Ausgediente Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen k├Ânnen ein Second Life als Energiespeicher haben. Was dabei zu beachten ist, wo das bereits umgesetzt wird und welche Rolle die Daten aus einem Batteriemanagementsystem (BMS) dabei helfen k├Ânnen, die Restlebensdauer der Batterie genau zu bestimmen, erl├Ąutert dieser Beitrag.

Ausgediente Lithium-Ionen-Batterien aus Elektrofahrzeugen k├Ânnen ein Second Life als Energiespeicher haben. Was dabei zu beachten ist, wo das bereits umgesetzt wird und welche Rolle die Daten aus einem Batteriemanagementsystem (BMS) dabei helfen k├Ânnen, die Restlebensdauer der Batterie genau zu bestimmen, erl├Ąutert dieser Beitrag. (Bild: Adobe Stock 248626760, malp)

Nach Angaben von EV-volumes.com wurden im Jahr 2022 insgesamt 10,5 Millionen Elektrofahrzeuge (BEVs und PHEVs) verkauft. Dies ist gegen├╝ber dem Stand von 2022 ein Anstieg um 55%. Getrieben wird diese Verschiebung durch die Nachfrage der Konsumenten, die wachsende Ladeinfrastruktur sowie die Vorschriften, die von St├Ądten und L├Ąndern zugunsten der Elektrifizierung erlassen wurden. Als umweltfreundliche Alternative zu Verbrennungsmotoren propagiert, haben Elektrofahrzeuge jedoch eine Schwachstelle: Es stellt sich die Frage, was passiert mit einer Batterie, wenn sie nicht mehr gen├╝gend Ladung speichern kann, um ein Fahrzeug anzutreiben?

Die g├Ąngigste Option ist heute die Wiederaufbereitung, also das Recycling. Dabei lassen sich einige ÔÇô allerdings keineswegs alle ÔÇô Rohmaterialien wie etwa Kobalt und Lithium wieder zur├╝ckgewinnen. Das Recycling aber ist nicht nur teuer und unreguliert, sondern es fehlt auch noch an einer klar definierten Lieferkette. ├ťberdies geht das Institute for Energy Research davon aus, dass sich bis 2025 weltweit mehr als 3,4 Millionen verbrauchte EV-Batterien angesammelt haben werden, w├Ąhrend es 2018 nur 55.000 waren.

Was ist Second Life bei Autobatterien?

Second Life f├╝r Autobatterien bezieht sich auf die Wiederverwendung von gebrauchten Batterien aus Elektrofahrzeugen, die nicht mehr f├╝r den Antrieb des Fahrzeugs geeignet sind. Obwohl diese Batterien m├Âglicherweise nicht mehr gen├╝gend Kapazit├Ąt haben, um in Elektrofahrzeugen verwendet zu werden, k├Ânnen sie noch gen├╝gend Energie speichern, um f├╝r andere Zwecke verwendet zu werden.

Ein Beispiel f├╝r die Verwendung von Second-Life-Batterien ist der Einsatz als station├Ąrer Energiespeicher in Geb├Ąuden oder als Stromquelle f├╝r Elektrofahrzeuge mit geringerem Energiebedarf wie E-Bikes oder E-Roller. Durch den Einsatz von Second-Life-Batterien kann die Lebensdauer von Batterien verl├Ąngert und Ressourcen gespart werden, da weniger neue Batterien hergestellt werden m├╝ssen.

Allerdings m├╝ssen die Batterien f├╝r den Einsatz in Second Life geeignet sein und entsprechend getestet und bewertet werden. Der Zustand der Batterien (State of Health (SOH)) muss ausreichend sein, um eine genug Leistung und Sicherheit zu gew├Ąhrleisten.

Diese Second-Life-Projekte f├╝r ausgediente E-Auto-Batterien gibt es in Europa

Wiederaufbereitung schenkt E-Auto-Batterien zweites Leben

Eine Alternative zum Recycling ist die Wiederverwendung von Batterien. Dabei wird zun├Ąchst ermittelt, welche Zellen eines Batteriesatzes noch gen├╝gend Ladung speichern k├Ânnen. Anschlie├čend wird der Batteriesatz zerlegt und die noch brauchbaren Zellen werden zu einer neuen Batterie zusammengebaut. Mit dieser Alternative zur Wiederaufbereitung ÔÇô genauer gesagt, eigentlich ein Zwischenschritt ÔÇô erhalten Batterien ein ÔÇ×zweites LebenÔÇť. Ist die Kapazit├Ąt einer Lithium-Ionen-Batterie auf 70 bis 80 Prozent ihres urspr├╝nglichen Werts gefallen, was normalerweise fr├╝hestens nach acht bis zehn Jahren der Fall ist, kann die Batterie das Fahrzeug nicht mehr effizient versorgen und ist zu ersetzen. Das wachsende Angebot an verbrauchten Batterien l├Ąsst auf dem Markt eine neue Chance entstehen, die unter dem Schlagwort Second Life bekannt ist.

Da der Batteriesatz einen Anteil von ├╝ber 30 Prozent am Verkaufspreis eines Elektrofahrzeugs ausmacht, gibt es f├╝r Batteriehersteller, Automobilhersteller, Regulierungsbeh├Ârden und sogar Versicherungsunternehmen echte wirtschaftliche und ├Âkologische Anreize, einen sekund├Ąren Markt zu f├Ârdern. Der direkteste Weg existiert in Energiespeichersystemen, in denen sich die noch intakten Zellen eines benutzten Akkusatzes einer neuen Verwendung zuf├╝hren lassen, um ├╝bersch├╝ssige Energie aus Wind, Sonne, Wasserkraft oder Geothermie zu speichern. Ebenso lassen sich EV-Batterien zerlegen und zu kleineren Batteriemodulen f├╝r weniger anspruchsvolle Anwendungen wie etwa Elektrowerkzeuge, Gabelstapler oder E-Scooter zusammenbauen.

Wie der State of Health einer Batterie erfasst wird

Der State of Health (SoH) einer Batterie bezieht sich auf den Zustand der Batterie und ihre F├Ąhigkeit, eine ausreichende Kapazit├Ąt bereitzustellen. Der SoH wird verwendet, um den aktuellen Zustand einer Batterie in Bezug auf ihre Leistungsf├Ąhigkeit und Lebensdauer zu beschreiben.

Um den SoH einer Batterie zu ├╝berwachen und zu bewerten, werden verschiedene Methoden verwendet, wie interne Diagnosefunktionen, externe Tests und Batteriemanagementsysteme. Durch eine regelm├Ą├čige ├ťberwachung des Batteriezustandes kann die Lebensdauer der Batterie verl├Ąngert und eine zuverl├Ąssige Leistung sichergestellt werden. Der SoH (State of Health) einer Batterie wird in der Regel durch verschiedene Methoden gemessen, darunter:

  • Open Circuit Voltage (OCV) - Die OCV-Methode misst die Spannung der Batterie, wenn sie nicht belastet wird. Dieser Wert wird mit einer Tabelle oder einem Algorithmus verglichen, um den SoH der Batterie abzusch├Ątzen.
  • Impedanzspektroskopie: Diese Methode misst die Wechselstromimpedanz der Batterie bei verschiedenen Frequenzen, um Ver├Ąnderungen in der Batteriechemie zu erkennen, die auf eine ├änderung des SoH hinweisen.
  • Kalenderalter und Zyklenzahl: Batterien haben normalerweise eine begrenzte Lebensdauer, die durch das Kalenderalter und die Anzahl der Lade- und Entladezyklen begrenzt wird. Durch die ├ťberwachung dieser Faktoren kann der SoH der Batterie abgesch├Ątzt werden.
  • Coulomb-Z├Ąhler - Diese Methode basiert auf der Messung der Ladung, die in die Batterie eingef├╝hrt oder aus der Batterie entnommen wird. Durch die ├ťberwachung dieser Ladung kann der SoH der Batterie abgesch├Ątzt werden.
  • Je nach Anwendung und Batterietyp kann eine Kombination aus diesen Methoden oder anderen Methoden zur Bestimmung des SoH einer Batterie verwendet werden.

Der SoH einer Batterie kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, z. B. Alter, Nutzungsdauer, Temperatur, Ladezyklen und Art der Anwendung. Eine Batterie mit einem hohen SoH hat eine gute Leistung und ist in der Lage, eine ausreichende Kapazit├Ąt zu liefern, w├Ąhrend eine Batterie mit einem niedrigen SoH m├Âglicherweise nicht mehr in der Lage ist, eine ausreichende Leistung zu liefern und ersetzt werden muss.

Was ist der Unterschied zwischen SoC und SoH?

SoC (State of Charge) und SoH (State of Health) sind zwei verschiedene Parameter, die den Zustand einer E-Auto-Batterie beschreiben.

  • SoC bezieht sich auf den aktuellen Ladezustand der Batterie und gibt an, wie viel Energie noch in der Batterie gespeichert ist. Es wird normalerweise in Prozent ausgedr├╝ckt und gibt an, wie viel Prozent der Gesamtkapazit├Ąt der Batterie noch verf├╝gbar sind. Wenn die Batterie vollst├Ąndig geladen ist, betr├Ągt der SoC 100%, w├Ąhrend er bei vollst├Ąndiger Entladung 0% betr├Ągt.
  • SoH bezieht sich auf den Zustand der Batterie im Hinblick auf ihre Leistung und Lebensdauer. Es gibt an, wie gut die Batterie im Vergleich zu ihrem urspr├╝nglichen Zustand noch funktioniert. Eine Batterie mit einem hohen SoH hat eine gute Leistung und Kapazit├Ąt, w├Ąhrend eine Batterie mit einem niedrigen SoH eine schlechtere Leistung und Kapazit├Ąt aufweist.

Der SoC ist ein Momentaufnahme-Parameter, der sich ├Ąndert, wenn die Batterie entladen oder aufgeladen wird, w├Ąhrend der SoH ein langfristiger Parameter ist, der sich im Laufe der Zeit durch Alterung und Verschlei├č der Batterie ver├Ąndert.

Was kabellose Battery Monitoring Systeme (BMS) bringen

Ganz frei von Hindernissen bez├╝glich der Technologie, der Qualit├Ątskontrolle und der Umsetzung ist der entstehende Markt f├╝r Second-Life-Batterien indes nicht. Zum Beispiel enthalten heutige EV-Batterien eine elektrische Verkabelung, um den Ladezustand der Batterie ├╝berwachen zu k├Ânnen. Da diese und weitere Kabelstr├Ąnge entfernt werden m├╝ssen, bevor die Batterie einer neuen Verwendung zuf├╝hrbar ist, entstehen Mehrkosten, und das Design verkompliziert sich. Im Rahmen eines zunehmenden Trends in der Produktentwicklung, das die am Ende der Nutzungsdauer erfolgende Demontage bereits ber├╝cksichtigt, k├Ânnen Entwickler anstatt fest verdrahteten BMS-L├Âsungen (Battery Monitoring System) kabellose BMS-Konzepte (wireless BMS, wBMS) einsetzen. Kabellose BMS-L├Âsungen verringern nicht nur die Abmessungen, das Gewicht und die Materialkosten von Elektrofahrzeugen, sondern lassen auch ein Montieren oder Demontieren von Akkus├Ątzen durch Roboter zu, was mehr Sicherheit bietet und besser skalierbar ist.

E-Mobility: Batterie und Sicherheit

ae_emobility_batterie_940x250.jpg
(Bild: AdobeStock_277540900)

Wie entstehen bessere E-Auto-Batterien und sind sie sicher? Bew├Ąhrte und neue Batterietechnologien von Entwicklung bis Recycling, Brandschutz von Simulation ├╝ber Materialien bis Batteriemanagement und Safety-Konzepten, sowie Testverfahren von EMV bis Sicherheit. Die Technologien dahinter finden Sie hier.  

Aufbereitung der Batterie

Die kabellose BMS-Technologie erlaubt eine kontaktlose, skalierte Bestands-Charakterisierung, um bei der schnellen Entscheidung zwischen Wiederverwendung und Wiederaufbereitung zu helfen. Sobald mithilfe von State-of-Health-Daten, die beispielsweise mit wBMS-L├Âsungen erfasst wurden, die Wahl zwischen Wiederverwendung und Recycling getroffen ist, k├Ânnen K├Ąufer und Verk├Ąufer eine standardisierte Vertrauensebene etablieren und den Wert einer Batterie auf faire Weise ermitteln, bevor sich auf einen Verkaufspreis geeinigt wird. Die Industrie k├Ânnte sogar einen Bewertungsstandard erarbeiten, um eine wenig benutzte Batterie mit dem Rating ÔÇ×AAAÔÇť von einer stark verbrauchten Batterie zu unterscheiden.

Fazit Second Life

Der Bereich der Second-Life-Batterien ist ein sehr wertvoller Zwischenschritt vor dem Recycling, aber sein Erfolg h├Ąngt in hohem Ma├če davon ab, wie ganzheitlich die Erst- und Zweitverwendungen der Batterien betrachtet werden. Das Design der Batterie und des BMS muss auf die gesamte Nutzungsdauer ausgerichtet sein. Hierf├╝r m├╝ssen m├Âglicherweise Batterie-Zulieferer und Automobilhersteller gleicherma├čen ihre Herangehensweise ├╝berdenken, aber langfristig k├Ânnen sie eine wichtige Rolle bei der Schaffung eines ├Âkologisch nachhaltigen und ├Âkonomisch tragbaren neuen Marktzweigs spielen. (na)

Autorin

Gina Aquilano, ADI
Gina Aquilano, ADI, (Bild: ADI)

Gina Aquilano ist Director of Technology, Automotive, bei Analog Devices

Der Autor: Dr. Martin Large

Martin Large
(Bild: H├╝thig)

Aus dem Scho├č einer Lehrerfamilie entsprungen (Vater, Gro├čvater, Bruder und Onkel), war es Martin Large schon immer ein Anliegen, Wissen an andere aufzubereiten und zu vermitteln. Ob in der Schule oder im (Biologie)-Studium, er versuchte immer, seine Mitmenschen mitzunehmen und ihr Leben angenehmer zu gestalten. Diese Leidenschaft kann er nun als Redakteur ausleben. Zudem k├╝mmert er sich um die Themen SEO und alles was dazu geh├Ârt bei all-electronics.de.

Weitere Artikel von Martin Large

Schwerpunktthema: E-Mobility

ae_schwerpunkt_940x250.jpg
(Bild: Adobe Stock, H├╝thig)

In diesem Themenschwerpunkt ÔÇ×E-MobilityÔÇť dreht sich alles um die Technologien in Elektrofahrzeugen, Hybriden und Lades├Ąulen: Von Halbleitern ├╝ber Leistungselektronik bis E-Achse, von Batterie ├╝ber Sicherheit bis Materialien und Leichtbau sowie Test und Infrastruktur. Hier erfahren Sie mehr.

Sie m├Âchten gerne weiterlesen?

Registrieren Sie sich jetzt kostenlos:

Bleiben Sie stets zu allen wichtigen Themen und Trends informiert.
Das Passwort muss mindestens acht Zeichen lang sein.

Mit der Registrierung akzeptiere ich die Nutzungsbedingungen der Portale im Industrie-Medien-Netzwerks. Die Datenschutzerkl├Ąrung habe ich zur Kenntnis genommen.

Sie sind bereits registriert?