Forschungsteams aus aller Welt befassen sich damit, die Batterien von E-Autos zu verbessern, um größere Reichweiten zu erzielen. Auch hierzulande. So entwickelte man etwa am Austrian Institute of Technology ein energieeffizientes System zur Temperaturregelung der Akkus.
Die Reichweite ist immer noch ein Bremsklotz der Elektromobilität. Weltweit gelten die Forschungsanstrengungen auf dem Feld daher unter anderem der Optimierung von Batterien, damit E-Autos mit einer einzigen Akku-Ladung noch längere Strecken fahren können. Eine der Einrichtungen, die sich um eine Verbesserung des Leistungsvermögens der Batterien bemühen, ist das Austrian Institute of Technology (AIT). Dort wurde vor Kurzem ein Projekt zu Ende gebracht, das sich mit einem ganz speziellen Aspekt befasste: dem Temperaturmanagement.
Überhitzung lässt Batterien altern
„Jede Batterie kann nur innerhalb eines begrenzten Temperaturfensters von etwa 15 bis 30 Grad Celsius optimal Leistung abgeben, sie muss daher je nach Situation erwärmt oder gekühlt werden“, erklärt der Projektverantwortliche am AIT, Mirza Popovac. „Wird sie zu kalt oder zu heiß, dann liefert sie zu wenig Strom. Außerdem stellt insbesondere die Überhitzung ein Sicherheitsrisiko dar: Es kann zur Entwicklung von Gasen und letztlich zu einem Brand kommen.“ Zudem beschleunige übermäßige Hitzeentwicklung die Alterung der Batterien. Einer der Nachteile jener Kreisläufe zur Temperaturregulierung, mit denen die meisten E-Autos derzeit ausgestattet sind: Sie verbrauchen einen Teil der Energie, die eigentlich der Fahrleistung zugutekommen sollte. Zudem erhöhen sie das Gesamtgewicht des Fahrzeugs, was wiederum den Energiebedarf steigert und die Reichweite reduziert. Sie sind daher wenig effizient.
Popovac: „Was wir gemeinsam mit unseren Kooperationspartnern in acht europäischen Ländern entwickelt haben, ist ein alternatives, energieeffizientes Konzept für das Thermomanagement, das intelligent und skalierbar ist. Ein adaptives Design des Batteriesystems ermöglicht zudem eine flexible Erweiterung der Batteriekapazität.“ Herzstück sind kühlende Gehäuse, die jedes einzelne Pack – das sind die aus den Zellen aufgebauten Einheiten, aus denen Autobatterien bestehen – umgeben: Zwischen den Gehäusewänden sind Kühlplatten eingebaut, in denen eine Kühlflüssigkeit zirkuliert. Ein derartiges System ist für Industrieanwendungen bereits bekannt, wurde im Bereich der Elektromobilität bisher aber noch nicht zur Marktreife gebracht.
„Eine der Herausforderungen war es daher, eine reale Mobilitätsanwendung, eben ein Auto, damit auszustatten und den Machbarkeitsbeweis durch den Einsatz in der Praxis zu erbringen“, so der Forscher. „Die Expertinnen und Experten des AIT waren dabei unter anderem mit der Durchführung von Simulationen befasst. Die praktische Anwendung erfolgte in einem Demonstrationsfahrzeug, gebaut von unserem Kooperationspartner Fiat in Turin und validiert durch umfassende Testreihen auf Prüfständen, Teststrecken und im realen Straßenverkehr.“ Als Kühlflüssigkeit dient ein Gemisch aus Wasser und Öl. Das Forschungsteam hatte es zunächst unter anderem mit einem Mittel versucht, ähnlich jenem, das in Kühlschränken verwendet wird. Diese Option erwies sich jedoch, wie auch andere Möglichkeiten, als technisch nicht umsetzbar. „Die Schwierigkeit ist, dass sich die Bewegungen eines fahrenden Autos auf die Verteilung der Kühlflüssigkeit auswirken“, erklärt Popovac.
Nur 2,8 Prozent setzen auf E-Autos
Die Elektromobilität kommt in Österreich nicht so recht in Fahrt: Insgesamt kurven derzeit knapp 44.000 rein elektrisch betriebene Pkw auf den Straßen umher, das sind gerade einmal 2,8 Prozent aller zugelassenen Autos. Von knapp 20.000 Pkw-Neuzulassungen im September waren 4300 „Stromer“. Eine Forcierung der E-Mobilität, im Zusammenspiel mit anderen alternativen Antrieben, gilt als wichtigster Faktor bei der Dekarbonisierung des Straßenverkehrs und zum Erreichen der Klimaziele. „Für die Nutzerinnen und Nutzer der E-Mobilität stehen Kosten und Effizienz im Vordergrund“, betont Popovac. „Nur wenn die Erwartungen erfüllt werden, insbesondere in Bezug auf Ladezeit und Reichweite, und das zu akzeptablen Kosten, kann der Übergang von konventionellen Verbrennungsmotor- zu Elektrofahrzeugen reibungslos vonstattengehen.“
In Zahlen
30 Prozent der CO2-Emissionen in Österreich werden durch den Straßenverkehr verursacht. Eine
Forcierung der E-Mobilität würde diesen Wert verringern.
21 Grad Celsius – das ist die Temperatur, bei der die in Pkw üblicherweise eingebauten
Lithium-Ionen-Akkus den höchsten Wirkungsgrad haben.
2,8 Prozent aller Pkw in Österreich sind mit einem rein elektrischen Antrieb unterwegs.