Realisation leichter und nachhaltiger EV-Batterien
Batteriebetriebene Elektrofahrzeuge (BEVs) und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge (PHEVs) sind immer häufiger auf europäischen Straßen anzutreffen. Verbraucher erkennen die Vorteile von Elektrofahrzeugen, wie reduzierte Treibhausgasemissionen, leisere Motoren und eine geringere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Was die Einführung angeht, muss die Branche jedoch noch große Hürden überwinden – insbesondere in Bezug auf Batteriekosten, Autonomie, Ladezeit und Nachhaltigkeit.
Kürzere Batterieladezeit, bessere Leistung
Das EU-finanzierte Projekt MARBEL(öffnet in neuem Fenster) versuchte, diese Herausforderungen zu bewältigen, indem es leichte, nachhaltige und leistungsstarke Akkus der nächsten Generation konzipierte und testete, die umweltverträglich und kreislauforientiert ausgelegt sind. „Die Verringerung des Batteriegewichts und die Optimierung der Energiedichte bedeuten weniger Energieverbrauch und dementsprechend mehr Kilometer“, erklärt Eduard Piqueras, MARBEL-Projektkoordinator vom Eurecat Technology Centre(öffnet in neuem Fenster) in Spanien. „Wir untersuchten auch, wie wir die Leistung des Batteriesystems steigern können, indem wir die Temperaturen auf einem optimalen Niveau halten, um den Abbau zu minimieren. Dadurch wird ein schnelleres Aufladen sowie eine längere Lebensdauer des Akkus ermöglicht.“
Kreislaufwirtschaft im Batteriedesign
Das Kreislaufprinzip(öffnet in neuem Fenster) wurde bereits in den frühesten Phasen der Batterieentwicklung integriert. Das MARBEL-Team verfolgte eine modulare Designphilosophie, die Reparaturfreundlichkeit, Demontage und Wiederverwendung unterstützt – Schlüsselelemente eines kreislauforientierten Akkupacks. Wo immer es technisch möglich war, wurde recycelten Inhalten der Vorzug gegeben. So wurde beispielsweise ein Batteriegehäuse, das zu 60 % aus recyceltem Aluminium hergestellt wurde, verwendet. Bei der Konstruktion wurde das Wiederverwendungspotenzial mehrerer Komponenten berücksichtigt.
Intelligentes Batteriemanagementsystem
Das Batteriemanagementsystem (BMS) wurde so ausgelegt, dass es als „Gehirn“ der Batterie fungiert: Es umfasst drahtlose Kommunikation und intelligente Energieüberwachung in Echtzeit, und jede Batteriezelle kann über Bluetooth direkt mit dem BMS kommunizieren. Weniger Drähte bedeuten auch niedrigere Kosten, geringeres Gewicht und weniger Komplexität. Um die Leistungsfähigkeit der MARBEL-Batterieprototypen zu bewerten, wurde ein flexibler Batterie-Prüfstand gebaut. Dieser war in der Lage, aus der Ferne mit einem Motor-Prüfstand zu kommunizieren, was bedeutete, dass die Tests zwischen den Labors per Fernzugriff durchgeführt werden konnten. Außerdem wurde künstliche Intelligenz für die Datenverarbeitung eingesetzt. Die Batterieprototypen von MARBEL konnten Fortschritte bei der Bewältigung der beiden Hauptprobleme seitens der Verbraucher demonstrieren: begrenzte Fahrzeugautonomie und lange Ladezeiten. Darüber hinaus wurden wichtige Schritte unternommen, um den Wartungsaufwand und die Gesamtkosten zu reduzieren und gleichzeitig den Grundsätzen der Nachhaltigkeit über den gesamten Lebenszyklus hinweg Rechnung zu tragen.
Stärkung von Second-Life-Anwendungen
MARBEL befasste sich außerdem mit dem End-of-Life-Management und Second-Life-Anwendungen. Es wurden Strategien entwickelt, mit denen hochreine kritische Rohstoffe wie Lithium, Nickel, Mangan, Kobalt und Graphit aus ausgedienten Zellen rückgewonnen werden können. Dieser Ansatz ist für die Einhaltung der EU-Batterieverordnung(öffnet in neuem Fenster) unerlässlich. Zudem hat MARBEL gezeigt, wie Second-Life-Anwendungen den Nutzwert von Batterien verlängern können, wobei sich die Durchführbarkeitsstudien auf Elektromotorräder konzentrierten. Die modulare Architektur erleichterte ihre Demontage und Neukonfiguration, was eine einfache Integration in alternative Mobilitätslösungen ermöglicht. Indem dieser Ansatz die Ressourceneffizienz verbessert und die Lebensdauer der Komponenten verlängert, werden die Umweltauswirkungen in der gesamten Wertschöpfungskette der Batterien verringert. „Unser Ziel war es von Anfang an, die Einführung von Elektrofahrzeugen durch Batterien zu unterstützen, die nicht nur leistungsstark, sondern auch lebenszyklusorientierter und nachhaltiger sind“, so Piqueras abschließend. „So sollten die Akkus der Zukunft aussehen: intelligent, effizient und nachhaltig im Design.“ Insgesamt wurden etwa 20 verwertbare Ergebnisse ermittelt, die nun im Rahmen künftiger Projekte und der Zusammenarbeit mit dem COLLABAT(öffnet in neuem Fenster) –Projektcluster erforscht werden sollen. Das im Rahmen des Projekts MARBEL erworbene Know-how bildet die Grundlage für neue Entwicklungen hinsichtlich nachhaltigerer und kreislauffähigerer Batteriepacks.