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Second Life Elektroautos: Zweites Leben für die Batterien

Bild: Patrick P. Palej/AdobeStock

23.05.2019

Elektroautos: Zweites Leben für die Batterien

Die Batterie macht ein E-Auto teurer als ein nicht-elektrisches. Was aber, wenn die Batterie ihr “Autoleben” hinter sich hat? Dann können Batterien ein sogenanntes Second Life führen. Wir zeigen wo und wie.

Katzen haben neun Leben, Lithium-Ionen-Batterien für E-Fahrzeuge mindestens drei. Das erste beginnt, lange bevor sie Räder zum Rollen bringen, und das letzte endet Jahre danach. So der Plan. Zu diesem Plan gehört auch, in jedem Leben produktiv zu sein – teilweise sogar mehrfach.

Wie sich das umsetzen lässt, damit beschäftigen sich die Experten von The Mobility House (TMH). „Der Energiemarkt befindet sich im Wandel von der zentralen, verbrauchsorientierten hin zu einer immer volatileren Stromproduktion mit erneuerbaren Energien, die sich am Wetter orientieren und nicht daran, wann Strom benötigt wird. Dafür braucht es Speichermöglichkeiten“, sagt Christian Müller von TMH in Zürich. Der Wert von Speichern werde deshalb auch steigen, ist er sicher.

Batterien sind kein einfaches Ersatzteil

Rund 65 Millionen Fahrzeuge sind in Deutschland zugelassen. Mit einem elektrischen Antrieb waren zum Stichtag 1. Januar 2019 zwar weniger als 500.000 ausgerüstet, doch die jährlichen Zuwachsraten in der Zulassung lagen 2018 bereits um die 50 Prozent.  Bei den meisten Autobauern läuft die Serienproduktion hoch.

Das bedeutet, sie müssen für ihre E-Autos in immer größerem Umfang Teile und Ersatzteile vorhalten. Anders als Scheinwerfer oder Kotflügel können Batterien bis zu ihrem Einbau aber nicht einfach so im Regal liegen. Um ihrer Leistungsfähigkeit zu erhalten, müssen sie regelmäßig be- und entladen werden.

Dazu kommt, dass jeder Batteriehersteller für seine Produkte ein Recycling-Konzept vorweisen muss.

Second Life Elektroautos: Zweites Leben für die Batterien

Ausgemusterte E-Fahrzeug-Batterien haben nach dem ersten Leben häufig noch 80 Prozent Speicherkapazität. Für stationäre Speicheranwendungen reicht dies in der Regel völlig aus. Bild: Romaset/AdobeStock

Zell- vs. Batteriefertigung

Zwar liegt die Produktion von Lithium-Ionen-Zellen nach wie vor fest in asiatischer Hand. Doch die Batterien aus diesen Zellen fertigen die meisten Autobauer lieber selbst. So auch Daimler bei seiner hundertprozentigen Tochter Accumotive in Kamenz und künftig acht weiteren Fabriken an sieben Standorten weltweit.

„Wir denken selbstverständlich auch an das Recycling. Doch vorher geht es darum, das Maximum aus den Batterien heraus zu holen. Da ist auf jeden Fall Second-Life ein Thema, also ein weiterer Einsatz der Batterie zum Beispiel im stationären Betrieb nach dem ersten Leben im Fahrzeug“, berichtet Daimler-Sprecherin Madelaine Herdlitschka.

Batterien auf Lager “fit” halten

Bis es soweit ist, gehen freilich noch einige Jahre ins Land. Die meisten Traktionsbatterien befinden sich noch in den Fahrzeugen. Das drängendere Thema ist aktuell ein Anderes: „Eine sinnvolle Bewirtschaftung des Lagerbestandes um den optimalen Ladezustand herum, der die Batterien fit hält“, sagt Müller. „Wir nennen das auch ‚Batteriemassage‘“, schmunzelt er.

Und die tut neuen wie alten Batterien gut. „Die Einschränkungen für die Bewirtschaftung einer neuen Batterie sind sicherlich strikter als bei einer gebrauchten. Doch auch dieses Laden und Entladen während der Lagerung kann so geschehen, dass es einen Erlös abwirft. Sehr attraktiv ist hier das Thema Primärregelleistung“, berichtet er.

Zur Stabilisierung der Netzfrequenz brauchen die Übertragungsnetzbetreiber Reserven, um schnell eingreifen zu können. Je stärker die Stromeinspeisung schwankt, desto größer ist der Bedarf an Regelleistung. „Primärregelleistung ist die erste Stufe. Dabei sind schnelle Reaktionszeiten zur kurzfristigen Abfederung von Laständerungen gefragt. Ideal für Batterien, weil hier der Energiedurchsatz gering ist und damit auch die Belastung der Batterie“, erklärt Müller.

Batterie-Leben Eins: die mobile Phase

Was Batterien im Lager können, können auch Batterien im Fahrzeug. Theoretisch. Integraler Bestandteil der Vision einer intelligenten Stromversorgung im Smart Grid sind E-Fahrzeuge, die überschüssigen Strom zwischenspeichern und ihn – so sie nicht selbst damit fahren sollen – bei Bedarf wieder in das Stromnetz abgeben.

Praktisch bieten diese Option bislang hauptsächlich japanische Autobauer über Schnittstellen nach CHAdeMO-Standard an. „Die Bidirektionalität wird auf jeden Fall zunehmend wichtiger, und ich bin überzeugt, es werden noch sehr viel mehr Autohersteller dieses Thema für sich entdecken. Aktuell bleibt es vor allem aus Kostengründen unberücksichtigt und weil andere technische Fragen Vorrang haben“, denkt Müller.

Autos und Flurförderzeuge als Zwischenspeicher

Strom ließe sich jedoch nicht nur in Autos – etwa der eigenen Dienstfahrzeugflotte – zwischenspeichern, sondern auch in Flurförderzeugen (FFZ) der neuen Generation. Im Gegensatz zu Staplern mit behäbigen Bleibatterien, die für einmal vollständig Laden fast die ganze Nacht brauchen, sind Fahrzeuge mit Lithium-Ionen-Batterien bereits nach einer Mittagspause wieder startklar.

„Da der Strompreis ständig schwankt, könnte man sich durchaus vorstellen, Strom dann einzukaufen, wenn er gerade besonders günstig ist, ihn in Staplern zwischenzuspeichern, die gerade nicht gebraucht werden, und ihn dann gegebenenfalls zu einem höheren Preis wieder zu verkaufen“, überlegt Michael von Forstner von FFZ-Hersteller Jungheinrich. „Aber das ist natürlich nur eine Vision für die Zukunft“, schränkt er ein. Eine Rückspeisung ist mit den aktuellen Fahrzeugen (noch) nicht möglich.

Das letzte Leben: goldener Ruhestand

Autobauer gehen heute von acht Jahren garantierter Lebenszeit in der mobilen Phase im Auto aus. Bei Staplerhersteller Jungheinrich sind es fünf Jahre bzw. 3.000 Vollladezyklen für Lithium-Ionen-Batterien. „Wird eine Batterie intensiv genutzt, sprich zweimal pro Tag voll geladen, sind nach fünf Jahren immer noch 1.000 Ladezyklen übrig.

Das reicht im Ein-Schicht-Betrieb für weitere fünf Jahre“, rechnet von Forstner. „Danach könnte dieselbe Batterie in einem kleineren Fahrzeug oder bei einer geringeren täglichen Einsatzdauer durchaus ein drittes Mal eingesetzt oder für einen stationären Speicher verwendet werden“, denkt er.

Aus der Traktionsbatterie wird ein Notstromspeicher

Die Anforderungen an stationäre Speicher, die als Notstromreserve benutzt werden, Strom von der eigenen Photovoltaik-Anlage zwischenspeichern oder teure Lastspitzen in der Produktion kappen, sind deutlich geringer als die an Traktionsbatterien.

Was der einzelnen Batterie im mobilen Leben an Kapazität verloren ging, kann im “Second Life” leicht durch eine höhere Anzahl von Batterien ausgeglichen werden. Denn Raumbedarf oder Gewicht spielen jetzt nur noch eine untergeordnete Rolle. Gleichzeitig ist ein plötzlicher Kapazitätsabfall nicht sofort sicherheitsrelevant.

Gebrauchtbatterien sind Unsicherheitsfaktor

Dennoch wird in gebrauchte Batterien nur investieren, wer das Ausfallrisiko realistisch abschätzen kann. Eine Aufgabenstellung, die alles andere als trivial ist. „Derzeit sind Second-Life-Batterien wahnsinnig günstig, weil natürlich auch mit einer extremen Unsicherheit verbunden. Man muss sehr viele aufwendige Tests fahren, um diese Batterien zuverlässig einzusetzen zu können“, sagt Lennart Hinrichs von Twaice.

Zustandsbestimmung und Vorhersagen zur Restlebenszeit von Batterien sind das Kerngeschäft des jungen Münchner Unternehmens. Es erstellt Simulations­modelle für verschiedene Batterietypen. Ergänzt um Daten aus dem jeweiligen Batteriemanagementsystem, entsteht auf dieser Grundlage dann für die einzelne Batterie ein Digitaler Zwilling, mit dessen Hilfe sich Aussagen über den aktuellen Zustand der Batterie treffen sowie Prognosen für die Restlebenszeit und optimale Betriebsbedingungen ableiten lassen.

Batterien: Möglichst lange Verwendung statt Recycling

„Mittelfristig wird das Second-Life-Thema vor allem dadurch getrieben werden, wie sich die Preise für Neubatterien entwickeln. Auf jeden Fall jedoch ist eine möglichst lange Verwendung ökologisch wie ökonomisch sinnvoller als ein Entsorgen oder Recyceln nach dem First Life.

Die derzeitigen Recyclingmethoden sind sehr aufwändig und lohnen nur deshalb, weil viele der in den Batterien verbauten Rohstoffe knapp und teuer sind“, erklärt er.

Autorin: Michaela Neuner

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Autor: Dörte Neitzel

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