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Batterie
Die Batterie in einem elektrifizierten Fahrzeugantriebsstrang ist ein hochkomplexes System. Die Lithium-Ionen-Technologie bietet Chancen und Herausforderungen in einer Reihe von Bereichen - Gewicht, Energie, das Paket, Sicherheit, Lebensdauer und nicht zuletzt Kosten.
Lithium-Ionen-Batterien liefern eine weitgehend konstante Spannung und sind in weiten Bereichen thermisch stabil. Sie haben wenig Selbstentladung und unterliegen keinen Memory-Effekten. Die Entwicklungsarbeiten werden derzeit in einem fieberhaften Tempo durchgeführt. Für die Komponenten der Zellen allein - Anode, Kathode, Separator und Elektrolyt - stehen für jedes Bauteil bis zu 40 Materialien zur Verfügung. Audi unterscheidet zwei Grundtypen von Lithium-Ionen-Batterien. Hochleistungsbatterien sind für den Einsatz in Hybridfahrzeugen geeignet. Hochenergiebatterien hingegen sind für Fahrzeuge gedacht, die längere Strecken unter Strom fahren.
Die Energie, die von einer Batterie gespeichert werden kann, wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Indem wir die Energie auf die Masse der Batterie beziehen, erhalten wir die Energiedichte. Derzeit haben Lithium-Ionen-Batterien im Automobilbereich eine Energiedichte von etwa 0,14 kWh pro Kilogramm. Vor diesem Hintergrund ist bis zum Jahr 2020 mit einer Energiedichte von 2,5 kWh pro kg zu rechnen. Zum Vergleich: Ein Kilogramm Benzin (ca. 1,33 Liter) enthält ca. 12 kWh Energie.
Die Lebensdauer einer Lithium-Ionen-Batterie im Fahrzeug kann auf zehn Jahre oder mehr geschätzt werden, wenn die Batterie auf einer moderaten Temperatur gehalten wird. Ebenso wichtig wie der saisonale Faktor sind das Lastprofil und die Intensität der Lade- und Entladezyklen - eine regelmäßige Schnellladung mit hohem Strom verkürzt die Lebensdauer ebenso wie eine häufige Tiefentladung. Hochleistungsbatterien werden im Allgemeinen auf ungefähr 50% Ladezustand (SOC) entladen; Hochenergiebatterien haben eine Untergrenze von etwa 20 Prozent. Wenn diese Grenzwerte eingehalten werden, können die Batterien mehrere tausend Lade- und Entladezyklen durchlaufen, bevor ihre Leistung merklich abnimmt.
Überladung und Tiefentladung müssen ebenfalls vermieden werden, da sie die Zellen zerstören können. Umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen minimieren dieses Risiko - die Temperatur wird präzise von Sensoren überwacht, während elektrische Sicherungen und Überdruckventile in den Zellen Kettenreaktionen im System verhindern.
Da fließende Ströme erhebliche Wärmemengen erzeugen, ist ein Kühlsystem erforderlich, um die Batterie im geeigneten Bereich von ungefähr 25 bis 45 Grad Celsius (77 bis 113 Grad Fahrenheit) zu halten. Höhere und niedrigere Temperaturen verkürzen die Lebensdauer - höhere Temperaturen tun dies auch, wenn die Batterie nicht belastet wird. Die Aufgabe des Kühlsystems (entweder Luft oder Flüssigkeitssysteme können verwendet werden) besteht darin, die meisten Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Zellen auszugleichen.
Audi und andere Automobilhersteller entwickeln gemeinsam mit dem Verband der deutschen Automobilindustrie einheitliche Standards für Batteriezellen. Prismatische Zellen, die hier besonders interessant sind, erzeugen zwischen 500 W (für Hybridfahrzeuge) und mehr als 1.500 W (für schwere Elektrofahrzeuge). Ihre Kapazität beginnt bei etwa 130 cm3 (8 in3) und endet bei knapp 900 cm3 (55 in3). Verglichen mit runden Zellen haben flache Zellen eine große Oberfläche im Verhältnis zum Volumen, was bedeutet, dass sie Wärme sehr gut ableiten können. Sie können auch zusammengepackt werden, um Platz zu sparen.
Weitere Komponenten runden das Batteriesystem ab, nämlich die Hochspannungs- und Serviceanschlüsse, das elektronische Batteriemanagementsystem, die elektromechanischen Komponenten, das Gehäuse sowie die Sensoren und Aktoren. Alle diese Komponenten und deren Montage machen es möglich, dass die Kosten immer noch hoch sind: Lithium-Ionen-Batterien kosten mehrere hundert Euro pro Kilowattstunde. Audi erwartet, dass dieser Preis in den nächsten zehn Jahren um 50 Prozent sinken wird.
Audi Q5: Die Lithium-Ionen-Batterie wiegt nur 38 Kilogramm
Die Batterie in einem elektrifizierten Fahrzeugantriebsstrang ist ein hochkomplexes System. Die Lithium-Ionen-Technologie bietet Chancen und Herausforderungen in einer Reihe von Bereichen - Gewicht, Energie, das Paket, Sicherheit, Lebensdauer und nicht zuletzt Kosten.
Lithium-Ionen-Batterien liefern eine weitgehend konstante Spannung und sind in weiten Bereichen thermisch stabil. Sie haben wenig Selbstentladung und unterliegen keinen Memory-Effekten. Die Entwicklungsarbeiten werden derzeit in einem fieberhaften Tempo durchgeführt. Für die Komponenten der Zellen allein - Anode, Kathode, Separator und Elektrolyt - stehen für jedes Bauteil bis zu 40 Materialien zur Verfügung. Audi unterscheidet zwei Grundtypen von Lithium-Ionen-Batterien. Hochleistungsbatterien sind für den Einsatz in Hybridfahrzeugen geeignet. Hochenergiebatterien hingegen sind für Fahrzeuge gedacht, die längere Strecken unter Strom fahren.
Die Energie, die von einer Batterie gespeichert werden kann, wird in Kilowattstunden (kWh) angegeben. Indem wir die Energie auf die Masse der Batterie beziehen, erhalten wir die Energiedichte. Derzeit haben Lithium-Ionen-Batterien im Automobilbereich eine Energiedichte von etwa 0,14 kWh pro Kilogramm. Vor diesem Hintergrund ist bis zum Jahr 2020 mit einer Energiedichte von 2,5 kWh pro kg zu rechnen. Zum Vergleich: Ein Kilogramm Benzin (ca. 1,33 Liter) enthält ca. 12 kWh Energie.
Die Lebensdauer einer Lithium-Ionen-Batterie im Fahrzeug kann auf zehn Jahre oder mehr geschätzt werden, wenn die Batterie auf einer moderaten Temperatur gehalten wird. Ebenso wichtig wie der saisonale Faktor sind das Lastprofil und die Intensität der Lade- und Entladezyklen - eine regelmäßige Schnellladung mit hohem Strom verkürzt die Lebensdauer ebenso wie eine häufige Tiefentladung. Hochleistungsbatterien werden im Allgemeinen auf ungefähr 50% Ladezustand (SOC) entladen; Hochenergiebatterien haben eine Untergrenze von etwa 20 Prozent. Wenn diese Grenzwerte eingehalten werden, können die Batterien mehrere tausend Lade- und Entladezyklen durchlaufen, bevor ihre Leistung merklich abnimmt.
Überladung und Tiefentladung müssen ebenfalls vermieden werden, da sie die Zellen zerstören können. Umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen minimieren dieses Risiko - die Temperatur wird präzise von Sensoren überwacht, während elektrische Sicherungen und Überdruckventile in den Zellen Kettenreaktionen im System verhindern.
Da fließende Ströme erhebliche Wärmemengen erzeugen, ist ein Kühlsystem erforderlich, um die Batterie im geeigneten Bereich von ungefähr 25 bis 45 Grad Celsius (77 bis 113 Grad Fahrenheit) zu halten. Höhere und niedrigere Temperaturen verkürzen die Lebensdauer - höhere Temperaturen tun dies auch, wenn die Batterie nicht belastet wird. Die Aufgabe des Kühlsystems (entweder Luft oder Flüssigkeitssysteme können verwendet werden) besteht darin, die meisten Temperaturunterschiede zwischen einzelnen Zellen auszugleichen.
Audi und andere Automobilhersteller entwickeln gemeinsam mit dem Verband der deutschen Automobilindustrie einheitliche Standards für Batteriezellen. Prismatische Zellen, die hier besonders interessant sind, erzeugen zwischen 500 W (für Hybridfahrzeuge) und mehr als 1.500 W (für schwere Elektrofahrzeuge). Ihre Kapazität beginnt bei etwa 130 cm3 (8 in3) und endet bei knapp 900 cm3 (55 in3). Verglichen mit runden Zellen haben flache Zellen eine große Oberfläche im Verhältnis zum Volumen, was bedeutet, dass sie Wärme sehr gut ableiten können. Sie können auch zusammengepackt werden, um Platz zu sparen.
Weitere Komponenten runden das Batteriesystem ab, nämlich die Hochspannungs- und Serviceanschlüsse, das elektronische Batteriemanagementsystem, die elektromechanischen Komponenten, das Gehäuse sowie die Sensoren und Aktoren. Alle diese Komponenten und deren Montage machen es möglich, dass die Kosten immer noch hoch sind: Lithium-Ionen-Batterien kosten mehrere hundert Euro pro Kilowattstunde. Audi erwartet, dass dieser Preis in den nächsten zehn Jahren um 50 Prozent sinken wird.
