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Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL

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5.5 Änderung der Batterielebensdauer aufgrund unterschiedlicher Fahrzeugnutzungsszenarien<br />

zusammengefasst. Dabei ergibt sich ein Roadmap-Korridor, der die Bandbreite der verschiedenen<br />

Einzelroadmaps darstellt.<br />

5.5.1.1 Kostenabschätzungen <strong>von</strong> Batteriezellen und -modulen<br />

Für die Betrachtung der Kosten <strong>von</strong> Batteriesystemen ist eine schrittweise Untersuchung der<br />

Kosten der Einzelkomponenten notwendig. Je nach Einsatzfeld und Hersteller unterscheiden<br />

sich die Batteriekonzepte und da<strong>mit</strong> die eingesetzten Komponenten auf den unterschiedlichen<br />

Wertschöpfungsstufen. Im Folgenden werden die einzelnen Stufen, grob aufgeteilt in<br />

Zell-, Modul- und Packherstellung, kurz vorgestellt und die wichtigsten Ergebnisse der Analysen<br />

dargestellt.<br />

In vielen aktuellen Elektrofahrzeugen, wie z.B. dem Tesla Roadster oder dem Testfahrzeug<br />

<strong>von</strong> BMW, dem MiniE, werden handelsübliche Lithium-Ionen-Batteriezellen des Standardformats<br />

18650 verbaut. Da diese Massenprodukte darstellen, handelt es sich um kostengünstige<br />

Produkte <strong>mit</strong> entsprechenden Erfahrungswerten, allerdings optimiert für die Anwendung<br />

in elektronischen Geräten <strong>mit</strong> kürzeren Lebensdauern, wie sie in <strong>Fahrzeugen</strong> erwartet<br />

werden. Betrachtet man den Verlauf der Verkaufspreise und Absatzzahlen dieser kleinformatigen<br />

Zellen in den letzten 15 Jahren, so stellt man fest, dass diese <strong>mit</strong> steigendem Produktionsvolumen<br />

und technologischem Fortschritt die Herstellkosten und da<strong>mit</strong> die Preise <strong>von</strong><br />

über 1000US$/kWh auf heute 200–250US$/kWh 5 deutlich senken konnten [Bosch, 2010].<br />

An diesem Maßstab orientieren sich viele der Zielstellungen aus der Industrie.<br />

Die Tendenzen der <strong>mit</strong>tel- und langfristigen Forschung und Entwicklung <strong>von</strong> Lithium-Ionen-<br />

Batterien für den mobilen Einsatz gehen größtenteils in Richtung großformatiger Zellen. Im<br />

Folgenden werden daher ausschließlich die Herstellkosten für größere Batteriezellen und<br />

-module betrachtet.<br />

Batteriezellen<br />

Lithium-Ionen-Zellen bestehen aus gewickelten oder gestapelten Zellschichten. Die einzelnen<br />

Schichten werden aus den Elektroden (Aktivmaterial, leitfähige Additive, Polymerbinder<br />

<strong>mit</strong> Ableiter aus Aluminium (Pluspol) und Kupfer (Minuspol)) und dem Separator gebildet. Die<br />

Elektrodenräume sind <strong>mit</strong> einem leitfähigen Elektrolyten befüllt. Dieser kann flüssig (nichtwässrig,<br />

organisch) oder fest (Polymer) sein. Die Vielfalt der verfügbaren Materialien und<br />

Materialkombinationen ermöglicht ein anwendungsorientiertes Design der Lithium-Ionen-<br />

Zellen nach dem Baukastenprinzip. Die eingesetzten Materialien beeinflussen nicht nur die<br />

Eigenschaften, sondern ganz wesentlich auch die Kostenstruktur <strong>von</strong> Lithium-Ionen-Zellen.<br />

Für zukünftige Anwendungen in Elektrofahrzeugen sollen daher die Anteile teurer Materialien,<br />

wie z.B. Cobalt, durch Mischmaterialien reduziert oder durch Alternativen komplett ersetzt<br />

werden. Weitere Forschungsbestrebungen zielen auf den Einsatz <strong>von</strong> Materialien höherer<br />

Sicherheit, langer Lebensdauer sowie verbesserter spezifischer Energie und Leistung.<br />

Die Analysen der verfügbaren Kostenstudien [Anderman, 2009; BCG, 2010; Holman, 2008]<br />

zeigen, dass die verwendeten Materialien einen erheblichen Einfluss auf die Höhe und Ver-<br />

5<br />

Der Einfachheit halber wird im Folgenden <strong>mit</strong> US$ gerechnet. Bei Umrechnungen<br />

wurde einheitlich ein Umrechnungskurs <strong>von</strong> 1 Euro = ~1,4 US$ verwendet.<br />

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