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Donnerstag, 21. März 2019

Batterietechnologie

Warme Akkus halten länger

Von Klaus Reckert | 8. November 2018 | Ausgabe 45

Das Temperaturmanagement von Batterien ist von zentraler Bedeutung, was deren Lebensdauer und Kapazität betrifft. Neue Entwicklungen tragen dem Rechnung.

BU Batterien
Foto: panthermedia.net/mato181

Herausforderung Winter: Besonders bei niedrigen Temperaturen gehen Batterien gerne mal in die Knie. Abhilfe sollen verschiedene Methoden zum Temperaturmanagement für die Kraftspender schaffen.

Die Zeit des Bangens bei Kaltstarts hat wieder begonnen. Um den eigentlichen Startvorgang ihres Motors haben Fahrer eines Elektrofahrzeugs zwar in aller Regel weniger Sorge, sehr wohl aber um den Ladungszustand der Batterien, die diesem Energie zur Verfügung stellen. Denn durch kältere Temperaturen sinkt einerseits die Kapazität der Akkus und andererseits das Tempo, mit dem sie nachgeladen werden können.

Eine selbstheizende Batterie soll hier Abhilfe schaffen. Sie wurde an der Pennsylvania State University (PennState) entwickelt und nutzt zum Heizen eine dünne Nickelfolie. Wenn temperaturabhängig Elektronen durch die Nickelfolie fließen, erwärmt sich diese schnell durch den Widerstand und heizt so auch das Innere der Batterie. Der Clou: „Sobald die Temperatur der Batterie über der Außentemperatur liegt, endet der Heizvorgang und die Batterie kann gegebenenfalls nachgeladen werden“, wie der Professor für Chemical Engineering an der PennState erläutert.

Überdies erfordere die neue Akkutechnologie keinerlei Änderung an den bereits vorhandenen Ladestationen. Die Heizakkus haben laut den Wissenschaftlern 4500 jeweils viertelstündige Ladezyklen bei Temperaturen um den Gefrierpunkt mit nur 20 % Kapazitätsverlust überstanden. Dies entspräche einer Laufleistung von über 450 000 km und einer Verwendungsdauer von über zwölf Jahren.

Einen anderen Ansatz verfolgt das EU-Projekt Optemus (Optimised Energy Management and Use). Hier speichert die vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) maßgeblich mitentworfene Batterie ohnehin vorhandene thermische Energie. Im Mittelpunkt steht ein neuartiges Faserverbund-Sandwich-Batteriegehäuse, welches die in einem Phasenwechselmaterial-Verbundsystem (PCM-Verbund) gespeicherte Wärmeenergie zur Umgebung thermisch abschirmt.

Dieses basiert auf einem spritzgegossenen integralen Polymerschaum, welcher mithilfe des hybriden Fertigungsverfahrens beanspruchungsgerecht lokal mit hochfesten thermoplastischen Faserkunststoffverbunden (TP-FKV) verstärkt wird. Hierbei stellt der Schaum die Isolationsfähigkeit sicher. So können bei kaltem Wetter die temperatursensitiven Batteriezellen vor dem Start gezielt vorkonditioniert und mithilfe des thermisch isolierenden Gehäuses länger bei dieser optimalen Betriebstemperatur gehalten werden.

Eine aktive Temperierung könne meist vermieden werden, so die Fraunhofer-Spezialisten. Umgekehrt ist es möglich, kurzfristige, ungewollte Wärmeanstiege der Batterie abzuschwächen, die etwa bei Schnellladevorgängen entstehen können. „Die Material-, Struktur- und Prozesstechnologien sichern dem Fahrer eine zuverlässigere und gleichmäßige Reichweite seines batterieelektrischen Fahrzeugs“, erklärt Felix Weidmann, der am Fraunhofer LBF für das Forschungsprojekt verantwortlich war. „Auch Fahrzeugentwickler und Konstrukteure profitieren von einer neuen Prozesstechnologie für Funktionsintegration und Leichtbau.“