Mit dieser Software bleiben Elektroauto-Batterien länger jung

Das mit Abstand teuerste Teil eines Elektroautos ist die Batterie. Und sie ist auch eines der wichtigsten Bauteile, ist sie doch Herr über die Reichweite sowie die maximal abrufbare Leistung des Elektromotors. Umso wichtiger ist es dafür zu sorgen, dass sie möglichst lange hält. Erste Erfahrungsberichte von bereits lange Zeit am Markt verfügbaren Elektroautos wie etwa dem Nissan Leaf (seit 2010) oder dem Tesla Model S (seit 2012) zeigen, dass eine Batterie unter guten Bedingungen ein ganzes Autoleben durchstehen kann.

Eine Datenerhebung unter Tesla-Fahrern hat zum Beispiel ergeben, dass das Akku-Paket in einem Model S im Durchschnitt bereits 250.000 bis 300.000 Kilometer auf dem Buckel hat, wenn es die Grenze von 90 Prozent seiner Ursprungskapazität erreicht. Für den Einsatz im Elektroauto ungeeignet ist ein Akku aber erst dann, wenn er bei weniger als 80 Prozent angelangt ist. Berechnungen und Simulationen von Tesla zufolge trifft dies erst nach 800.000 Kilometern ein. Bedenkt man, dass Zahlen des Kraftfahrt-Bundesamtes zufolge ein Auto im Deutschland im Schnitt 14.000 Kilometer im Jahr zurücklegt, könnte man 57 Jahre lang fahren, bevor der Tesla diese Grenze erreicht. Klingt toll. Aber ganz so einfach ist es dann leider doch nicht.

Denn die Alterung einer Lithium-Ionen-Batterie - egal ob in einem Smartphone oder im Elektroauto verbaut - hängt von zwei Faktoren ab: Der Zeit und der Intensität der Belastung. Nach etwa 10 bis 20 Jahren, abhängig vom Zelltyp, oder nach einer gewissen Anzahl Ladezyklen sorgen Veränderungen in der Zellchemie dafür, dass ein Akku nicht mehr nutzbar ist. Auf diese Alterung kann man jedoch Einfluss nehmen - zum Beispiel indem das Fahrzeug schonend geladen und möglichst in einem optimalen Ladezustand gehalten wird.

Auch das Leben eines Akkus im Elektroauto lässt sich deutlich verlängern. Dabei ist eine Software behilflich, wie sie das Münchner Technologieunternehmen The Mobility House (TMH) entwickelt hat. Und diese nimmt auf den Stromspeicher im Elektroauto positiv Einfluss. „Durch intelligentes Verschieben des Ladezeitpunktes, so dass der Ladevorgang pünktlich zur Abfahrt des Fahrzeugs beendet ist, kann die Alterung eines Akkus erheblich verringert werden. Und zwar so signifikant, dass daraus tatsächlich eine um Jahre längere Haltbarkeit resultiert“, sagt Dr. Robert Seiler, Batterieexperte bei TMH. Die Steuerung des Ladevorgangs übernimmt dabei die intelligente Software – das Lade- und Energiemanagement von TMH – automatisch und berücksichtigt dabei auch noch Themen wie Lastbegrenzung am Standort, oder Leistungsschwankungen im Verteilernetz.

Der Einfluss des Lademanagement-Systems auf die Batteriealterung wurde auch in einer Forschungsarbeit mit der TU München untersucht. Die ersten Modellergebnisse bestätigen, dass gesteuerte Ladevorgänge eine verringerte Alterung erzielen können als ungesteuerte Ladevorgänge, bei denen sich das Fahrzeug oft sehr lange Zeit im „voll geladenem“ Zustand befindet.

Die Abweichung lag je nach Akkugröße, gefahrenen Kilometern und Zelltyp bei einem bis drei Prozentpunkten nach bereits zwei Jahren simulierter Nutzungsdauer. „Es liegt sehr im Interesse der Automobilbesitzer, dass sie ihren Akku nicht schon nach acht, sondern womöglich erst nach zwölf oder 15 Jahren tauschen müssen“, sagt Seiler. Auch wenn Erfahrungswerte aus der Praxis noch fehlen, ist abzusehen, dass diese Projektion auch erreicht werden kann.

Noch deutlicher wird der positive Effekt der Software, wenn der Akku nach seinem Einsatz im Elektroauto als stationärer Batteriespeicher weiterverwendet wird, man spricht hierbei von einer Second-Life-Anwendung. Zum Beispiel in einem der Großspeicher, welche TMH in den Markt für Primärregelleistung (PRL) eingebunden hat, so für die Stabilisierung des Stromnetzes sorgt und damit Erlöse erzielt. In Jahr 2017 erzielte TMH 1.134 Euro pro gebrauchter Elektroautobatterie im PRL-Einsatz. Umso wichtiger und gewinnbringender ist es, dass so ein Akku lange hält. Auch hier spielt der Algorithmus der Software von The Mobility House eine entscheidende Rolle.

„Das Konzept Second-Life-Batterien ist sehr interessant, da gebrauchte Akkus aus Elektroautos teilweise noch einen hohen Restwert haben“, bestätigt Dr. Holger Hesse, der stellvertretende Leiter des Lehrstuhls Elektrische Energiespeichertechnik von Professor Dr. Andreas Jossen an der TU München, der sich mit den Themen Batteriealterung und der Wirtschaftlichkeit verschiedener Akku-Anwendungen auseinandersetzt. „Die elektrische als auch die thermische Belastung beim PRL-Einsatz kann deutlich milder und harmloser ausfallen als der fordernde Alltag in einem Elektroauto. Es bietet sich also an, einen Akku, der für einen hohen Kaufpreis als Fahrzeugbatterie eingesetzt wurde, in ein zweites Leben zu überführen, wo er noch viele Jahre genutzt werden kann.“

Die „spannende Frage“, so der Wissenschaftler, sei nun, wann ein derart effizient genutzter Akku tatsächlich das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat und auch nicht mehr in Second-Life-Anwendungen eingesetzt werden kann. Nicht nur die TU München und The Mobility House sind schon sehr neugierig, wann dies der Fall sein wird. Schließlich haben auch die Automobilindustrie und Energieunternehmen im Sinne der Nachhaltigkeit sowie der Energiewende großes Interesse daran, dass Batteriesysteme möglichst lange genutzt werden können. „Wir gehen in einem Second-Life-Speicher mit gebrauchten Akkus aus Elektroautos mit einer zusätzlichen Nutzungsdauer von zehn bis 15 Jahren aus und sind aufgrund der Garantien, die wir von Automobilherstellern haben sehr zuversichtlich, dass das auch so eintrifft“, sagt Seiler.

Erste Erkenntnisse aus einem der TMH-Großprojekte unterstreichen diese Einschätzung: Denn in den ersten beiden Jahren im Megaspeicher in Lünen hat sich die nutzbare Gesamtkapazität des Systems dank Spannungsangleichungen auf Zellebene und der schonenden Behandlung durch den Algorithmus der Software sogar um 0,3 Prozent verbessern können.

Die Software, welche die intelligente Steuerung der Second Life Speicher übernimmt, und dazu beiträgt, dass die Batteriedegradation verzögert wird, ist bereits heute im Lade- und Energiemanagement von TMH im Einsatz. Dieses herstellerunabhängige und modular skalierbare Eigenprodukt des Unternehmens ist europaweit einzigartig hinsichtlich des intelligenten Ladens mehrerer Fahrzeuge an einem Standort. The Mobility House ist hier bevorzugter Dienstleister von Flottenkunden, Logistik- und Busbetreibern sowie Stadtwerken als Partner der Immobilienwirtschaft.