Forschungsprojekt Universität entwickelt wechselbare Batteriezellen

Bei der Batteriereparatur ist auf der Modulebene meistens Schluss. Die RWTH Aachen entwickelt nun ein Design für Module, deren Zellen sich unter Werkstattbedingungen einzeln entnehmen lassen. Doch ist es dafür nicht schon zu spät?

Bei den meisten E-Auto-Batterien sind jeweils mehrere Speicherzellen in sogenannten Modulen zusammengefasst. Und weil die elektrische Verbindung der Zellen untereinander höchsten Anforderungen genügen muss, dürfen diese unter Werkstattbedingungen nicht getrennt und wiederhergestellt werden. Deshalb muss, wenn eine Zelle defekt ist, das gesamte Modul ausgetauscht werden – ein unbefriedigender Zustand in Bezug auf die Reparaturkosten und die Nachhaltigkeit.

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen will nun zusammen mit der Fraunhofer-Einrichtung „Forschungsfertigung Batteriezelle“ (FFB) und vier industriellen Partnern Abhilfe schaffen. Das Forschungsprojekt „Modurep“ soll Technologien zur nachhaltigen Reparatur von Batteriemodulen hervorbringen.

Der Fokus des auf drei Jahre angesetzten Projekts liegt auf modularen und reparaturfreundlichen Konstruktionen und speziellen Methoden für den Zellaustausch sowie Technologien zur Wiederaufbereitung und Alterungskompensation. Zu diesem Zweck sollen im Zuge des „Modurep“-Vorhabens neue Moduldesigns entwickelt werden, die eine einfache Zerlegung und Montage von Batteriezellen ermöglichen. Dazu zählen auch Verbindungstechniken, die die Reparatur vereinfachen und die Stabilität der Module sicherstellen sollen.

Bestandteil des Vorhabens ist es laut einer Pressemeldung der RWTH, Prototypen und Werkzeuge für einen sicheren Wechsel einzelner Batteriezellen zu entwickeln. Auch die Erarbeitung von Prüf- und Zertifizierungskonzepten für reparierte Batterien gemäß der EU-Batterieverordnung zählt zu den Zielen des Konsortiums. Das Projekt integriert zudem die sogenannte ETA-Leveling-Technik zur Optimierung der Lade- und Entladevorgänge innerhalb des Moduls, um die Effizienz und die Lebensdauer der Batteriezellen zu erhöhen.

Der Trend weist aktuell weg von der Modulbauweise

Das Projekt scheint etwas spät zu kommen angesichts der Tatsache, dass immer mehr Hersteller auf die Modulebene in ihren Batterien verzichten und ausschließlich dicht gepackte Zellen einbauen. Solche Batterien sind nach heutigem Stand mit handwerklichen Methoden nicht reparabel – von Experimenten mutiger Batterie-„Experten“ wie dem Ausbohren einzelner (Rund-)Zellen abgesehen. „Der Trend geht derzeit zu integrierten Batteriearchitekturen wie Cell to Pack, Cell to Chassis etc.“, bestätigt der RWTH-Projektverantwortliche Merlin Frank gegenüber »kfz-betrieb«. Zwei Dinge seien aber zu beachten:

Aktuell würden in Europa über 70 Prozent Systeme verkauft, die nicht diesem Ansatz entsprechen. „Auch in den nächsten fünf Jahren werden wir zwar sinkende, aber weiterhin hohe Marktanteile von EVs mit Modulbauweise verzeichnen. Diese werden noch mindestens fünf bis 15 Jahre im Markt sein. Wir benötigen eine Strategie, um diese Systeme reparieren zu können und das aktuelle Problem mit defekten Modulen/Zellen, was potenziell zum finanziellen Totalschaden führen kann, zu lösen“, argumentiert Merlin Frank.

Außerdem muss nach seiner Meinung der Trend nicht unbedingt dauerhaft in Richtung Cell-to-Pack gehen. Denn die Integration von Batteriezellen in das Batteriepaket oder direkt in das Chassis stellt hohe Anforderungen an die kritischste Komponente – die Zelle. Da in den kommenden Jahren neue Aktivmaterialien deutlich höhere spezifische Energiedichten ermöglichen werden, könnte der Druck sinken, möglichst viele dicht gepackte Zellen in einer Batterie unterzubringen, so Merlin Frank: „Es könnte schlichtweg günstiger für den OEM sein, das Fahrzeug auf Modulebene reparaturfähig zu machen, anstatt 50 Kilometer mehr Reichweite durch die höhere Energiedichte des Cell-to-Pack-Ansatzes anzubieten.“

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