Batterietechnik (Grundsatzthema)
Ich höre immer öfter von Leuten, die von Blei-Akkus auf Nickel-Cadmium oder gar Nickel-Metallhydrid umgestiegen sind, das diese Batterietechnik wesentlich besser wäre. Diese Eindruck entsteht meiner Ansicht nach nur, wenn die Leute noch keinen Nickel-Akkusatz "plattgemacht" haben und denken, die Dinger halten Ewig und drei Tage. Nach meinem ersten NiCd-Akkusatz im TWIKE und den damit verbundenen Erfahrungen mit Memory- und Blackmann-Effekt und der Lebensdauer komme ich zu einer etwas anderen Ansicht. Zur Erklärung mal folgendes Rechenbeispiel:
Banner GIS 109Ah (City-el)
ca. 75 Ah C1 mal 12 Volt macht 0,9 Kilowattstunden mal 300 Ladezyklen sind 270 Kilowattstunden bei 399 DM (204,01 Euro), also 1,48 DM (0,76 Euro) je Kilowattstunde Batteriekosten. Energiedichte: 900 Wh / 30 kg = 30 Wh/kg. Herstellungsanteil ca. 7,5 kWh und 1,38 kg Abfall je Kilowattstunde.
Sanyo NiCd 3,0Ah (TWIKE)
ca. 2,6 Ah C1 mal 336 Volt macht 873,6 Kilowattstunden mal 1300 Ladezyklen sind 1135,68 Kilowattstunden bei 3795 DM (1940,35 Euro), also 3,34 DM (1,71 Euro) je Kilowattstunde Batteriekosten. Energiedichte: 873,6 Wh / 25 kg = 34,944 Wh/kg. Herstellungsanteil ca. 2,97 kWh und 0,55 kg Abfall je Kilowattstunde.
Der Herstellungsanteil ist nur ein grober Schätzwert, aber da bei der Herstellung der Batterie (und auch der Fahrzeuge) je kg Gewicht ein entsprechender Anteil Energie verbraucht wird und Abfall entsteht, möchte ich diese Daten keinesfalls unterschlagen. Trotzdem rechtfertigt meiner Ansicht nach eine um ein sechstel höhere Energiedichte keinesfalls die mehr als zweimal so hohen Kosten je Kilowattstunde. Der besseren Kapazität bei niederigen Temperaturen steht der Memory-Effekt entgegen. Säurestand Prüfen? Batteriepulser? Batterieheizung? Schwermetallbelastung? Wie man sieht, gibt es auch hier keine einfachen Lösungen. Man muss für jede Anwendung individuell die geeignete Batterietechnik finden, daher hier mal die grundsätzlichen Überlegungen:
Anschaffungskosten
Eine teure Batterie, und wenn sie noch so lange halten sollte, erhöht zwangsläufig auch den Verkaufspreis des Fahrzeuges und schreckt somit potentielle Neukunden ab. Ausserdem muss man, wenn der Akku dann doch seinen Geist aufgibt, schlagartig grössere Summen locker machen, was auch nicht so einfach ist. Abhilfe kann hier eine Batteriemiete oder Batterieleasing schaffen, aber es bleibt schwierig, die tatsächliche Abnutzung der Akkus zu kalkulieren. Ein monatlicher Betrag kann nicht den tatsächlich geladenen Batteriezyklen entsprechen. Ausserdem erhöht sich der Schaden bei Ladefehlern oder Unfällen erheblich, wenn beispielsweise ein teurer Akkusatz durch eindringendes Wasser völlig zerstört wird.
Lebensdauer
Eine hohe Zyklenzahl verringert zwar die Kosten pro gefahrenem Kilometer, bei 1-2000 Ladezyklen und über 100 km Reichweite des Fahrzeuges übersteigt jedoch die Lebensdauer des Akkus leicht die des Fahrzeuges. Und niemand sagt, ob bei den 1500 Zyklen auch die 15 Jahre Korrosion (10000 km pro Jahr) mit berücksichtigt wurden. Am Ende lohnt es sich entweder nicht, für das alte Fahrzeug noch einen neuen, teuren Akku anzuschaffen oder ein neues Fahrzeug um die altersschwache Batterie herum zu bauen. Meiner Ansicht nach sollte die Akku-Lebensdauer (in km) nur einen Bruchteil der Fahrzeuglebensdauer ausmachen. So kann man sich nach jedem Akkusatz auf dem Markt umsehen und den neuesten technischen Fortschritt "mitnehmen".
Pulser
Batteriepulser sollen die Lebensdauer von Blei-Säure-Akkus um das 2-5fache erhöhen. Pro Akku kostet so ein Ding etwa 150 DM (75 Euro). Wenn die Herstellerangaben nur annähernd richtig sind, rechnet sich das schon bei einem Akkusatz und einer 1,5fachen Lebensdauer und die Umwelt wird durch weniger Batterieschrott zusätzlich entlastet. Leider gibt es die Dinger noch nicht so lange, so das noch keine brauchbaren Erfahrungswerte vorliegen.
Ladetechnik
Um möglichst viele Ladezyklen zu bekommen, ist besonders bei Nickel-Akkus eine recht aufwendige Ladetechnik erforderlich. Man kann nicht immer so schnell laden und fahren, wie man möchte, damit die Akkus nicht zu warm werden. Auf Langstrecken muss man zusätzlich zu Reichweite und Ladezeiten auch die Temperatur im Auge behalten. Das ist zwar was für ausgebuffte E-Piloten, aber Otto-Normalverbraucher bringt sowas schnell zur Verzweiflung.
Umweltschäden
Ein Akku muss hergestellt werden. Dafür braucht man Energie und es entsteht Abfall. Beim Entsorgen alter Akkus entsteht Sondermüll in Form von Schwefelsäure oder Cadmium. Die Akkus sollten also möglichst viele Ladezyklen halten, möglichst wenig wiegen (Materialaufwand) und weitgehend recycelt werden.
Sonstiges
Selbstentladung, Temperaturabhängigkeit, Wartung, Reparaturmöglichkeiten.
Techniken
Blei-Säure: 35Wh/kg, 300DM/kWh, 300-600 Zyklen, Kapazitätsverlust bei tiefen Temperaturen, Wartungsintensiv (Säurestand), mögliche Umweltschäden bei Unfällen mit auslaufender Säure, angemessene Kosten durch grosse Serienstückzahlen.
Blei-Gel: 30Wh/kg, 400DM/kWh, 350-600 Zyklen, Kapazitätsverlust bei tiefen Temperaturen, mehr Zyklen durch weniger Wartungsfehler, angemessene Kosten durch grosse Serienstückzahlen.
Nickel-Cadmium: 45Wh/kg, 2000-4000DM/kWh, 1000-2000 Zyklen, Memory-Effekt, empfindliche Ladetechnik, hohe Kosten durch geringe Stückzahlen.
Nickel-Metallhydrid: 70-80Wh/kg, 4000DM/kWh, 1000-2000 Zyklen, kein Memory-Effekt, empfindliche Ladetechnik, Schwierigkeiten bei hohen Strömen, Kosten kaum abschätzbar.
Lithium: 100-200Wh/kg, 5000-7000DM/kWh, bis 2000 Zyklen, geringe Stückzahlen, kaum Langzeiterfahrungen.
Natrium (Hochtemperatur): 120Wh/kg, ????DM/kg, ???? Zyklen, hohe Selbstentladung durch Wärmeverlust (300 Grad Betriebstemperatur), Sicherheitsbedenken, Mindestgrösse ca. 200kg.
Ich höre immer öfter von Leuten, die von Blei-Akkus auf Nickel-Cadmium oder gar Nickel-Metallhydrid umgestiegen sind, das diese Batterietechnik wesentlich besser wäre. Diese Eindruck entsteht meiner Ansicht nach nur, wenn die Leute noch keinen Nickel-Akkusatz "plattgemacht" haben und denken, die Dinger halten Ewig und drei Tage. Nach meinem ersten NiCd-Akkusatz im TWIKE und den damit verbundenen Erfahrungen mit Memory- und Blackmann-Effekt und der Lebensdauer komme ich zu einer etwas anderen Ansicht. Zur Erklärung mal folgendes Rechenbeispiel:
Banner GIS 109Ah (City-el)
ca. 75 Ah C1 mal 12 Volt macht 0,9 Kilowattstunden mal 300 Ladezyklen sind 270 Kilowattstunden bei 399 DM (204,01 Euro), also 1,48 DM (0,76 Euro) je Kilowattstunde Batteriekosten. Energiedichte: 900 Wh / 30 kg = 30 Wh/kg. Herstellungsanteil ca. 7,5 kWh und 1,38 kg Abfall je Kilowattstunde.
Sanyo NiCd 3,0Ah (TWIKE)
ca. 2,6 Ah C1 mal 336 Volt macht 873,6 Kilowattstunden mal 1300 Ladezyklen sind 1135,68 Kilowattstunden bei 3795 DM (1940,35 Euro), also 3,34 DM (1,71 Euro) je Kilowattstunde Batteriekosten. Energiedichte: 873,6 Wh / 25 kg = 34,944 Wh/kg. Herstellungsanteil ca. 2,97 kWh und 0,55 kg Abfall je Kilowattstunde.
Der Herstellungsanteil ist nur ein grober Schätzwert, aber da bei der Herstellung der Batterie (und auch der Fahrzeuge) je kg Gewicht ein entsprechender Anteil Energie verbraucht wird und Abfall entsteht, möchte ich diese Daten keinesfalls unterschlagen. Trotzdem rechtfertigt meiner Ansicht nach eine um ein sechstel höhere Energiedichte keinesfalls die mehr als zweimal so hohen Kosten je Kilowattstunde. Der besseren Kapazität bei niederigen Temperaturen steht der Memory-Effekt entgegen. Säurestand Prüfen? Batteriepulser? Batterieheizung? Schwermetallbelastung? Wie man sieht, gibt es auch hier keine einfachen Lösungen. Man muss für jede Anwendung individuell die geeignete Batterietechnik finden, daher hier mal die grundsätzlichen Überlegungen:
Anschaffungskosten
Eine teure Batterie, und wenn sie noch so lange halten sollte, erhöht zwangsläufig auch den Verkaufspreis des Fahrzeuges und schreckt somit potentielle Neukunden ab. Ausserdem muss man, wenn der Akku dann doch seinen Geist aufgibt, schlagartig grössere Summen locker machen, was auch nicht so einfach ist. Abhilfe kann hier eine Batteriemiete oder Batterieleasing schaffen, aber es bleibt schwierig, die tatsächliche Abnutzung der Akkus zu kalkulieren. Ein monatlicher Betrag kann nicht den tatsächlich geladenen Batteriezyklen entsprechen. Ausserdem erhöht sich der Schaden bei Ladefehlern oder Unfällen erheblich, wenn beispielsweise ein teurer Akkusatz durch eindringendes Wasser völlig zerstört wird.
Lebensdauer
Eine hohe Zyklenzahl verringert zwar die Kosten pro gefahrenem Kilometer, bei 1-2000 Ladezyklen und über 100 km Reichweite des Fahrzeuges übersteigt jedoch die Lebensdauer des Akkus leicht die des Fahrzeuges. Und niemand sagt, ob bei den 1500 Zyklen auch die 15 Jahre Korrosion (10000 km pro Jahr) mit berücksichtigt wurden. Am Ende lohnt es sich entweder nicht, für das alte Fahrzeug noch einen neuen, teuren Akku anzuschaffen oder ein neues Fahrzeug um die altersschwache Batterie herum zu bauen. Meiner Ansicht nach sollte die Akku-Lebensdauer (in km) nur einen Bruchteil der Fahrzeuglebensdauer ausmachen. So kann man sich nach jedem Akkusatz auf dem Markt umsehen und den neuesten technischen Fortschritt "mitnehmen".
Pulser
Batteriepulser sollen die Lebensdauer von Blei-Säure-Akkus um das 2-5fache erhöhen. Pro Akku kostet so ein Ding etwa 150 DM (75 Euro). Wenn die Herstellerangaben nur annähernd richtig sind, rechnet sich das schon bei einem Akkusatz und einer 1,5fachen Lebensdauer und die Umwelt wird durch weniger Batterieschrott zusätzlich entlastet. Leider gibt es die Dinger noch nicht so lange, so das noch keine brauchbaren Erfahrungswerte vorliegen.
Ladetechnik
Um möglichst viele Ladezyklen zu bekommen, ist besonders bei Nickel-Akkus eine recht aufwendige Ladetechnik erforderlich. Man kann nicht immer so schnell laden und fahren, wie man möchte, damit die Akkus nicht zu warm werden. Auf Langstrecken muss man zusätzlich zu Reichweite und Ladezeiten auch die Temperatur im Auge behalten. Das ist zwar was für ausgebuffte E-Piloten, aber Otto-Normalverbraucher bringt sowas schnell zur Verzweiflung.
Umweltschäden
Ein Akku muss hergestellt werden. Dafür braucht man Energie und es entsteht Abfall. Beim Entsorgen alter Akkus entsteht Sondermüll in Form von Schwefelsäure oder Cadmium. Die Akkus sollten also möglichst viele Ladezyklen halten, möglichst wenig wiegen (Materialaufwand) und weitgehend recycelt werden.
Sonstiges
Selbstentladung, Temperaturabhängigkeit, Wartung, Reparaturmöglichkeiten.
Techniken
Blei-Säure: 35Wh/kg, 300DM/kWh, 300-600 Zyklen, Kapazitätsverlust bei tiefen Temperaturen, Wartungsintensiv (Säurestand), mögliche Umweltschäden bei Unfällen mit auslaufender Säure, angemessene Kosten durch grosse Serienstückzahlen.
Blei-Gel: 30Wh/kg, 400DM/kWh, 350-600 Zyklen, Kapazitätsverlust bei tiefen Temperaturen, mehr Zyklen durch weniger Wartungsfehler, angemessene Kosten durch grosse Serienstückzahlen.
Nickel-Cadmium: 45Wh/kg, 2000-4000DM/kWh, 1000-2000 Zyklen, Memory-Effekt, empfindliche Ladetechnik, hohe Kosten durch geringe Stückzahlen.
Nickel-Metallhydrid: 70-80Wh/kg, 4000DM/kWh, 1000-2000 Zyklen, kein Memory-Effekt, empfindliche Ladetechnik, Schwierigkeiten bei hohen Strömen, Kosten kaum abschätzbar.
Lithium: 100-200Wh/kg, 5000-7000DM/kWh, bis 2000 Zyklen, geringe Stückzahlen, kaum Langzeiterfahrungen.
Natrium (Hochtemperatur): 120Wh/kg, ????DM/kg, ???? Zyklen, hohe Selbstentladung durch Wärmeverlust (300 Grad Betriebstemperatur), Sicherheitsbedenken, Mindestgrösse ca. 200kg.
