«BFH: Forschung für die Mobilitätswende»

Die Berner Fachhochschule befasst sich intensiv mit Speicheranwendungen für die Elektrizitäts- und Mobilitätswirtschaft. In diesem Zusammenhang leistet es auch Grundlagenarbeit, die ein problemloses Schnellladen von Akkumulatoren für E-Lkw ermöglichen soll. Im Gespräch mit Prof. Dr. Andrea Vezzini über den Stand der Forschung.

Welche Eigenschaften zeichnen einen guten Akkumulator, kurz Akku, für einen E-Lkw aus?

Als erste Eigenschaft ist die Reichweite zu nennen. Diese sollte mindestens 500 Kilometer betragen, um konkurrenzfähig zu E-Lkw zu sein und ist bereits realisiert. Die nächste Eigenschaft ist die Lebensdauer, da diese direkt die Betriebskosten eines Lastkraftwagens beeinflusst. Hier ist das Ziel, mit einem Akku eine Fahrleistung von mindestens 1 Million Kilometer zu erreichen. Die dritte erforderliche Eigenschaft ist die Schnellladefähigkeit des Akkus, da Lastwagen eine andere Betriebsstrategie als Personenfahrzeuge haben. Letztere sind Standfahrzeuge, die maximal zwei Stunden am Tag gefahren werden. E-Lkw bewegen sich dagegen fast ständig und können daher nur während der Ruhepausen des Fahrers oder beim Löschen der Ladung an der Rampe kurz zwischengeladen werden.

Was sind die Herausforderungen bei der Entwicklung eines Akkus, der eine hohe Reichweite und Lebensdauer haben und zudem noch schnellladefähig sein soll?

Die Herausforderungen bei jeder Batterie-Entwicklung, egal ob für Personen- oder Lastkraftwagen, sind die Sicherheit, die Energie- und Leistungsdichte sowie das Batterie-Management-System. Bei Batterien für E-Lkw kommt deren Grösse als zusätzliche Herausforderung dazu. Diese lassen sich nicht eben einmal mit einem Hubwagen hin- und herschieben, sondern benötigten zum Transport spezielle Fahrzeuge. Ein weiterer Punkt, der unterschätzt wird, ist die Verbindungstechnik. Für einen leistungsfähigen Lkw-Akku müssen viele Zellen mit Strom- und Signalkabeln verbunden werden. Diese Leitungen müssen langlebig sein und sollten einen möglichst geringen Widerstand aufweisen. Weil es hier noch keine standardisierten Kabel gibt, ist deren Anschaffung bislang teuer.

Die BFH ist Teil eines Schweizer Konsortiums, das eine Schnellladestation für E-Lkw entwickelt. Welche Rolle fällt der BFH in diesem Konsortium zu?

Wir befassen uns hier mit zwei Fragen, die für das Schnellladen von E-Lkw relevant sind. Bei der ersten Frage geht es darum, welchen Einfluss das Schnellladen auf die Lebensdauer der Batterie hat und mit welchen Betriebsstrategien sich diese negativen Auswirkungen geringhalten lassen. Bei der zweiten Frage prüfen wir die Möglichkeiten eines Second-Life-Einsatzes von E-Lkw-Batterien.

Die intelligente Ladestrategie

Wie lässt sich die Kapazität eines Akkus am besten erhalten?

Hierfür ist das Lademanagement entscheidend. Verschiedene Tests zeigten, dass sich beispielsweise eine Reduktion der Verweilzeiten bei Ladezuständen über 80 Prozent positiv auf die Lebensdauer des Akkus auswirkt. Wer also nicht volllädt, sondern häufiger zwischenlädt, tut seiner Batterie etwas Gutes. Ein weiterer Punkt ist die Temperatur, bei der eine Batterie geladen wird. Das Laden bei Raumtemperatur bekommt ihr besser als bei Kälte. Eine weitere Möglichkeit ist eine intelligente Ladestrategie. Eine solche implementieren inzwischen immer mehr Hersteller in ihre Fahrzeuge, um die Lebensdauer der Akkus zu erhöhen.

Die BFH befasst sich ebenfalls mit intelligenten Ladestrategien. Worum geht es bei Ihrer Forschung?

Wir haben beispielsweise mit einem Fahrrad-Hersteller einen Algorithmus entwickelt, der lokal die Verbrauchsdaten eines E-Bikes erfasst. Die Nutzung dieser historischen Daten ist ein Teil des Forschungsprojektes, in dem unter anderem geklärt werden soll, wieso eine Batterie schneller altert. Die Gründe hierfür sind unterschiedlich, zum Beispiel weil eine Batterie zu häufig gebraucht, bei zu tiefen Temperaturen geladen oder zu lange am Ladegerät belassen wird. Ein anderer Teil dieses Projektes ist die Entwicklung einer App, die den E-Bike-Besitzer auf die vorzeitige Alterung seines Akkus hinweist und ihm Tipps gibt, wie er die Lebensdauer seiner Batterie erhöhen kann.

Ein abgeschlossenes Projekt ist Swiss Trolleybus plus. Worum ging es bei diesem?

Klassische Trolleybusse verfügen über einen Dieselmotor, der es ihnen erlaubt, zum Beispiel Baustellen ohne elektrische Verbindung zu umfahren. Bei Swiss Trolleybus plus wurde der Dieselmotor durch eine Batterie ersetzt, die aus der Oberleitung aufgeladen wird. Zudem kann die Batterie Bremsenergie aufnehmen und diese beim Beschleunigen wieder abrufen, wodurch sich der Energieverbrauch der Trolleybusse um 15 Prozent reduziert hat.

Lässt sich diese Technologie in bestehende Trolleybusse integrieren?

Die Verkehrsbetriebe Zürich haben tatsächlich ihre alten Trolleybusse umgebaut und die Dieselmotoren durch Batteriepakete ersetzt. Allerdings ist der Return on Invest am höchsten, wenn Trolleybusse von vornherein mit Batteriepaketen ausgestattet werden.

Was sollte aus Ihrer Sicht unbedingt noch zum Thema «Elektromobilität» gesagt werden?

Die Elektromobilität ist stark im Kommen und kann nicht aufgehalten werden, da immer mehr Menschen von ihr überzeugt sind. Die Reichweite stellt inzwischen auch kein Problem mehr dar, allerdings gilt es noch, das Vertrauen in die Lebensdauer der Batterien zu erhöhen. Für einen nachhaltigen Gebrauchtfahrzeugmarkt ist es wichtig zu wissen, wie lange eine Batterie noch zuverlässig funktioniert. Dazu gehört auch, dass Daten über die Batterienutzung gesammelt und diese dem Fahrzeughalter zugänglich gemacht werden.

Wichtig ist, dass wir uns schon jetzt überlegen, was mit den vielen Batterien am Ende ihrer Gebrauchsdauer passiert. Wir müssen jetzt Prozesse, Anlagen, Installationen und Märkte für ein direktes Recycling aufbauen, sodass aus alten Batterien neue entstehen. Das mindert den Druck bei der Beschaffung der Rohstoffe. Zu guter Letzt macht die Dekarbonisierung des Verkehrs über die Elektrifizierung nur dann Sinn, wenn eine Dekarbonisierung der Energieerzeugung erzielt wird. Daher bedarf es einer CO₂-freien Energieerzeugung.