Die Batterie: Das Herzstück eines Elektrofahrzeugs

Dr. Joachim Döhner, Vice President Business Unit Battery, KUKA Division Automotive

Dr. Joachim Döhner, Vice President Business Unit Battery, KUKA Division Automotive

Durch den kontinuierlichen Antrieb Emissionen von Fahrzeugen zu reduzieren erhält die Batterietechnologie eine Schlüsselrolle in der Produktentwicklung in allen Bereichen der Automobilindustrie. Gerade in der Elektromobilität ist der Bedarf an Energiespeicherung von höchster Bedeutung. Wir sind uns dieser Herausforderungen bewusst und entwickeln intelligente Konzepte für die hochkomplexe Produktion von Batteriemodulen und -packs für die Automobilindustrie.

Um innovative und effiziente Automatisierungskonzepte ausarbeiten zu können ist es für uns von großer Bedeutung das Endprodukt bis ins kleinste Detail zu kennen. Beispielsweise sind Materialbeschaffenheit, Spezifikation technischer Bauteile oder besondere Eigenschaften des Endprodukts wichtige Informationen. Als zuverlässiger Partner für die Entwicklung technisch sehr anspruchsvoller Produktionskonzepte für Batteriemodule und -packs sind wir bis ins kleinste Detail mit unterschiedlichsten Batteriekonzepten vertraut.

Wir haben unserem KUKA Vice President der Business Unit Battery Dr. Joachim Döhner fünf Fragen rund um Batterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen gestellt.

1. Was macht Batterien in Elektro- und Hybridfahrzeugen so besonders?

Im Gegensatz zu Batterien mit geringer Leistung und geringer Kapazität, die wir zum Beispiel in unserer Freizeit in einer Küchenwaage oder einer Taschenlampe verwenden, benötigen Elektro- und Hybridfahrzeuge Hochleistungsbatterien, die sich durch besondere Anforderungen an Leistung, Kapazität, Gewicht, Größe und Zuverlässigkeit auszeichnen. Um die gewünschten elektrischen Parameter, wie etwa Spannung, Kapazität sowie Energie- und Leistungsdichte zu liefern, ist ein Paket von vielen möglichst identischen Batterien oder einzelnen Batteriezellen erforderlich: Ein Batteriepack.

2. So weit so gut. Jetzt wird´s komplexer: Woraus besteht eine Batterie?

Batterien bestehen aus verschiedenen Komponenten. Dazu gehören Zellen, die seriell oder parallel geschaltet werden, um die gewünschte Spannung und Kapazität zu erzeugen. Neben den Zellen umfassen die Batterien ein Kühlsystem, ein Batterie-Management-System (BMS), Strom-Sammelschienen, Verkabelungen, Nebenanschlüsse, Kabelstränge, Sensoren zur Batterie-Überwachung und ein robustes und mediendichtes Gehäuse.

Stromschienen verbinden die Zellen elektrisch, während Kabelbäume Temperatur- und Spannungssensoren der Zellen mit dem Batteriemanagementsystem (BMS) zusammenschließen, welches die Batterie steuert. Das Traktionskabel ist ein Hochspannungs- und Hochstromkabel, das die Zellenmodule miteinander verbindet und den Hauptstrom um die Batterie führt. Um Batterie und Fahrzeug zu verbinden, ist eine Fahrzeugschnittstelle nötig, die Informationen über CAN-BUS – ein automobiles Standardprotokoll – überträgt. Dieses Protokoll gibt uns Informationen über den Ladezustand, die Spannung, die Temperatur sowie über die Stromstärken und damit über die Leistungsaufnahme oder -abgabe der Batterie. Zur Messung der Strommenge während des Entlade- und Ladevorgangs muss ein Messgerät integriert sein. Um das Risiko eines Stromschlags, ausgelöst durch die Batterie, zu verringern, prüft das Isolationsüberwachungsgerät kontinuierlich die Erdung der Batterie. Abschließend benötigt jede Batterie einen Hauptschalter, der sowohl positive als auch negative Verbindungen unterbricht und so die Batterie sicher macht. Dieses Bauteil wird als Hauptschütz bezeichnet.

3. Was ist das Herzstück einer Batterie?

Definitiv die Zellen! Sie sind die Grundbausteine der Batterien. Eine Zelle ist eine geschlossene Energiequelle, in der Energie chemisch gespeichert wird. Diese Energie wird durch interne elektrochemische Reaktionen als Elektronenstrom durch einen externen Kreislauf gespeichert bzw. freigesetzt. In Elektrofahrzeugen werden in der Regel Lithium-Ionen-Zellen eingesetzt. Lithium-Ionen-Zellen haben eine deutlich höhere Energiedichte als bisher verwendete Chemikalien. Dadurch eignen sie sich besonders für Anwendungen im Automobilbereich. Sie gelten auch als sicherer, weniger giftig und liefern eine höhere Energieeffizienz bei deutlich längerer Lebensdauer.

5. Und wie unterstützt KUKA die Automobilindustrie beim Wandel hin zur „grünen“ Energie?

Wir unterstützen unsere Kunden mit intelligenten Automatisierungslösungen für die Batterieproduktion. Wir bieten vollen Service entlang der gesamten Wertschöpfungskette und helfen unseren Kunden, die beste Lösung für ihre spezifischen Bedürfnisse zu finden – vom einzelnen Roboter bis hin zu kompletten schlüsselfertigen Produktionslinien.

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