Infomercial des VDMA

Am Karlsruher Institut für Technologie arbeitet ein Kompetenzteam mit über 200 Experten an Entwicklungen rund um die Elektromobiltät. Es geht um die Analyse der gesamten Produktionskette: von der Chemie bis hin zum fertigen Batteriesystem. Das Ziel: die drastische Senkung der Herstellungskosten leistungsstarker Lithium-Ionen-Batterien auf 250 € pro Kilowattstunde.

Link-Empfehlung der Redaktion zu weiterführenden Informationen:

- Informationen zu Competence E des KIT – Link

Mehr zum Inhalt des Videos:

Am KIT sind die Arbeiten von Wissenschaftlern unterschiedlicher Forschungsinstitute in das Kompetenzzentrum integriert. An einer Ultra-Hoch-Vakuumanlage analysieren Wissenschaftler verschiedenste Materialien, um die optimale Zusammensetzung für die Elektrodenbeschichtung und die Separatoren zu finden. Am Institut für Thinfilm-Technologie gehen sie der Frage nach, wie sich das Beschichten – also das Aufbringen der Paste auf Folie – im Produktionsprozess beschleunigen lässt. Andere Arbeiten befassen sich mit Fragen, wie Roboterarme die dünnen Folien in der Massenproduktion zerstörungsfrei greifen können, um sie an die nächste Bearbeitungsstation im Herstellungsprozess weiterzugeben.

Bei den Batteriezellen gibt es enormes Einsparungspotenzial: die Zellenfertigung macht fast 50 Prozent der gesamten Batteriekosten aus. Entsprechend groß sind die Möglichkeiten, durch verbesserte Produktionstechnologien Kostensenkungen zu erreichen. Deshalb geht es bei diesen Forschungen nicht nur um Lösungen mit dem Ziel, die Elektronik für das Batteriemanagement zu optimieren, sondern auch um das sogenannte Formieren, das erste Aufladen der Batterie. Ebenso bietet die sogenannte Leckstromprüfung Optimierungspotenzial; sie prüft, ob die Batterie unerwünscht Strom verliert.

© VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau 2011

Infomercial des VDMA

Noch stehen wir am Anfang der Produktion leistungsstarker Lithium-Ionen-Batterien. Das Video zeigt, welche Produktionsschritte bei der Herstellung erforderlich sind und wie die künftige Produktion durch Automatisierung und den Einsatz neuer Technologien für den Massenmarkt fit gemacht werden soll. Die gesamte Prozesskette mit Blick auf die Kosten zu optimieren, ist heute die große Herausforderung, der sich auch die deutsche Industrie stellt.

Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:

- Branchen-Infos des VDMA zu Automation – Link

- Branchen-Infos des VDMA zu Elektromobilität – Link

Mehr zum Inhalt des Videos:

Bei der Entwicklung von kostenreduzierenden, kompletten Fertigungslinien für Lithium-Ionen-Batterien können die deutschen Maschinen- und Anlagenbauer auf eine Vielzahl von intelligenten Lösungen und auf leistungsstarke Maschinen-Module zurückgreifen. Sie wurden für andere Bereiche wie etwa die Photovoltaik entwickelt und ermöglichen dort schon längst eine erfolgreiche Großproduktion.

Unterstützung erhalten die Maschinenbauer dabei auch von Wissenschaftlern und Fabrikplanern. Mit Hilfe von Softwareprogrammen für die Planung von Fabrikationsprozessen erstellen sie beispielsweise auch Konzepte für den Bau von künftigen Lithium-Ionen-Fabriken. Alle Schritte der Serienfertigung sind dabei modular miteinander verknüpft – von der Herstellung der Beschichtungspaste bis zur Formierung der Batteriezelle. Dabei integrieren sie die gesamte erforderliche Produktions- und Prozesstechnik in die vorhandene Gebäudeinfrastruktur.

Wichtige Innovationen und Entwicklungen in der Produktionstechnik kommen aber natürlich auch aus den Reihen der Maschinen- und Anlagenbauer selbst. Beispiel: Lasertechnik für das Schneiden der beschichteten Folien oder beim Schweißen und hermetischen Versiegeln des Batteriegehäuses.

© VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau 2011

… aber mit unterschiedlichen Batterie-Konzepten

2011 wird in die deutsche Automobilgeschichte als das Jahr der ersten marktfähigen Elektroautos eingehen. Der iMiev von Mitsubishi, der Opel Ampera und vier Modelle von Renault starten verkaufstechnisch durch. Zusammen mit den Elektromobilen der amerikanischen Tesla Motors und dem Modell der taiwanischen Luxgen – das allerdings in Deutschland noch nicht verkauft wird – stellen wir E-Modelle vor allem im Hinblick auf die unterschiedlichen Batterie-Lösungen vor.

Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:

- Forschungsschwerpunkt Elektromobilität und Forschungsfahrzeug FreccO Fraunhofer-Gesellschaft – Link
- Competence E des KIT – Link
- Elektromobilität bei Renault – Link
- Infineon zur Elektromobilität – Link
- Webseite des Opel Ampera – Link
- Daimler zu elektrischen Antrieben – Link
- Konzept i von BMW – Link

Mehr zum Inhalt des Videos:

Das Spektrum der technischen Lösungen für Lithium-Ionen-Batterien im Fahrzeug ist breit: Die amerikanische Tesla, Pionier der E-Mobilität, nutzt für ihre Fahrzeuge handelsübliche Lithium-Ionen-Batterien, wie sie in PCs zum Einsatz kommen. Rund 6800 solcher kleiner, gewickelter Zellen sind in einem Fahrzeug untergebracht. Der neue Ampera von Opel dagegen, seit November 2011 in Deutschland zu kaufen, setzt auf leistungsstarke und neuartige Lithium-Ionen-Zellen und benötigt nur noch 288 flache Einzelzellen. Aber nicht nur die Leistungsstärke, auch das chemische Innenleben unterscheidet sich bei den Batterietypen, die heute für E-Fahrzeuge zum Einsatz kommen. Noch ist der Lithium-Ionen-Akku der zweiten Generation ein weltweites Experimentierfeld, es geht auch um die weltweite Technologieführerschaft.

Alle Experten, ganz gleich, welchen Lithium-Ionen-Typ sie präferieren, eint eine gemeinsame, noch unbeantwortete Frage: Die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Zellen ist die große Unbekannte. Jahrelanger Dauereinsatz bei Wind und Wetter war bisher für Lithium-Ionen-Akkus nicht erforderlich. Im PC-Bereich, wo die Technologie seit Jahren bewährt ist, gilt eine Lebensdauer von ein bis zwei Jahren als Standard. Automobil-Batterien müssen da länger leben. Niemand weiß heute, ob sie diese erforderliche Leistung auch wirklich erbringen. Wer heute als Hersteller ein Elektroauto im Markt anbietet, muss sich deshalb mit erheblichen Rückstellungen gegen Kundenprotest absichern. Von Sicherheitsaspekten der hochexplosiven Batterietechnik ganz zu schweigen, die beispielsweise den Marktstart des Opel Ampera in Deutschland etwas unruhig verlaufen lassen.

Renault hat für seine vier Modelle, die zur Jahreswende auch in den deutschen Markt kommen, aus der Not eine Tugend gemacht und mit der Ungewissheit in Sachen Haltbarkeit ein Geschäftsmodell entwickelt. Die Franzosen setzen auf ein bisher unbekanntes Modell: Autokauf samt Leasing der Batterie. Sie kann an Wechselstationen rasch ausgetauscht werden. Experten verweisen allerdings darauf, dass das Leasing-Konzept bei größer werdendem Markt mit typen-verschiedenen Batterien zunehmend schwierig wird. Denn anders als beim PC werden wir auf Sicht wahrscheinlich keine weltweit standardisierte Lithium-Ionen-Batterie bekommen. Schon heute gibt es eine bunte Vielfalt unterschiedlicher Zellchemie vor allem im Kathodenmaterial – und ein weltweites Rennen um die Marktführerschaft.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

Weltweite Forschungen für neue Kathodenmaterialien

Forschungen an Batterien und Akkus haben in den letzten zehn Jahren erheblich an Dynamik gewonnen. Die weltweite Suche nach neuen chemischen Materialien für die Lithium-Ionen-Technologie der nächsten Generation ist angelaufen. Getrieben sind diese Aktivitäten auch durch die rasant wachsende Elektromobilität, die einen Milliardenmarkt im Automobilsektor verspricht. Es geht um leistungsstarke, kompakte Batterien mit wesentlich höherer Lebensdauer als heute. Auch Deutschland will sich in diesem Feld positionieren.

Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:

- Bundesforschungsministerium zur Strategie Elektromobilität – Link
- Batterie-Forschungen am Institut für Nanotechnologie des Karlsruher Instituts für Technologie – Link
- Entwicklungen innovativer Kathodenmaterialien in der BASF – Link
- Innovationsallianz “Lithium Ionen Technologie LIB2015″ – Link

Mehr zum Inhalt des Videos:

Lithium-Ionen-Batterien werden bereits milliardenfach produziert. Für Laptops sind sie weltweit standardisiert und kosten heute nur noch 150 bis 200 US-Dollar pro Kilowattstunde. Der Markt ist mit neunzig Prozent Anteil derzeit fest in asiatischen Händen. Für den Einsatz in Elektrofahrzeugen bedarf es aber wesentlich leistungsfähigerer Typen. Ein weltweites Rennen um die Marktführerschaft dieser nächsten Batterie-Generation ist angelaufen. Das erklärte Ziel: In den kommenden sieben Jahren sollen die Batteriekosten pro Kilowattstunde von heute 600 bis 1000 € auf 250 € gesenkt werden.

Die große Unbekannte bei den Lithium-Ionen-Batterien ist derzeit ihre Haltbarkeit. Ihr Einsatz im Fahrzeug erfordert einen längeren Lebenszyklus als bisher. Sie müssen kalte Winternächte wie heiße Sommertage verkraften und selbst bei flotter Vollgasfahrweise einwandfrei funktionieren. Offen auch, wie sich häufiges Tiefentladen nicht leer gefahrener Batterien vor jedem Stromtanken im Dauereinsatz auswirkt. Die Forschungen konzentrieren sich heute vor allem auf die Kathode, weil hier der größte Handlungsbedarf besteht. Rohstoffe machen heute rund 70 Prozent der gesamten Kosten einer Zelle aus. Ein Drittel davon entfällt allein auf die Kathode. Einsparung bei den Materialkosten, das ist die eine Seite der Forschungsanstrengungen. Aber auch Reduzierung des Materialgewichts ist angesagt. Für eine Kilowattstunde an Leistung braucht man heute rund zwei Kilogramm des Kathodenmaterials. Da lässt sich noch so manches Gramm wegrationalisieren.

Wissenschaftler experimentieren bereits mit Materialien für die weitere Zukunft, wobei Nanotechnologie eine große Rolle spielt. Perspektiven für die Entwicklung von Batterien der übernächsten Generation zeichnen sich bereits ab – sowohl hinsichtlich der Leistung pro Gewicht als auch hinsichtlich der Leistung pro Volumen. Lithium-Schwefel und Lithium-Luft gelten dabei als große Zukunftsvision.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

Infomercial der BASF SE

Das von Daimler und BASF gemeinsam entwickelte Konzeptfahrzeug zeigt interessante Innovationen rund um die Themen Energieeffizienz, Leichtbau und Temperaturmanagement. Darunter sind auch die ersten Solarzellen für den Einsatz im Auto. Selbst bei schwachen Lichtverhältnissen erzeugen sie genug Energie für die Multimediakomponenten und die Lüftung des Fahrzeugs.

Die organischen Farbstoff-Solarzellen sind in das Dach des smart forvision integriert. Sie wandeln Sonnenlicht in Energie um und tragen somit zur Energieeffizienz im Wagen bei. Auch in puncto Design setzen die organischen Farbstoff-Solarzellen Akzente im smart forvision. Die hexagonale Form macht sie zu einem besonderen Hingucker. Hinsichtlich ihrer Farbwahl sind übrigens keine Grenzen gesetzt. Das Minivideo zeigt, was das Dach des smart forvision in sich hat.

© BASF SE 2011

Infomercial der BASF SE

Daimler und BASF haben auf der Internationalen Automobilausstellung 2011 ein Konzeptfahrzeug mit einer ganzheitlichen Perspektive für Elektromobilität vorgestellt. Ergebnis der technologisch-innovativen Zusammenarbeit ist der „smart forvision“, bei dem besonderes Augenmerk auf die Themen Energieeffizienz, Temperaturmanagement und Leichtbau gelegt wurde. Er zeigt etliche bisher im Autobau nicht eingesetzte Komponenten, die vor allem der Erhöhung der Reichweite des E-Autos dienen.

In diesem kreativ gestalteten Video stellt BASF einen extrem leichten Hochleistungsdämmstoff vor, der hilft, das Gewicht der Fahrzeuge deutlich zu senken und gleichzeitig einen Beitrag zum ganzheitlichen Temperaturmanagement zu leisten. Die von BASF neu entwickelten dünnen Dämmplatten bestehen aus mikroskopisch kleinen dicht gepackten Kugeln, sie leisten dabei ebensoviel wie um ein Mehrfaches dickere herkömmliche Schaumstoffplatten und verringern auf diese Weise das Fahrzeuggewicht. Die Gewichtsreduzierung gilt als wesentliche Stellgröße, um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erhöhen. Im „smart forvision“ sind darüber hinaus noch weitere ideenreiche Effizienz-Konzepte vorgestellt worden, etwa Solarzellen und energiesparende OLEDs im Dach des visionären Smart. Weiter ersetzen Verbundmaterialien für den sogenannten multifunktionalen Leichtbau die bisher verwendeten schweren Metallbauteile für das Chassis.

Automobilhersteller Daimler und Zulieferer BASF wollen mit der Zusammenlegung ihrer Aktivitäten im Bereich Elektromobilität mit Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten dazu beitragen, Elektroautos schneller in den Alltag zu bringen.

© BASF SE 2011

IAA 2011 als Urknall des deutschen Elektroautos 2.0

Deutsche Automobil-Hersteller sind, dank gewaltiger öffentlicher Fördermittel, auf den Geschmack der Elektromobilität gekommen. Auf der diesjährigen Internationalen Automobil-Ausstellung in Frankfurt konnte man bei den großen deutschen Marken von Audi über BMW bis Daimler auf Entdeckungstour gehen.

“Urban Concept” und “Smart forvision” – zwei Beispiele groß angelegter deutscher Konzeptautos von Audi und Daimler – wurden auf der Internationalen Automobilausstellung 2011 erstmals präsentiert. Schon heute sind amerikanische und asiatische Hersteller mit Elektroautos auf dem Markt, die deutsche Autoindustrie ist also spät dran, will aber jetzt verlorenes Terrain wieder wettmachen. Und das, obwohl das Elektroauto einst eine ureigene deutsche Domäne war, fuhren doch schon Anfang des 20. Jahrhunderts Elektromobile aus deutscher Produktion auf den Straßen, darunter aus der Entwicklungsabteilung des großen Pioniers der Elektrotechnik, Werner von Siemens. Auch dieser Konzern entsinnt sich seiner Historie und will wie RWE in dieses zukunftsträchtige Autosegment einsteigen.

Unterstützt wird die deutsche Industrie dabei von der Bundesregierung, die mit vier Milliarden Euro die Elektromobilität zum Leitmarkt entwickeln will. Auch in den Ländern steht das Elektroauto 2.0 hoch im Kurs – allen voran Nordrhein-Westfalen. Im Masterplan NRW mit Kompetenzzentren in Aachen (Fahrzeugtechnik und Produktion), Dortmund (Netze und Infrastruktur) sowie Münster (Batterietechnik) liegt eine dreistellige Millionensumme für Förderung von Forschung und Entwicklung bereit. Mit ihr soll auch der einschlägige universitäre Nachwuchs herangezogen werden.

Noch kann man deutsche E-Autos nicht kaufen, aber Daimler will schon 2012 mit dem Elektro-Smart das erste deutsche Serienauto mit Elektromotor auf den Markt bringen. Für 2013 ist dann mit mehreren Elektrofahrzeugen aus deutscher Produktion zu rechnen.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

Experten diskutieren über technische Lösungen der Elektromobilität

Jedes Jahr vor der Internationalen Automobil-Ausstellung treffen sich in Dortmund Experten aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik, um sich am Dortmunder Autotag über Mobilitätskonzepte auszutauschen. Der Lehrstuhl für Regelungssystemtechnik der TU Dortmund lädt dazu seit 2006 gemeinsam mit der Industrie- und Handelskammer ein. 2011 stand das Thema Elektromobilität im Fokus. Auf der eintägigen Veranstaltung gibt es Vorträge, Poster-Sessions, eine Fachausstellung und natürlich grenzüberschreitendes Networking.

Das technologische Ringen um den Zukunftsmarkt der Mobilität ist losgetreten. Es geht dabei nicht nur um den Einsatz einer neuen Antriebstechnologie, sondern um den Komplettumbau der traditionsbewussten deutschen Automobil-Branche. Sie hat den Einstieg in das Elektrozeitalter verschlafen, versucht aber inzwischen, verlorenes Terrain wieder aufzuholen. Das Thema Elektromobilität hat direkten Zusammenhang mit der Stromwirtschaft, die durch den Atomausstieg und den zunehmenden Einsatz erneuerbarer Energien ebenfalls am Anfang eines Umbruchs steht. Beim Elektroauto haben beide Wirtschaftszweige eine wichtige Schnittstelle, geht es doch auch darum, Netze so auszulegen, dass eine Vielzahl von Privathaushalten künftig nicht nur die Waschmaschine, sondern auch das Auto ans Netz hängen kann.

Die große politische Bedeutung des Gesamtszenarios reflektierte Staatssekretär Rainer Bomba, der eigens aus Berlin angereist war. Er glaubt, dass der technologische Umbruch, an dessen Anfang wir stehen, sogar mit dem der industriellen Revolution im 18. Jahrhundert gleichzusetzen ist. Der Initiator des Dortmunder Autotags, Prof. Dr. Torsten Bertram vom Lehrstuhl für Systemregelungstechnik hat unter anderen auch den Querdenker Wilfried Nietschke von der Volkswagen-Tochter IAV als Redner eingeladen, der über das Handy als Range Extender sprach. Der Licht-Experte Dr. Theo Dorißen vom Automobil-Zulieferer Hella berichtete über die Entwicklungen von LEDs und die Bedeutung dieser Technologie für Sicherheit und Energieeffizienz für Elektrofahrzeuge. Frédéric Holzmann vom Dienstleister Intedis präsentierte gewonnene Erkenntnisse in einem EU-geförderten Projekt, dessen Ziel die Entwicklung eines „perfekten“ Elektroautos für die Zukunft ist.

Hört man die Stimmen aus dem Dortmunder Autotag, die kurze Zeit später auf der IAA öffentlichkeitswirksamer von den großen deutschen Markenherstellern wie Audi und Daimler zu vernehmen waren, dann ist das Elektroauto jetzt endgültig auch in Deutschland angekommen. Auf dem Dortmunder AutoTag konnte man sich von den noch zu meisternden Herausforderungen auf dem Weg zu einem Massenprodukt ein gutes Bild machen.

© mce mediacomeurope GmbH 2011

Infomercial der BASF SE

Elektromobilität ist im Trend. Erhebliche Forschungsanstrengungen werden derzeit unternommen, um die Technologie für den Markt wettbewerbsfähig zu machen. Ein zentraler Faktor: die Lithium-Ionen-Batterie. Das Konsortium HE-Lion unter der Federführung der BASF arbeitet an ihrer Weiterentwicklung.

Während die aktuelle erste und zweite Generation der Lithium-Ionen-Batterien bereits in Laptops, Smartphones oder Kameras verwendet wird, muss für die dritte und vierte Generation ein neues und stabileres System entwickelt werden. Entscheidend für den Erfolg der neuen Batterien sind hohe Sicherheit, hohe Kapazität, eine lange Lebensdauer und ein erschwinglicher Preis. Angestrebt wird eine zwei- bis fünfmal so hohe Energiedichte wie in bisher bekannten Batteriesystemen. Diese sollen es – basierend auf heutigen Serienmodellen – ermöglichen, dass die Reichweite einer Batterieladung nicht wie heute nach fünfzig Kilometern, sondern erst nach zweihundert Kilometern endet.

In diesem Infomercial stellt BASF das Projekt HE-Lion vor. Gemeinsam mit Partnern werden im miniaturisierten Maßstab unterschiedliche Materialien für Lithium-Ionen-Batterien im Labor getestet, die neben der Lebensdauer vor allem die Batteriekapazität erhöhen sollen. In den kommenden fünf Jahren will die BASF einen dreistelligen Millionenbetrag in das Thema Batterien investieren. Darunter fallen Forschungsaktivitäten zur Optimierung der Lithium-Ionen-Technologie, Ziel ist aber auch die Entwicklung völlig neuer Batteriekonzepte.

© BASF SE 2011

Wettbewerb für Nachwuchs-Konstrukteure

Der „Shell Eco-Marathon“ bietet jungen Konstrukteuren und Ingenieuren aus aller Welt eine Bühne, neue Lösungsansätze für nachhaltige Mobilität zu entwickeln und einer größeren Öffentlichkeit vorzustellen. Aufgabe dieses in Amerika, Asien und Europa ausgetragenen Wettbewerbs ist es, ein Fahrzeug zu konstruieren, zu bauen und zu fahren, das mit möglichst wenig Kraftstoff möglichst weit fährt.

Shell, Initiator des Wettbewerbs, will damit Innovationen, den Umweltschutz und die Weiterentwicklung von Spitzentechnologie zur Verbesserung der Energieeffizienz fördern.

Die Initiative richtet sich an Studenten von Universitäten, weiterbildenden Schulen und anderen Einrichtungen in Europa. Die Teams können in zwei Hauptkategorien starten: Zur Kategorie „Prototypen“ zählen die futuristischen Designs stromlinienförmiger Fahrzeuge mit drei oder vier Rädern, deren Konstruktion primär darauf abzielt, den Luftwiderstand zu reduzieren und damit den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Bei den Fahrzeugen des „Urban Concept“ handelt es sich um konventionelle, alltagstaugliche Fahrzeuge auf vier Rädern, die den Ansprüchen moderner Fahrer genügen, die das Effizienz-Thema vor allem über innovative Antriebstechniken lösen.

Die Fahrzeuge beider Kategorien können entweder mit konventionellen Kraftstoffen oder mit alternativen Energiequellen angetrieben werden. Schon seit 2003 sind auch alternative Antriebsenergien wie Solarenergie, Wasserstoff-Brennstoffzellen oder Biokraftstoffe erlaubt. Neu beim Eco-Marathon 2011 ist die Wettbewerbskategorie „Elektromobilität“, in der die Elektromotoren der Fahrzeuge mit Solarenergie, einer Brennstoffzelle oder einer Plug-in-Batterie angetrieben werden. Grundsätzlich gilt: Solange die Teams die geltenden Sicherheitsvorschriften beachten, sind der Konstruktion ihrer Fahrzeuge keine Grenzen gesetzt.

2011 waren mehr als 200 Teams gemeldet, davon rund 90 Teams in der neuen Wettbewerbskategorie „Elektromobilität“.

Die Reportage des Wettbewerbs 2011 stellt die Gewinner mit ihren technischen Konzepten vor.

© mce mediacomeurope GmbH 2011