Produktionstagebuch – Batterie

Produktionstagebuch – Batterie

Das wohl wichtigste Bauteil in einem Elektroauto ist die Batterie. Sie stellt den essentiellen Stellhebel zur Reduktion des Kaufpreises dar, weil sie die höchsten Produktionskosten widerspiegelt. Außerdem wird vorwiegend über die Batterie die Reichweite erhöht. In unserem Huawei Sonnenwagen spielt sie zwar nicht die wichtigste Geige, ist aber dennoch sehr wichtig für uns. Heute erfahrt ihr, warum und was sie für uns genau ausmacht! Also seid gespannt und lest weiter 😉

Was muss man beachten, wenn man ein Batterie-Pack für ein Solarauto bauen möchte?

Das Batterie-Pack ist ein Verbund aus einer festgelegten Menge an Batterie-Zellen und ein wichtiger Teil unseres Huawei Sonnenwagens. Wir nutzen es, um überschüssige Energie zu speichern, die von den Solarzellen generiert oder durch Rekuperation des Motors gewonnen wird. Wenn uns die Leistung der Solarzellen mal nicht ausreicht, weil es zum Beispiel bewölkt ist oder wir eine Steigung überwinden müssen, können wir diese gespeicherte Energie zusätzlich nutzen.

Der Hauptteil des Packs: Die Zellen

Wie fängt man an, wenn man ein Pack bauen will? Natürlich mit den Batterie-Zellen. Im Regelwerk der Bridgestone World Solar Challenge ist vorgegeben, wieviel die verschiedenen Zell-Typen wiegen dürfen. Wir haben uns für Lithium-Ionen-Zellen entschieden, unter anderem, weil dies momentan die etablierteste Technologie auf dem Markt ist. Laut Regelwerk darf man 20kg Lithium-Ionen-Zellen mitnehmen. Mit dieser Angabe habe wir die Zellen mit der höchsten Energiedichte pro Kilogramm ausgewählt. Dazu haben wir die Zellen der verschiedenen Anbietern einem Härtetest unterzogen. Ein paar andere Faktoren spielten bei der Auswahl natürlich auch eine Rolle, zum Beispiel wie sich ihre Kapazität bei hohen Temperaturen verhält. Aus den verschiedenen Untersuchungen haben wir einen Sieger für unseren Anwendungsbereich ausgewählt.

Nachdem man sich für eine Zelle entschieden hat, ist es leicht auszurechnen, wie viele Zellen in das Pack gebaut werden dürfen. Mit dieser Zahl muss als nächstes die Verschaltung ausgearbeitet werden. Hier ist es vorteilhaft die Spannung möglichst hoch auszulegen, um einen geringeren Strom in der Gesamtverschaltung zu erzielen, wodurch wir Kabel mit kleinerem Durchmesser verwenden können und so Gewicht sparen. Außerdem ist es wichtig den Verlauf der Wirkungsgrade von Motor-Controller und Maximum-Power-Point-Trackers  (Was waren nochmal MPPTs? Mehr dazu hier Solarzellen Blog) zu beachten, diese hängen nämlich auch von der Spannung ab und somit von der Verschaltung der Batteriezellen.

Da wir nun die Verschaltung kennen, ist die nächste Aufgabe, alles möglichst platzsparend anzuordnen. Im Pack für den Huawei Sonnenwagen ist uns außerdem wichtig, dass man kaputte Teile einfach und schnell auswechseln kann, weshalb wir die Zellen in 18 gleiche Module aufteilen. Jedes dieser Module wird von additiv gefertigten Zellhalterungen zusammengehalten. Hierfür haben wir mit verschiedenen additiven Fertigungsverfahren und Materialien experimentiert, um Bauteile mit hohen Toleranzen herzustellen, die auch bei hohen Temperaturen stabil bleiben.

Luftkühlung

Bis jetzt haben wir alles auf hohe Temperaturen ausgelegt, aber trotzdem gibt es natürlich noch gefährliche Arbeitsbereiche, die möglichst zu vermeiden sind. Also muss die Temperatur der Zellen reguliert werden. Wir haben im Huawei Sonnenwagen dazu Lüfter integriert, um das Pack zu kühlen. Damit möglichst wenig von der wertvollen Solarzellenenergie an die Lüfter verschwendet wird, kann man diese mit Hilfe eines Battery-Management-Systems (BMS) so kontrollieren, dass sie nur laufen, wenn sie benötigt werden.

Battery Management System (BMS)

BMS steht für Battery Management System. Dieses hat viele verschiedene Aufgaben im Pack. Mit Hilfe von Temperatursensoren merkt es, wenn die Temperatur gefährlich hoch wird und kann dann automatisch die Lüfter ansteuern. Das BMS überwacht außerdem die Spannung in jedem Zellmodul, um Tiefenentladung und Überspannung zu verhindern. Es ist verantwortlich für das Schalten der Hauptschütze, das Zellbalancing und die Kommunikation mit den Hauptkomponenten des Fahrzeugs. Zusätzlich kann es den Ladezustand der Batterie schätzen, was vor allem für unsere Fahrstrategie sehr wichtig ist.

Übrigens: Alle Komponenten unseres Battery Management Systems werden uns von Sensor Technik Wiedemann zur Verfügung gestellt. An dieser Stelle nochmal einen riesigen Dank dafür! 🙂

Packen

Zum Schluss muss noch alles in ein Gehäuse gepackt werden, um vor Umwelteinflüssen geschützt zu sein. Das Gehäuse muss dabei möglichst leicht sein, in die Tragstruktur passen und Platz für alle Teile des Batterie-Packs haben, die hier erwähnt worden sind: Die Zellmodule, die Verschaltung, die Lüfter und das Batterie-Management System.

Und dann ist unsere Batterie auch schon komplett. Es wird viel getestet, viel berechnet und gebaut. Unser erstes Pack steht bereit und unser zweites Pack wird bald gebaut. Übrigens: Durch verschiedene Richtlinien im Luftfahrtverkehr muss unsere Batterie deutlich früher als das restliche Auto auf dem Seeweg nach Australien reisen. Deshalb liegen die Deadlines für unsere Batterie Crew auch deutlich früher. Gratulation zum ersten Pack! 🙂

Viele Grüße,
euer Sonnenwagen Team