RENEWBILITY „Stoffstromanalyse nachhaltige Mobilität im Kontext ...

Institut für Verkehrsforschung
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Batterietechnologie für die Fahrzeuganwendung
Übersicht der Energiespeicheroptionen
Mit dem zunehmenden Anteil des elektrischen Fahrzeugbetriebs steigen die
Anforderungen an das Energiespeichersystem. Ausgehend von der gewöhnlichen
Starterbatterie auf Bleibasis wurden zahlreiche leistungsfähigere Batteriekonzepte
entwickelt. Im Folgenden sollen die wesentlichen Ansprüche an Batterien im
Fahrzeugbetrieb zusammengefasst und die wichtigsten Speichersysteme und ihre
Anwendung vorgestellt werden.
Um den elektrischen Fahrzeugbetrieb zu ermöglichen, müssen Batterien eine
zunehmende Energie- und Leistungsdichte aufweisen, um sowohl eine hohe
Reichweite als auch eine angemessene Leistung bei akzeptablem Batteriegewicht und
-volumen gewährleisten zu können. Gleichzeitig muss durch den mobilen Einsatz die
Gefahr der plötzlichen und unkontrollierten Energieentladung durch Kurzschluss,
Überladung oder Überhitzung möglichst ausgeschlossen sein. Die Lebensdauer der
Batterie sollte mindestens der durchschnittlichen Fahrzeugnutzung (jedoch mindestens
8 Jahren) entsprechen. Generell verschlechtert sich die Batteriekapazität über die
kalendarische Lebensdauer, unabhängig von der Nutzungsweise, als auch durch die
Anzahl und die Art der Ladezyklen. Entsprechend ihrer Nutzung werden Batterien
bezüglich ihrer Leistungs- und Energiekapazität unterschiedlich ausgelegt. Die Batterie
muss gegenüber Temperaturschwankungen und Ladestatusschwankungen
unempfindlich sein und die Anforderungen an Leistung und Energie davon unabhängig
gewährleisten. Da die Batteriekosten die wesentlichen Zusatzkosten beim Einsatz in
Hybrid- und Elektrofahrzeugen darstellen, entscheiden diese über die Rentabilität eines
entsprechenden Fahrzeugs (CARB 2007).
Nickel-Cadmium-Batterien kamen in den 90 er Jahren in ersten Elektrofahrzeugen zum
Einsatz. Insbesondere aufgrund ihrer hohen Selbstentladung und der geringen
Toleranz gegenüber häufigen Lade- und Entladevorgängen wurde diese Technologie
weitgehend verdrängt (ENG 2007). Im letzten Jahrzehnt konnte der Preis von NiCd-
Batterien drastisch reduziert werden, weitere Kostensenkungen sind jedoch nicht zu
erwarten, da die Batteriekosten im Wesentlichen vom Nickel-Rohstoffpreis bestimmt
werden (MUNT 2007).
Sogenannte ZEBRA-Batterien auf Natrium-Nickelchlorid-Basis arbeiten im hohen
Temperaturbereich und kommen hauptsächlich bei Nutzfahrzeugen zum Einsatz. Sie
zeichnen sich durch eine lange Lebensdauer und Robustheit aus und verfügen über
eine relativ hohe Energiedichte bei moderaten Kosten. Aufgrund ihrer geringen
Leistungsdichte genügen sie jedoch nicht den Leistungsanforderungen von HEV,
PHEV und BEV und werden daher nur in geringer Stückzahl (1.500 pro Jahr)
produziert. Einsatzmöglichkeiten bieten sich bei kleinen BEV (Bsp. Smart ed in
London) und für hybridisierte Nutzfahrzeuge und Linienbusse (CARB 2007).
Die Nickel-Metallhydrid-(NiMH-)Batterie stellt momentan die Standardenergiespeichertechnologie
für Hybridfahrzeuge dar und wird auch in den bisher entwickelten
Endbericht, Teil 1
Dezember 2009