Ultra

Aug 21, 2023

Batteriewechsel haben einen entscheidenden Einfluss auf die Langlebigkeit, Leistung und Kosten elektrifizierter Nutzfahrzeuge. Spezialisierte Ultrahochenergie-Batteriesysteme könnten die Antwort liefern.

Im Vergleich zu Elektroautos stellen elektrifizierte Nutzfahrzeuge (eCV) deutlich andere Prioritäten an ihre Batterien. Bei Autos stehen Anschaffungskosten, Energie und Leistungsdichte im Vordergrund, bei eCVs hingegen sind die Gesamtbetriebskosten von entscheidender Bedeutung und hängen weitgehend von der Anzahl der Batteriewechsel während der Lebensdauer des Fahrzeugs ab. Wichtiger sind mechanische Robustheit, Langlebigkeit, kompakte Größe und Batteriegewicht für einen kontinuierlichen, langfristigen Einsatz bei gleichzeitig möglichst hoher Nutzlastkapazität des Fahrzeugs.

BorgWarner hat ein Ultrahochenergie-Batteriesystem (UHE) für energieintensive Elektroantriebsanwendungen mit bis zu 750 V entwickelt. Die Batterielebensdauer beträgt bis zu 4.000 Zyklen und erhöht im Vergleich zur derzeit verwendeten Technologie die Reichweite von Elektrofahrzeugen erheblich. Zellen können hinsichtlich der Leistung optimiert werden, um Zwischenladungen für den Stadtverkehr zu ermöglichen, oder hinsichtlich der Energiedichte für den Fernverkehr optimiert werden, der über Nacht aufgeladen wird.

Die Batteriemodule mit zylindrischen Zellen (CYC) von BorgWarner dienen als Energiequelle im UHE-Batteriepaket. Jedes CYC-Modul enthält 600 Li-Ionen-Zellen, was einer Energiedichte von etwa 221 Wh/kg entspricht; Neun Module werden in Reihe geschaltet, um ein 9-AKM-Batteriepaket zu bilden, das 98 kWh bei bis zu 750 V liefert. Mit einem Gewicht von nur 560 kg und einer Größe von 1.720 x 700 x 300 mm kann diese kompakte, energiedichte Lösung Stadt- und Überlandbusse je nach Fahrzeuggröße mit Batteriesystemkapazitäten von 400–1.000 kWh ausstatten – doppelt so viel wie die aktuelle Batteriegeneration.

Das Batteriemanagementsystem besteht aus einer selbst entwickelten Batteriemanagementeinheit und Zellüberwachungsschaltungen sowie entsprechender Software. Es bietet primäre Sicherheitsfunktionen wie Übertemperatur-, Über-/Unterspannungs- und Überstromschutz und führt außerdem eine detaillierte Diagnose aller Aktoren und Sensoren sowie innovative High-Level-Funktionen wie die Schätzung des Batteriezustands durch.

Das UHE-Batteriepaket ist mit einer äußerst effektiven Flüssigkeitskühlung auf Modulebene ausgestattet, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung und einen Betrieb im bevorzugten Temperaturbereich zu gewährleisten, eine hohe Verfügbarkeit von Strom und Energie zu gewährleisten und zu einer langsamen Alterung der Batteriezellen beizutragen.

Maximaler Schutz gegen die Brandausbreitung infolge eines thermischen Ereignisses wird durch eine Kombination aus aktiven und passiven Sicherheitsvorrichtungen sowohl auf CYC-Modul- als auch auf Batteriepaketebene erreicht.

Jede Zelle im CYC-Modul ist durch einen sorgfältig berechneten Spalt von der nächsten getrennt und mit einer optimierten Vergussmasse abgedeckt. Sollte es auf Zellebene zu einem thermischen Ereignis kommen, würde die thermische Ausbreitung zwischen benachbarten Zellen verhindert und heiße Gase sicher und kontrolliert abgeführt. Eine Auslösung benachbarter Zellen innerhalb des Moduls oder im Nachbarmodul erfolgt nicht; Sie ändern nicht einmal ihren Ladezustand. Als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme im Falle eines internen oder externen Kurzschlusses würden die Drahtbonds, die die Zellen mit den seitlichen Leiterplatten verbinden, als Sicherungen für Zellgruppen fungieren. CYC-Module sind durch flammhemmende Materialien voneinander getrennt, um eine Brandausbreitung zwischen den Modulen zu verhindern.

Auf der Ebene des Akkupacks gibt es zusätzliche Sicherheitselemente in der Hardware und Software. Die stabile Stahlkonstruktion des CYC-Moduls wird durch weitere Verstrebungen zwischen den Modulen ergänzt und ein robustes Edelstahlgehäuse schützt das komplette Batteriepaket vor Beschädigungen bei einem Fahrzeugunfall. Wärmedämmmaterial umgibt die Batteriezellen, um sie vor Umweltgefahren wie einem Kraftstoffbrand zu schützen. Zusätzliche Sicherheitsebenen bieten das effiziente Kühlsystem und die in die Software des Batteriemanagementsystems integrierten Vorhersagealgorithmen.

Mithilfe von Schnellladeeinrichtungen kann der UHE-Akku mit einer Laderate von bis zu 1C aufgeladen werden. Auch eine Schnellladeinfrastruktur bis 500 kW ist kompatibel. Mit Ausnahme der CYC-Module sind alle wichtigen elektronischen Komponenten in einem abnehmbaren Schützkasten untergebracht, so dass das Elektronikfach vor Ort ausgetauscht werden kann, ohne dass für Hochspannungstechnik geschulte Techniker erforderlich sind oder der Batteriesatz aus dem Fahrzeug ausgebaut werden muss.

BorgWarnerDie AKM-Batterietechnologie wurde von der Busworld, der führenden Fachmesse der europäischen Busindustrie, mit einem Innovationspreis ausgezeichnet und bereits von den beiden größten europäischen OEMs für Bus- und Lkw-Anwendungen ausgewählt.