Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL

5. Trends in der Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Fahrzeugen und deren Nutzung
Um die zukünftige Entwicklung der Eigenschaften und Kosten von Lithium-Ionen-Batterien
abschätzen zu können, wird in diesem Unterkapitel eine aggregierte Roadmap vorgestellt.
Die Erkenntnisse dieser Recherche fließen in die Auslegung der Fahrzeug- und Batteriemodelle
für die Stützjahre 2015, 2020, 2025 und 2030 ein. Das für die Simulation der Szenarien
verwendete energieflussbasierte Batteriemodell wird vorgestellt. Dieses Modell berücksichtigt
den alterungsbedingten Energieverlust der Fahrzeugbatterie und ermöglicht somit Aussagen
über die Änderung der Speicherlebensdauer relativ zu unterschiedlichen Belastungen,
welche durch verschiedene Fahrzyklen, Ladestrategien und Netzdienste verursacht werden.
5.5.1 Batterie Roadmap 2020+
Lithium-Ionen-Batteriezellen und -systeme für elektronische Geräte, wie z.B. Laptops,
Smartphones, Videokameras und viele mehr, sind bereits sehr weit entwickelt und stellen mit
Produktionsmengen von mehreren Millionen Stückzahlen pro Jahr den heutigen Stand der
Technik in diesen Segmenten dar. Für neue Anwendungsfelder, insbesondere die Elektromobilität,
ergeben sich jedoch zukünftig neue und andere Anforderungen hinsichtlich Sicherheit,
Lebensdauer, Kapazität und Leistung. Dieses neue Anforderungsprofil bedingt weitere
Forschungs- und Entwicklungsanstrengungen, die eine stetige Verbesserung des Stands der
Technik ermöglichen. Um diese zukünftige Entwicklung möglichst gut abzuschätzen und entsprechende
Meilensteine für Entwicklungsprogramme vorzugeben, werden von verschiedenen
Institutionen so genannte Technologie-Roadmaps entwickelt. Wesentliche Zielparameter
die dabei abgeschätzt werden, sind die zeitliche Entwicklung der Kosten pro kWh, der Lebensdauer
(zyklisch und kalendarisch), sowie der spezifischen Leistung und Energie auf
Zell- und Systemebene. Der wichtige Aspekt der Sicherheit kann dagegen nur schwer mit
messbaren Größen dargestellt werden und wird daher in den meisten Roadmaps nicht quantitativ
berücksichtigt.
Innerhalb des NET-ELAN Projektes werden Modelle zur Bestimmung der Alterung entwickelt
und der damit verbundene Einfluss auf Kosteneffekte, unter anderem auf die Total-Cost-of-
Ownership (TCO) von Elektrofahrzeugen und die Verdienstmöglichkeiten durch Netzdienstleistungen,
abgeschätzt (Kapitel 7.1.1). Der Wertverlust einer Batterie hängt von der Art und
Weise ihrer Nutzung ab. Eine bestimmte Belastungsanfrage kann mit einem Batteriemodell
simuliert werden. Die belastungsbedingte Alterung wird von dem Teilmodell für Alterungseffekte
prognostiziert. Als Datengrundlage für ein entsprechendes Kostenmodell ist die Kenntnis
des Preises bzw. der Höhe der Investition in eine Batterie für Elektrofahrzeuge erforderlich.
Zunächst werden daher die Kosten von Batterien auf Zell- und Systemebene sowie deren
zukünftiger Verlauf anhand einer umfassenden Literaturrecherche ermittelt.
Für die umfassende Modellierung zukünftiger Batteriesysteme (Zeitraum bis 2030) ist zudem
eine fundierte Datengrundlage der weiteren oben genannten Parameter notwendig. In einem
zweiten Schritt werden die bereits genannten Zielparameter verschiedener Technologieroadmaps
für Batteriezellen und -systeme, z.B. der Institutionen METI, EUCAR, USABC und
auch der Industrie, zusammengestellt und in einer aggregierten Roadmap zusammengeführt.
Im Folgenden werden zunächst die Ergebnisse der Literaturrecherche und anschließend die
einzelnen Roadmaps vorgestellt. Im letzten Abschnitt wird die aggregierte Roadmap grafisch
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