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Als erster Automobilhersteller hat sich BMW entschlossen, für das rein elektrisch angetriebene Megacity Vehicle Batteriezellen von SB LiMotive zu beziehen. Außerdem steuert SB LiMotive die Batteriezellen für das BMWElektrofahrzeug Concept ActiveE bei, mit dem BMW ab 2011 eine Erprobungsflotte aufbauen wird. „Darüber hinaus sind wir mit einer Vielzahl von Autoherstellern in erfolgversprechenden Gesprächen über die Lieferung von Zellen und Batterien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge“, so Fetzer weiter.

Herausforderung Batteriekosten

Die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterie konzentriert sich im Wesentlichen auf fünf Punkte: Kosten, Energie- und Leistungsdichte, Sicherheit und Lebensdauer. Der Erfolg von Elektrofahrzeugen beim Endverbraucher hängt hauptsächlich vom Kaufpreis ab. Die Batterie wird die teuerste Komponente im Elektrofahrzeug sein. SB LiMotive visiert für das Jahr 2015 einen Preis von 350 Euro pro Kilowattstunde an, womit eine Batterie mit 35 Kilo- Juli 2010 wattstunden Kapazität rund 12 000 Euro kosten würde. Mit zunehmenden Stückzahlen reduzieren Skaleneffekte dann in den Folgejahren die Kosten. „So sind die Stückkosten für die Lithium-Ionen-Batterie eines Herstellers mit Kapazitäten für 50 000 bis 100 000 Packs – im Vergleich zu einem Hersteller mit 500 000 Packs im Jahr – von vorneherein mit 500 Euro mehr an Entwicklungskosten belastet“, rechnet Fetzer vor.

Erfolgskriterium Reichweite

Ein weiteres Erfolgskriterium ist die Reichweite eines Elektrofahrzeugs, die stark von der Energiedichte der Batteriezelle abhängt. Zielsetzung ist, die Energiedichte um den Faktor 2 zu verbessern. So sollen Reichweiten um die 200 Kilometer realisiert werden, wie sie vom Endverbraucher gefordert werden. „Bei der Verbesserung der Energie- und Leistungsdichte werden in erster Linie die Materialien der Zellenchemie optimiert“, so Fetzer weiter. Mit Verbesserung der Energiedichte können auch Gewicht und Größe der Lithium- Ionen-Batterie reduziert werden. Für ein Fahrzeug mit 100 bis 150 Kilometern Reichweite hätte sie nach heutigem Entwicklungstand die Größe des Kofferraums eines Autos der Golf-Klasse. Bei 35 Kilowattstunden Kapazität sind das rund 350 Liter Volumen und ein Gewicht von zirka 350 Kilogramm.

Schlüsselthemen Lebensdauer und Sicherheit

Auch soll die Batterie ein Autoleben lang halten. Das bedeutet bei der Batterie für ein Hybridfahrzeug mehr als eine Million Ladezyklen, denn der Hybrid wechselt sehr häufig zwischen Entladen und rekuperativem Laden. Bei Batterien für das Elektroauto zielt SB LiMotive auf 1 500 bis 2 000 Vollladezyklen, was bei einer Reichweite von 150 bis 200 Kilometern je Batterieladung einer Fahrleistung von zirka 300 000 Kilometern entspricht. Mit einer kalendarischen Lebensdauer von mehr als zehn Jahren wäre die Batterie zudem keine Servicekomponente, sofern in dieser Zeit die verfügbare Batteriekapazität nicht unter 80 Prozent der Ursprungskapazität sinkt. Auch die Sicherheit der Batterietechnik muss an die hohen Ansprüche in der Automobiltechnik adaptiert werden. Hier spielen Materialien mit hoher Eigensicherheit eine wesentliche Rolle, wie zum Beispiel ein Shut-Down-Separator, der den Stromfluss in Juli 2010 der Zelle bei unzulässig hohen Temperaturen unterbricht. Beim Batterie-Pack steht die Überwachung der Zellen im Mittelpunkt: Strom und Spannung sowie Temperatur und Ladezustand werden über das Batterie-Management-System kontinuierlich erfasst und geregelt. So wird die Batterie vor zu starker Entladung oder Überhitzung geschützt. Ein ausgeklügeltes Thermomanagement sorgt dafür, dass die Batterie stets in einem optimalen und damit sicheren Temperaturbereich arbeitet und eine sichere Funktion unter allen Betriebszuständen gewährleistet ist. Eine konstante Betriebstemperatur um die 35 bis 40°C sorgt auch für eine kontinuierliche Leistungsfähigkeit der Batterie. Niedrigere Temperaturen führen zu Leistungseinbußen, höhere Temperaturen zu verkürzter Lebensdauer.