Modulares Batteriekonzept für den Nahverkehr

Die modularen Batterien (orange) lassen sich einfach in die Freiräume der Fahrzeugstruktur integrieren / Bildquelle KIT

Elektromobilität kann heute schon wirtschaftlich sein. So sind Stadtbusse ein wirtschaftlich sinnvoller Anwendungsbereich für den batterie-elektrischen Antrieb. Häufiges Anfahren und Bremsen sowie eine hohe Auslastung im Nahverkehr ermöglichen den profitablen Einsatz schon zu heutigen Batteriekosten. Anhand eines E-City-Bus-Demonstrators stellt das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) auf der Internationalen Automobilausstellung IAA in Frankfurt das Konzept vor (3.1, D13).

Zentrale Bausteine des Demonstrators sind ein Fahrantrieb mit drehmomentstarkem Elektromotor, ein Hochvoltnetz, ein Batterie-Management-System und ein neuartiges Konzept von modularen Batteriesystemen mit Lithiumionenzellen Made in Germany. Anhand des für Fahrversuche entwickelten Demonstrators werden auf der IAA die Möglichkeiten zur sinnvollen Gestaltung des elektrischen Antriebssystems für Elektrobusse vorgestellt.

Der Demonstrator ermöglicht die Validierung des Innovationspotenzials der Forschungsergebnisse des KIT und die experimentelle Analyse des Zusammenspiels der einzelnen Komponenten unter simulierten Betriebsbedingungen. Nach Andreas Gutsch, Koordinator des Projekts Competence E am KIT leistet der Demonstrator damit einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Elektromobilität. Das Batteriesystem besteht aus flachen Modulen, die ein – in seinen Abmessungen und seinen elektrischen Kenngrößen – skalierbaren Batterieaufbau ermöglichen. Damit können zum Aufbau eines bedarfsgerechten Energiespeichers unterschiedlichste Bauräume in den verschiedensten Fahrzeugtypen genutzt werden. Das für den Demonstrator am KIT entwickelte Batterie-Management-System und die realisierte Antriebssteuerung erlauben den Fahrbetrieb unter Berücksichtigung der aktuellen Leistungsgrenzen des Systems und seiner Komponenten.

Das gewählte Antriebskonzept zeigt, dass die Energieeffizienz eines E-Busses bereits durch die Komponentenauswahl erhöht werden kann, so Martin Gießler, Leiter des Entwicklungsprojekts für den Demonstrator. Dabei spielt natürlich auch die Realisierung einer vorausschauenden Betriebs- und Rekuperationsstrategie eine wichtige Rolle. Durch Rekuperation kann Bremsenergie wieder in elektrische Energie umgewandelt werden. Der Antrieb besteht aus einem niedrig drehenden Zentralmotor, der ein hohes Antriebsmoment für das Fahrzeug liefert. Der Motor ist direkt mit dem Differentialgetriebe der Hinterachse verbunden. Durch den gewählten Motor wurde die zu implementierende Untersetzung reduziert und so ein hoher Wirkungsgrad in der Drehmomentenübertragung erzielt.

Das Projekt zum Aufbau des E-City Bus Demonstrators wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert.

Das Projekt Competence E vereint alle Forschungsaspekte vom Batteriematerial bis zum elektrischen Antrieb auf eine deutschlandweit einzigartige Weise. Mit einer offenen Technologieplattform für batterieelektrische Fahrzeugantriebs- und stationäre Energiespeichersysteme zielt der systemische Ansatz auf industriell anwendbare Lösungen und deren Produktionsverfahren ab. Dank der Integration entlang der Wertschöpfungskette soll das ehrgeizige Ziel angegangen werden, bis 2018 Batteriesysteme zu fertigen, die eine Energiedichte von 250 Wattstunden pro Kilogramm bei Kosten von 250 Euro pro Kilowattstunde aufweisen. Damit wird ein wichtiger Schritt in Richtung Energiewende und Klimaschutzziele umgesetzt: eine erhöhte Speicherfähigkeit für stationäre Speicher zum Ausgleich der Fluktuation von erneuerbaren Energien sowie eine Verlängerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen zur Erhöhung der Akzeptanz.

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