Normierung = Erfolg

Elektrofahrzeuge gelangen massenweise in den Mobilitätsmarkt, wenn Konstrukteure das BEV um die zentrale Komponente, den Traktionsakku, herumbauen können. Kraftstoffe erfüllen heute Mindestanforderungen. Diese werden in den europäischen Kraftstoffnormen EN228 (Otto-Kraftstoff), bzw. E590 (Diesel) definiert. Ingenieure konstruieren ihre Aggregate selbstverständlich im Rahmen dieser Normen. Ebenso muss auch der Traktionsakku im Rahmen einer Normierung erfasst werden. Damit wird er zum verlässlichen Ausgangspunkt bei der Entwicklung des Antriebsstrangs im BEV werden.

Normierung des Traktionsakkus ist der Schlüssel zu einer ganzen Reihe systemischer Vorteile. Sie führt zu geringen Fertigungskosten und, daraus resultierend, zu hoher Nachfrage und großen Stückzahlen. Konkurrieren viele Hersteller im Rahmen gesetzter Normen und Standards, entwickelt sich die Produktgüte schnell weiter. Am Ende des Zyklus können genormte Akkus automatisiert und damit kostengünstig und in vollem Umfang recycelt werden. Somit sinkt der Rohstoff-Bedarf bei Erreichen der Marktsättigung signifikant ab.

Der Traktionsakku weist bei E-PKW und Transportern meist eine Nennspannung von 350 bis 400 Volt auf, was dem üblichen Dreiphasenwechselstrom entspricht. Es macht Sinn, diesen Standard grundsätzlich für den Traktionsakku beizubehalten, z.B. um Durchmesser und Gewicht von Stromkabeln gering zu halten. Ebenso müssen sich Hersteller auf robuste Kupplungen einigen, um Akkus zuverlässig mit dem Bordnetz zu verbinden. Diese Elemente sollten gleichzeitig wartungsfreundlich sein, um bei Bedarf ersetzt werden zu können.

Besondere Bedeutung kommt der Normung der Außenmaße zu. Ein verlässlicher Weg zur Ermittlung des Optimums ist eine Analyse der Fahrzeugflotte hinsichtlich heute vorgefundener Abmessungen zwischen Achsen, Höhe von Sandwichböden etc.

Quelle: 3SAT, Makro, 02. Feb.2019

Einzelne galvanische Zellen, also Akkuzellen, ähneln meist kleinen Säulen. Sie sind in ihrer äußeren Erscheinung vergleichbar mit handelsüblichen Haushaltsbatterien. Eine größere Anzahl solcher Zellen bildet ein Akku-Modul. Mehrere Module bilden den Traktionsakku. Die Bauhöhe einer Zelle definiert maßgeblich die Gesamthöhe des Traktionsakkus. Eine europäische Zellproduktion erlangt damit zusätzliche Bedeutung, weil eigene Maße für die europäischen Hersteller eventuell konstruktive Vorteile bringen.

Da die Abmessungen in Fahrzeugböden, insbesondere die Höhe des Sandwichbodens, im Fahrzeugbau einerseits, und die Maße von Akkuzellen in der Massenfertigung andererseits, begrenzt sind, ist die Festlegung insbesondere einer Normhöhe für den Traktionsakku relativ leicht realisierbar.

Durch serielle Verschaltung der Einzelzellen ergibt sich die Fahr- bzw. Traktionsspannung. Wird die Baugröße der Zellen verändert oder werden Zellen parallel geschaltet, können Speicherkapazität und Strombelastbarkeit erhöht werden. Das Produkt aus Traktionsspannung (Volt) und elektrischer Ladung/ galvanischer Ladung (Ampere-Stunden) ergibt den Energiegehalt der so entstandenen Traktionsbatterie.

sinnvolle Dimensionierung (blaue Umrandung) des Wechselakkus am Beispiel des Traktionsakkus des BMW i3 (Quelle BMW)

Den eher theoretischen konstruktiven Beschränkungen im Fahrzeugbau stehen somit erhebliche Vorteile einer Normierung des Akkumoduls gegenüber:

  • Nutzung in jedem Fahrzeug und Fahrzeugtyp, unabhängig vom Herstellungsdatum.
  • günstige Konditionen für Massenfertigung
  • Vereinfachung von Reparatur und Wartung
  • günstiges und umfassendes Recycling auf industriellem Niveau
  • Einsatz auch in genormten stationären Racks

Für stark belastbare Lithium-Ionen Akkus hat sich die Angabe der Strombelastbarkeit (anstelle der Angabe der Kapazität) durchgesetzt. Oft wird sie als C-Koeffizient bezeichnet. Dabei werden Lade- bzw. Entladestrom auf die maximale Kapazität eines Akkus bezogen, um unterschiedliche Typen vergleichen zu können. Ein C-Koeffizient von 1C bedeutet, dass eine Batterie innerhalb einer Stunde komplett ge- oder entladen ist. Ein C-Koeffizient kleiner als 1, dass es länger als eine Stunde dauert und ein C-Koeffizient größer als 1, dass es weniger als eine Stunde dauert.

Die Kapazität einer typischen Zelle mit 3,2 Volt und 100 Ah, die bei Standardentladung mit 0,5 C ( 0,5 CA) entladen wird, wurde folglich mit einem Entladestrom von 50 Ampere über zwei Stunden ermittelt. Die Kapazitätsangaben bei 0,5 C oder 1 C sind inzwischen üblich, wobei die zulässige Dauerbelastbarkeit durchaus 3 C oder mehr (im Beispiel bei 3 C also 300 A), die kurzzeitige Belastung noch deutlich mehr ( 20 C, also 2000 A) betragen kann.

Immer häufiger wird die Kapazität eines Traktionsakkus nicht mehr in Amperestunden der Einzelzellen, sondern in Wattstunden angegeben. Damit werden unterschiedliche Bauarten miteinander vergleichbar, weil die Spannung mit einfließt.



Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Diese Website verwendet Akismet, um Spam zu reduzieren. Erfahre mehr darüber, wie deine Kommentardaten verarbeitet werden.