Das Batteriesystem als Schlüsselkomponente für den Erfolg elektrischer Straßenfahrzeuge - Systemaspekte, thermisches und elektrisches Management

Der Mensch übt durch seine Lebensweise, welcher die Formung und Nutzbarmachung der Umwelt zugrunde liegt, in zunehmendem Maße großen Einfluss auf das Ökosystem aus. Dies hat Folgen für das globale Klima, bewirkt lokale Umweltprobleme und führt zum fortschreitenden Verbrauch endlicher Ressourcen. Die Belastungen entstehen in nahezu allen Bereichen eines in einem Industriestaat lebenden Bürgers. Sollte dieser Lebensstandard unter den bisherigen Bedingungen von den sich schnell entwickelnden Ländern der Welt mit hohen Bevölkerungszahlen, wie China oder Indien, nachgeahmt werden, werden die Einflüsse auf Umwelt und Ressourcenverbrauch schnell zu einem Zusammenbruch des ökonomischen und ökologischen Systems führen. Neben Wohnen und Arbeit ist die zunehmende Mobilität und ihre Realisierungsform ein großer Verursacher des Ressourcenverbrauchs und Emissionsausstoßes. Immer leistungsfähigere, komfortablere und damit auch schwerere PKW führen derzeit trotz Fortschritten in der Technologie beim konventionellen Fahrzeug mit Verbrennungsmotor nicht zu sinkender Gesamtbelastung. Als Ausweg aus dem Dilemma erscheint nur ein rationeller Umgang mit Energie in Kombination mit der Verwendung nachhaltiger Energieerzeugung denkbar. Für den Sektor Mobilität gibt es verschiedenen Ansätze: Bedarfsreduzierung, Ausweitung des öffentlichen Personenverkehrs und für den verbleibenden Anteil an individueller Mobilität eine nachhaltige Lösung. Das batterieelektrische Fahrzeug bietet diese Möglichkeit. Es hat den größten Tank-zu-Rad Wirkungsgrad aller Antriebsvarianten und kann darüber hinaus mit regenerativ erzeugtem Strom betrieben werden. Dies liefert die Motivation für die Forschung und Entwicklung im Themengebiet Elektromobilität, zu der die vorliegende Arbeit einen Beitrag leisten soll. Sie beschäftigt sich mit der Schlüsselkomponente des Systems, der Batterie. Aus dem sehr komplexen Thema sind einige Kernaspekte ausgewählt und bearbeitet worden. Dabei stand immer der direkte Anwendungsbezug durch die Einbindung in ein Entwicklungsprojekt mit dem Ziel des Nachweises einer funktionierenden, serientauglichen Antriebslösung im Vordergrund. Die Arbeit setzt auf der Prämisse funktionierender Batteriezellen auf und stellt die Aufgabe hieraus ein funktionierendes Gesamtsystem zu generieren in den Vordergrund. Aus diesem Grund bezieht sich der überwiegende Teil der vorgenommenen Untersuchungen auf alkalische Batteriesysteme, die bereits zu Beginn der Arbeiten einen ausreichenden technischen Reifegrad aufwiesen. Absehbar war allerdings, und diese Einschätzung hat sich bis zum Abschluss der Arbeit bestätigt, dass die Zukunft den Lithiumbatterien gehören wird. Möglicherweise ist diese Technologie letztlich der entscheidende Baustein für eine Kommerzialisierung von batterieelektrischen Fahrzeugen. Daher wird diese Chemie am Rande mit beleuchtet und außerdem bei den Untersuchungen wenn möglich von einem allgemeinen Ansatz ausgegangen, so dass in folgenden Arbeiten, die sich mit dem Thema Lithiumtraktionsbatterie beschäftigen, hierauf zurückgegriffen werden kann.