MARBEL: Neues Batteriekonzept für bessere Reparatur und Recycling

Das soll die Reparatureffizienz, die Wiederverwendung in anderen Anwendungen und die Wiederverwertbarkeit direkt verbessern, wie es in einer Mitteilung heißt. Um dies zu erreichen, enthalten die entwickelten Batteriepacks bis zu 60 Prozent recyceltes Aluminium – das entspricht einer Einsparung von bis zu 777 Kilogramm CO2-Emissionen pro Pack – und setzen auf Modularität, um die Lebensdauer der Batterie und ihrer Komponenten zu verlängern.

Derzeit müssen Batterie-Entwickler bei der Konzeption eines Batteriepacks viele Faktoren gegeneinander abwägen. Ein Cell-to-Pack-Konzept mit verklebten Batteriezellen verbessert zwar die Stabilität und erhöht vor allem die Energiedichte auf Pack-Ebene, verklebte Zellen können allerdings schlechter ausgebaut werden, was nicht gut für eine einfache Reparatur oder das Recycling ist. Auf der anderen Seite kann eine nach Ökodesign-Prinzipien entworfene Batterie die Umweltbelastung senken und die Kreislaufwirtschaft fördern.

Kern des Systems ist eine intelligente Architektur, die Stromschienen für die Verbindungen nutzt. Diese sollen sich mit „Standardschrauben einfach montieren und demontieren“ lassen – im Vergleich zu einer spezifischen Verkabelung für ein Batteriepack. „Ihre flexiblen Formate wurden optimiert, um die Montage zu vereinfachen und möglichen Vibrationen im Fahrzeugbatteriepaket standzuhalten“, heißt es in der Mitteilung. Um die Flexibilität weiter zu erhöhen, ist das Batteriemanagementsystem (BMS) drahtlos ausgelegt – dieser Schritt reduziert auch Gewicht, Kosten und die Designkomplexität, so das MARBEL-Projekt. Dafür wurde ein iSCM genanntes Gerät entwickelt (intelligent Smart Cell Manager), das jede Zelle überwacht und mit dem BMS drahtlos kommuniziert. Das Ergebnis: Bei einem Akkupack mit 16 Zellen konnte die Verkabelung von über 20 Meter auf 80 Zentimeter reduziert werden. Es wird also weniger Kupfer benötigt, zudem wird die Montage ungleich einfacher.

Die Teams haben sich im Rahmen von MARBEL zwar auf die einfache Montage und Demontage konzentriert, aber auch andere, für E-Autos wichtige Faktoren wie etwa die Schnellladefähigkeit, nicht ganz außer Acht gelassen. Soll soll das Konzept über ein Kühlsystemdesign verfügen, welches eine gleichmäßige Wärmeableitung von Zellen und Sammelschienen gewährleisten soll. Zudem sollen speziell optimierte Algorithmen den Ladevorgagn optimieren.

Auch bei einem anderen Punkt wurde auf die Flexibilität geachtet: Es gibt eine umschaltbare Anschlussdose, die je nach Bedarf „einen nahtlosen Übergang zwischen 400 und 800 Volt und umgekehrt“ ermöglichen soll, so die Forscher. „Dies unterstützt die Modularität sowohl kleinerer als auch größerer Batteriepacks.“

Zentrales Element des Projekt ist es aber, die Lebensdauer der Batterien und ihrer Komponenten durch Second-Life-Anwendungen zu verlängern und so nicht nur das unvermeidliche Recycling hinauszögern, sondern auch Energielösungen zu ermöglichen, die über den Primär-Einsatz in der Automobilindustrie hinausgehen.

„Der Fokus auf Kreislaufwirtschaft eröffnet neue Wege zu einer nachhaltigeren Elektrofahrzeugtechnologie“, sagt MARBEL-Projektkoordinator Eduard Piqueras, European Program Manager bei Eurecat. „Gleichzeitig beseitigen wir durch die Optimierung der Batterieleistung die größten Hürden für die Akzeptanz und Verbreitung von Elektrofahrzeugen, wie z. B. begrenzte Reichweite und lange Ladezeiten, und ermöglichen so längere Fahrten.“

An MARBEL sind insgesamt 16 Partner aus Europa beteiligt, aus Deutschland etwa das Fraunhofer IWU und die Technische Hochschule Ingolstadt. Die Hochschule leitet unter anderem die Tests, Demonstrationen und Validierungen des entwickelten Systems. Das Fraunhofer IWU beschäftigt sich mit dem Wärmemanagement und der Gehäuseentwicklung der Batterien auf Basis von Metallschäumen und Phasenwechselmaterialien und sorgt für den mechanischen und thermischen Schutz des Systems.

marbel-projekt.eu, eurecat.org (auf Spanisch), eurecat.org