Der Boom der Elektroräder rollt.
Mittlerweile gibt es über drei Millionen davon in Deutschland und sie
haben das Rentner-Image abgelegt.
Mountainbikes mit kohlefaserverstärktem Rahmen und
Spitzengeschwindigkeiten von gut 25 Stundenkilometern.
Etwas allerdings bremst bisher den Spaß an den E-Bikes.
Das stundenlange Warten beim Aufladen der Batterie.
Spätestens bis 2021 soll sich das ändern.
Am Karlsruher Institut für Technologie läuft ein vom
Bundeswirtschaftsministerium gefördertes Forschungsprojekt, mit dem
das Laden in Minuten möglich sein wird.
Zwischen 350 bis 500 Wattstunden beträgt die Kapazität der Batterie
eines gängigen E-Bike.
Damit kommt man etwa 80 Kilometer weit.
Will man mehr, hat man ein Problem.
Aktuell, wenn man eine E-Bike-Batterie komplett aufladen möchte,
dauert es zwei bis drei Stunden.
Was natürlich schön wäre, gerade wenn man auch weitere Touren machen
möchte, dass man die Batterie schneller aufladen kann in einer halben
Stunde oder in einer Stunde vielleicht.
Nikolaus Lehmertz forscht im Batterietechnikum auf dem Campus Nord des
Karlsruher Instituts für Technologie.
Gemeinsam mit Kollegen vom Institut für angewandte Materialien
untersucht er, was genau beim Ladevorgang in den Zellen einer Lithium
-Ionen -Batterie vorgeht.
Wir wollen uns im Rahmen von dem Projekt anschauen, zu welchem
Zeitpunkt man die Zellen, die in den E-Bike-Batterien verbaut sind,
mit welchem Strom laden kann.
Das wiederum hängt davon ab, welchen Ladezustand die einzelnen Zellen
der Batterie zu dem jeweiligen Zeitpunkt haben und welche Temperatur.
Und dafür wählen wir zusammen mit dem E-Bike-Hersteller in dem Projekt
die Zellen, die für ihn in Frage kommen, aus und öffnen diese Zellen,
bauen uns Referenz- beziehungsweise Testzellen, um so das ideale
Ladeverfahren entwickeln zu können.
Ohne ein ausgeklügeltes Batteriemanagementsystem kann keine Lithium
-Ionen -Batterie betrieben werden.
Das Batteriemanagementsystem muss bei einer Lithium-Ionen-Batterie
immer in oder nah an der Batterie verbaut sein.
Was wir hier entwickeln, ist das Verfahren, wie die Batterie geladen
wird.
Unabhängig von diesem Forschungsprojekt haben wir aktuell noch ein
Entwicklungsprojekt, wo wir ein Ladegerät, also ein Netzteil
entwickeln, das eine sehr hohe Leistungsdichte hat und sich wahlweise
auch in den Fahrradrahmen integrieren lassen würde, das dann auch eine
so hohe Leistung zur Verfügung stellt, dass man den E-Bike-Akku sehr
schnell laden kann.
Das Batteriemanagementsystem muss auch dafür sorgen, dass die Batterie
nicht in Brand gerät.
Wenn sich Lithium metallisch auf der Anode abscheidet, können dort
Dentriten wachsen, das sind dann wie kleine Nadeln, und diese können
einen Kurzschluss innerhalb der Zelle verursachen und der kann unter
Umständen Auswirkungen haben, dass es zum Brand kommen kann.
Der am Forschungsprojekt beteiligte E-Bike-Hersteller möchte seine
Räder zukünftig auch mit einem Internetanschluss ausrüsten.
Damit sollen kontinuierlich Betriebsdaten verfügbar sein.
Angefangen vom Standort, auch dann Thema Diebstahlschutz zum Beispiel,
wenn das Rad geklaut wird, dass man es dann wieder aufspüren kann.
Beispiel Batterie, wenn man sieht, dass die Zellen sich dem Lebensende
zuneigen, dass man eine neue Batterie bestellen kann.
Kann aber auch interessant sein für andere Komponenten, den Motor zum
Beispiel, wenn man dort Verschleiß feststellen kann.
Das wird in sehr vielen Bereichen mittlerweile gemacht, dass man
einfach ein kontinuierliches Monitoring hat, wo man bestimmte
Betriebsparameter überwacht.