Im April letzten Jahres wurde im Saft Batteries Industrial Battery Technology Center (CTBI) in San Sebastián de los Reyes der erste Prototyp eines Rollers mit dem EMIC-Batteriesystem vorgestellt. Zeitgleich wurde das System in Brüssel auf einer Veranstaltung speziell für Elektromobilität präsentiert. Die führenden Hersteller dieser Fahrzeugtypen haben die Erfindung begeistert aufgenommen und die Durchführung mehrerer Testläufe des Systems in ihren Fahrzeugen genehmigt.
Das Grundkonzept dieser Innovation ist „echte Mobilität“. Das System besteht im Wesentlichen darin, die Traktionsbatterie des Fahrzeugs in mehrere Teile zu unterteilen, die jeweils von einer einzelnen Person problemlos transportiert werden können. Beispielsweise besteht das im Prototyp gezeigte System aus zwei Batteriekartuschen, die jeweils genügend Energie für eine Reichweite von ca. 15 km im Stadtverkehr liefern und dabei die gesamte vom Fahrzeug benötigte Beschleunigung und Leistung bereitstellen. Mit beiden Kartuschen beträgt die Reichweite 30 km. Jede Kartusche wiegt lediglich 2 kg.
Die Energiemenge bzw. die Reichweite des Fahrzeugs hängt offensichtlich vom Gewicht der Batterie ab. Daher lassen sich Batteriemodule mit unterschiedlichen Energiekapazitäten zusammenstellen, um den jeweiligen Reichweitenanforderungen der Nutzer gerecht zu werden. Dies eröffnet eine Vielzahl von Vorteilen, darunter insbesondere folgende:
Das Elektromotorrad kann ohne Akku verkauft werden, sodass jeder Käufer die für seine Bedürfnisse passende Akkugröße wählen kann.
Die Akkus lassen sich an städtischen Ladestationen über ein Standardkabel aufladen oder einzeln zu Hause oder im Büro mit Tischladegeräten laden, indem man sie aus dem Motorrad entnimmt.
Ein einziges Motorrad genügt für den Mehrschichtbetrieb. Jede Schicht führt die Akkus entsprechend ihrem Reichweitenbedarf mit. Diese werden während der folgenden Schicht außerhalb des Fahrzeugs aufgeladen, während ein weiterer Satz Akkus die nächste Schicht mit Strom versorgt.
Es können Akkus mit unterschiedlichen Energiekapazitäten zusammengestellt werden; beispielsweise für Reichweiten von 15, 30 oder 45 km. Akkus unterschiedlicher Größe und unterschiedlichen Gewichts können im Laufe der Lebensdauer desselben Fahrzeugs kombiniert werden, um wechselnden Reichweitenanforderungen gerecht zu werden.
Das aktuell entwickelte System verbindet bis zu vier Kassetten über eine sogenannte Anschlusskarte mit dem Fahrzeug. Die Hauptfunktionen dieser Anschlusskarte sind folgende:
Individuelle Steuerung des Lade- und Entladevorgangs jeder einzelnen Batteriekartusche (BMS).
Gemeinsame Steuerung der Batterieleistung unter Berücksichtigung externer Faktoren (Strombedarf, Außentemperatur etc.).
Kontinuierliche Überwachung des Systemstatus und Übermittlung von Alarmen und Informationen an das Fahrzeug.
Schutz des Batteriesystems vor potenziellen Fehlfunktionen (Überspannung, Überhitzung etc.).
Datenspeicherung zur Bestimmung des Batteriezustands und zur Verfolgung der Lebensdauer.
Vereinfacht gesagt, basiert die Funktionsweise des Systems auf der charakteristischen Lade- und Entladekurve bestimmter elektrochemischer Systeme der Lithium-Ionen-Familie. Der Ladezustand der Batterie lässt sich dabei relativ einfach über die Leerlaufspannung bestimmen (siehe Abbildung 1). Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle Lithium-Ionen-Systeme für die Verwendung mit dem EMIC-System geeignet sind. Systeme mit sehr flachen Lade- und Entladekurven, wie beispielsweise solche mit LiFePO4-Kathoden, können mit diesem System nicht betrieben werden (siehe Abbildung 2).
Besonders hervorzuheben ist der algorithmische Ansatz des Systems zur Anzeige und Verwaltung von Batteriezustandsinformationen. Jede elektrochemische Technologie zeigt unterschiedliche Verhaltenseigenschaften in Reaktion auf bestimmte Signale. Umfassende Studien an unserem CTBI ermöglichen es uns, Spannungs-, Temperatur- und Strommessungen – gängige Messgrößen in diesen Systemen – mit der Batterielebensdauer zu korrelieren. Letztere ist ein besonders nützlicher Parameter für zyklische Anwendungen wie die in diesem Artikel vorgestellte.
Es versteht sich von selbst, dass neben unterschiedlichen Größen, Formen und Gewichten die Installationsflexibilität des Systems in einem Elektrofahrzeug beeindruckend ist. Die Möglichkeit, die Batterie in verschiedene Teile (Kartuschen) zu unterteilen, erlaubt es, diese an unterschiedlichen Positionen und Stellen im Fahrzeug zu platzieren und so beispielsweise aerodynamische Lasten auszugleichen. Dadurch ergeben sich vielfältige Lösungen. Jedes Teil muss schließlich über ein einfaches, kurzes Kabel mit der Anschlussplatine verbunden werden, die an einem sicheren Ort im Motorrad installiert wird. Stellen Sie sich die Anzahl der möglichen Konfigurationen vor.
Darüber hinaus ist zu beachten, dass Lithium-Ionen-Batterien je nach Anwendung in verschiedenen Formaten erhältlich sind (Abbildung 3). So gibt es beispielsweise Batteriemodelle mit hoher Kapazität und geringer Leistung, Modelle speziell für hohe Lade- und Entladeströme, Modelle mit unterschiedlicher Zyklenlebensdauer usw., die alle mit dem EMIC-System konfiguriert werden können. Mit anderen Worten: Das EMIC-System ist nicht nur ein Batteriesystem für die Elektromobilität kleiner Fahrzeuge; Es handelt sich um eine Erfindung, die die Tür zu vielfältigen Anwendungen öffnet, bei denen die Batterie, wie wir sie heute kennen, notwendig ist, aber aus verschiedenen Gründen Nachteile bei der Installation und der Autonomie aufweist.
Abschließend möchte ich noch die einfache Integration des EMIC-Systems in intelligente Stromnetze hervorheben. Dies ist der Menge und Qualität der von ihm verarbeiteten Informationen zum Batteriestatus sowie seiner Fähigkeit, über verschiedene Protokolle mit diversen Geräten in komplexen Systemen zu kommunizieren, zu verdanken. Dadurch eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten für das Batteriemanagement in den Stromnetzen der Zukunft.
Autor:
Joaquín J. Chacón Guadalix, General Manager – Saft Baterías SL.
