Damit stiege der derzeitige Strombedarf von jährlich 605 TWh
um weitere 2,5 Prozent an.
Entscheidend für die Emissionsbilanz in beiden Szenarien ist
die Stromerzeugung aus regenerativen Energien oder CO2-
armer Energieerzeugung.
Kundenwünsche sind vielfältig und manchmal widersprüchlich.
Die Anschaffungskosten für ein Elektrofahrzeug liegen derzeit
bei rund 50 bis 100 Prozent über dem eines konventionellen
Kraftfahrzeugs, wenn Subventionen nicht betrachtet werden.
Geringe Reichweiten und mangelnde Lade-Infrastruktur stellen
weitere Verkaufshemnisse dar. Trotz steigender Auflagen und
möglicher Einsparungen in der Batterietechnologie ist nach
Expertenmeinung auch noch 2020 mit einer erheblichen
Kostendifferenz zu rechnen. Es müssen daher Anreize für die
Kaufentscheidung geschaffen werden.Ein Umdenken könnte
sich allerdings auch auf die Nutzungskonzepte erstrecken.
Welche Wege werden mit dem Privatauto zurückgelegt? Auch
die Alternativen zum eigenen Fuhrpark könnten über den
öffentlichen Verkehrsbetrieb hinaus ausgebaut werden.
Steuerungsmöglichkeiten wahrnehmen: Senkung des
Energiebedarfs und Verringerung der CO2-Belastung geben
die Richtung vor.
Elektromobilität wird langfristig günstiger - wenn alle mitmachen.
Doch wie die Verbraucher überzeugen?
Angesichts der sinkenden Verfügbarkeit erdöl-basierter
Kraftstoffe und der notwendigen Reduktion des weltweiten
CO2-Ausstoßes sind Maßnahmen der öffentlichen Hand und
Anreize für die Industrie dringend gefragt.
Dazu gehören Aufklärung und Information genauso wie der
Verantwortungsvoll konsumieren: Was wollen die Leute
wirklich?
Längst ist das Konsumverhalten als Ausdruck von gesellschaftlicher
Verantwortung im öffentlichen Bewusstsein verankert.
Ob biologischer, fairer oder nachhaltiger Handel, Kaufentscheidungen
können nicht mehr allein aufgrund von Geschmack
und Wirtschaftlichkeit getroffen werden. Doch ab welchem
Schwellenwert kommt dieses Argument zum Tragen? Die
Hälfte der Endkunden ist laut Umfragen bereit, einen Aufpreis
von bis zu 2.000,- Euro für ein Elektroauto zu bezahlen.
54 Exponat 10 - Elektromobilität aus ökonomischer Sicht

Zie verbleibende Lücke zwischen Zahlungsbereitschaft und
realen Mehrkosten könnte jedoch durch zusätzliche Anreize
geschlossen werden. Neben Prämien und Steuervorzügen
sollten hier auch Vergünstigungen wie eigene Parkplätze und
Fahrspuren in Betracht gezogen werden.
Speichermedium oder unterschiedlicher PKW. Diese Modelle
können weit mehr sein als eine Verlegenheitslösung.
Zentrale Elemente standardisieren: Elektromobile Gemeinschaften
versprechen ein besseres Leben.
Vernünftig wirtschaften: Anschaffungen mit Folgen
Nicht nur der Kaufpreis fällt bei der wirtschaftlich begründeten
Kaufentscheidung ins Gewicht, sondern auch spätere Kosten
wie der Energieverbrauch, Kosten für Strom bzw. Treibstoffe,
Steuern und Versicherung, Wartungserfordernisse, Preise für
Ersatzteile usw. spielen eine Rolle. In den „Total Costs of Ownership“
(Gesamthaltungskosten) TCO werden alle Kosten, die
mit der Haltung eines Fahrzeugs entstehen, zusammengefasst.
Unter heutigen Bedingungen liegt nicht nur der Anschaffungspreis,
sondern auch der TCO des Elektroautos über dem
eines konventionellen Fahrzeugs. Das heißt, dass sich höhere
Kaufpreise nicht über die Nutzungsdauer bezahlt machen.
Bereits im Jahr 2020 kann es für bestimmte Kundengruppen
allerdings anders aussehen.
Geschäftsmodelle
Verbreitungswege abwägen.
Verschiedene Strategien der Markteinführung bieten sich an.
Die beschränkten Reichweiten der Elektrofahrzeuge bleiben
nicht nur eine Herausforderung für die technologische Weiterentwicklung
von Batterien und Elektromotoren.
An sie knüpfen sich andererseits Chancen zukünftiger Geschäftsmodelle.Für
Netzbetreiber, Batteriehersteller, Mobilitätsanbieter
und Leasingfirmen entsteht ein interessanter Markt.
Noch wird der Automobilmarkt durch den Ankauf privater
Fahrzeuge bestimmt. Aber nur wenige Hersteller orientieren
sich für die Produktion der Elektroautos weiterhin an diesem
Modell. Leasing-, Miet- und Carsharing-Konzepte ermöglichen
den Wechsel und die temporäre Nutzung von Batterie, bzw.
In Israel und Dänemark kann man bereits seit 2007 Teil einer
Elektromobilen Gemeinschaft sein. „Better Place“ (Besserer
Ort) bietet dort künftig Infrastrukturlösungen für Elektroautohalter
an. Die Kunden erwerben ein Fahrzeug ohne eigenen
Speicher. Auswechselbare Batterien und Ladestationen werden
vom gleichnamigen Unternehmen zur Verfügung gestellt.
Ähnlich wie beim Mobilfunkvertrag zahlt der Kunde die
gefahrenen Kilometer. Strom, Service und Infrastruktur bezieht
er vom selben Anbieter. Für dieses Modell ist die Standardisierung
von Batterien von großer Bedeutung. Automobilhersteller
haben jedoch wegen möglicher Wertschöpfungsverluste
und Markenidentifikationsproblemen kaum ein Interesse an
Einheitsbatterien.
Nutzungsarten individualisieren: Kunden werden
zu Anbietern, Autos zu dezentralen Speichern.
Auch das Modell „Vehicle to Grid“ (Fahrzeug ans Netz)
verknüpft sich als Chance mit einem zentralen Problem bei der
Umstellung auf nachhaltige Energieversorgungs- und Mobilitätskonzepte.
Produktivitätsschwankungen bei der Erzeugung
regenerativer Energien gelten als Hindernis etwa beim
Ausstieg aus der Atomenergie. Das derzeitige Stromversorgungsnetz
kann Überkapazitäten nicht aufnehmen, fehlende
Speicher entsprechende Flauten bei Windkraftanlagen nicht
ausgleichen.
Das Auto als mobiler Stromspeicher bringt den Kunden als
aktiven Teilnehmer am Strommarkt ins Spiel. So könnte Energie
dann bezogen werden, wenn sie ausreichend vorhanden
und daher preisgünstig ist. Sie könnte darüber hinaus bei
Bedarfsspitzen ins Netz zurückgespeist und verkauft werden.
Exponat 10 - Elektromobilität aus ökonomischer Sicht 55

Fraunhofer-Institut für
Chemische Technologie ICT
Joseph-von-Fraunhofer-Straße 7
76327 Pfinztal (Berghausen)
Telefon +49 7214640-0
Fax +49 721 4640-111
info@ict.fraunhofer.de
www.ict.fraunhofer.de
56