Im Detail: Akkus für Elektrofahrzeuge

Electric vehicle

 

 

Elektrofahrzeuge sind bei Autofahrern heute eine beliebte Wahl. Durch die immer bessere Technik der Lithium-Ionen-Akkus sind Elektrofahrzeuge mit großer Reichweite inzwischen Wirklichkeit geworden, wie der erfolgreiche Elektrofahrzeughersteller Tesla unter Beweis stellt. Weitere Hersteller von Elektrofahrzeugen sind unter anderem Nissan und Chevrolet, und Hyundai bietet Hybrid-Modelle an.

In Elektrofahrzeugen kommen verschiedene Arten von Akkus zum Einsatz. Die häufigste ist der Lithium-Ionen- oder kurz Li-Ionen-Akku. Dieser Akku-Typ findet sich auch in Smartphones, Laptops, Tablets und Smart Watches. Der Einsatz dieser Akkus hat den Weg für enorme technologische Fortschritte geebnet. Li-Ionen-Akkus in Elektrofahrzeugen sind deutlich größer und leistungsfähiger als die in persönlichen elektronischen Geräten. Aufgrund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte sind Li-Ionen-Akkus die erste Wahl. Daneben stehen auch Nickel-Metallhydrid-Akkus und Ultrakondensatoren als Speicheroptionen zur Verfügung.

Aber wie funktioniert eigentlich der Akku eines Elektrofahrzeugs? Schauen wir uns zunächst einmal die chemische Zusammensetzung und Reaktion eines Li-Ionen-Akkus an. Er besteht aus einer Kathode (positive Elektrode/Leiter) auf Lithiumbasis, einer Anode (negative Elektrode/Leiter) aus Kohlenstoff sowie einem Elektrolyt, der als Katalysator dient. Vereinfacht ausgedrückt läuft die chemische Reaktion in einem Li-Ionen-Akku wie folgt ab: Bei der Entladung gehen Elektronen (negativ geladene Teilchen) des Lithiums von der Anode auf die Kathode über. Beim Laden läuft die umgekehrte Reaktion ab und es bilden sich Ionen an der Schnittstelle von Kathode und Elektrolyt. Ionen sind Atome, die sich elektrisch aufladen, wenn sie Elektronen hinzugewinnen oder verlieren. Der Elektronenübergang von der Kathode auf die Anode generiert ein Spannungspotenzial, das durch die Kathode verläuft.

 

 

Elektrofahrzeuge besitzen anstelle eines internen Verbrennungsmotors einen Elektromotor. Außerdem verfügen sie über gesonderte Akkus, die das Zubehör im Fahrzeug mit Strom versorgen, und über Akkus, die den elektrischen Traktionsmotor, den Zusatzakku bzw. den Traktionsakkusatz mit Strom versorgen. Der elektrische Traktionsmotor treibt die Räder an. Die Effizienz seines Akkus bestimmt die Reichweite des Elektrofahrzeugs.

Schauen wir uns nun im Detail an, was alles im Akkusatz eines Elektrofahrzeugs steckt. Je nach Hersteller kann er aus Hunderten von Akkus bestehen, die so klein sind wie der in Ihrem Smartphone, aber mehr Kapazität besitzen. Diese kleinen Akkus werden dann in einer festen Anzahl zu Zellen zusammengefasst, was ausschlaggebend für die Kapazität des Akkus ist. Eine bestimmte Anzahl von Zellen wiederum wird in einem Modul verpackt, was im Grunde nichts anderes ist als ein Schutzgehäuse. Für einen Akkusatz werden mehrere Module zusammen mit einem Batteriemanagementsystem im Elektrofahrzeug verbaut. Das Batteriemanagementsystem kann sich beispielsweise aus Steuerungs- und Schutzelementen sowie einem Kühlsystem für die Akkus zusammensetzen.

Ein Vorteil des Lithium-Ionen-Akkus besteht darin, dass er bezogen auf sein Gewicht eine hohe Energiedichte generiert. Deshalb wird er in Elektrofahrzeugen eingesetzt. Ein leichteres Auto kann längere Strecken zurücklegen und höhere Leistung bringen.

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