Eine neue Batterie-Technik könnte die Lebensdauer von E-Auto-Akkus um bis zu 20 Prozent verlängern. Gleichzeitig könnten so die Kosten für Fahrzeughalter sinken. Forscher haben eine Lösung entwickelt, die ein bekanntes Problem heutiger Batterien entschärfen soll.
Die Lebensdauer von E-Auto-Akkus ist für viele Fahrzeughalter ein entscheidender Faktor. Denn mit zunehmendem Alter verlieren die Batteriezellen an Kapazität und Leistungsfähigkeit, wodurch die Reichweite des Fahrzeugs sinken kann.
Besonders problematisch ist dabei, dass nicht alle Zellen gleich schnell altern. Aber schon wenige schwache Zellen können die nutzbare Kapazität des gesamten Akkupacks begrenzen, obwohl viele der übrigen Zellen noch leistungsfähig sind.
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Forscher der schwedischen Chalmers University of Technology haben eine neue Batteriearchitektur entwickelt, die genau dieses Problem lösen könnte. Sie soll verhindern, dass einzelne schwache Zellen die Leistungsfähigkeit des gesamten Akkupacks beeinträchtigen.
So könnten E-Auto-Akkus eine über 20 Prozent längere Lebensdauer erreichen
Ein E-Auto-Akku besteht aus vielen miteinander verbundenen Batteriezellen. Diese sind allerdings nicht identisch, da es bereits bei der Herstellung zu Unterschieden kommen kann.
Mit zunehmender Nutzung und Alterung der Zellen verstärken sich diese Unterschiede, weshalb einige Zellen schneller an Leistung verlieren als andere. Das wiederum hat Einfluss auf die Gesamtleistung des E-Auto-Akkus.
In herkömmlichen Akkupacks sind die Zellen in einer festen Konfiguration miteinander verbunden. „Alle Zellen müssen sich im Tempo der langsamsten Zelle bewegen und anhalten, sobald diese anhält, unabhängig davon, wie viel Energie die anderen noch haben“, erklärt Doktorand Albert Škegro von der Chalmers University of Technology.
Die Forscher haben nun aber eine Art der Batteriearchitektur untersucht, bei der „die Batterie die problematische Zelle umgehen und die verbleibenden Zellen weiter nutzen“ kann. Mithilfe dieser Technik könnten E-Auto-Akkus unter bestimmten Bedingungen deutlich länger genutzt werden als bisher.
Forscher entwickeln rekonfigurierbare Akkupacks
In ihrer Studie, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, zeigen die Forscher um Škegro, wie rekonfigurierbare Akkupacks die Problematik herkömmlicher E-Auto-Akkus lösen können. Denn ein rekonfigurierbares Pack kann die Verbindungen zwischen seinen Zellen verändern.
Zellen, die die Leistung des Akkus begrenzen, können dabei mithilfe von Schaltern und Steuerungssystemen isoliert werden. Dies ermöglicht die Nutzung eines großen Teils der verbleibenden Batteriekapazität.
Den Berechnungen der Forscher zufolge könnte die neue Batteriearchitektur die Lebensdauer von E-Auto-Akkus um mehr als 20 Prozent verlängern. Allerdings handelt es sich dabei um einen theoretischen Maximalwert. Das Modell setzt voraus, dass jede Batteriezelle einzeln und optimal gesteuert werden kann – was bei heutigen kommerziellen Systemen noch nicht der Fall ist.
Anhand eines beispielhaften E-Autos mit einer 80-kWh-Batterie und einer jährlichen Fahrleistung von 12.000 Kilometern konnten die Forscher den praktischen Nutzen berechnen. Demnach könnte die neue Batteriearchitektur einen notwendigen Akkuwechsel um rund 14 Monate hinauszögern.
Gleichzeitig würde die Batterie weniger verschleißen und dadurch beim Ausbau aus dem Fahrzeug einen höheren Restwert besitzen. „Für einen privaten Besitzer eines Elektrofahrzeugs könnte dies bedeuten, den Batteriewechsel hinauszuzögern. Für einen Fuhrpark mit Hunderten von Akkus kann die Verschiebung dieser Kosten um ein Jahr erhebliche Einsparungen bedeuten“, so Škegro.
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