Was heute noch zwei bis vier Stunden dauert, nämlich Batterien für Pedelecs zu laden, soll zukünftig in weniger als einer Stunde erledigt sein. Dafür müssen die Batterien allerdings erst schnellladefähig gemacht werden. Für diese Aufgabe haben sich das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der auf E-Mobility spezialisierte Fahrradhersteller Coboc zusammengetan.
Meist werden in der Stadt von Pedelec-Fahrern kurze Strecken gefahren. Eine kleinere Batterie mit geringeren Reichweiten würde für diese Zwecke eigentlich ausreichen. Das spart Kosten und schont die Umwelt. Um dennoch auch weitere Strecken zurücklegen zu können, muss diese Batterie möglichst schnell geladen werden können – zwei bis vier Stunden dauert das heute noch und ein schneller Start nach kompletter Akku-Entladung ist damit schwierig. »Deswegen wollen wir ein Schnellladesystem für E-Bikes entwickeln, das kompakt und leistungsfähig ist, aber auch nutzer- und umweltfreundlich«, erklärt Nicolaus Lemmertz, Wissenschaftler am Elektrotechnischen Institut (ETI) des KIT und Leiter des Projektes.
Das neue Schnellladeverfahren soll auf Lithium-Ionen-Zellen mit hoher Lebensdauer basieren, über einen vergleichsweise starken Ladestrom von bis zu zehn Ampere verfügen und an normalen 230-Volt-Steckdosen in weniger als einer Stunde aufgeladen werden können. Darüber hinaus soll das Batteriemanagementsystem eine Diagnosefunktion bieten: Die während der Nutzung des E-Bikes gemessenen Daten werden über eine Internet-of-Things-Lösung (IoT) erfasst, analysiert und in der internen Coboc-Cloud gestreamt. Sie geben Aufschluss über den State of Charge (SOC), also den Ladezustand der Batterie, und den State of Health (SOH), das heißt ihren Gesamtzustand im Vergleich zu einem neuen Akku. Beide Kennwerte bedingen einander.
Aufgabenteilung
Die Ergebnisse der Datenauswertung sollen Hersteller und Nutzern grafisch aufbereitet zur Verfügung stehen. Dies ermögliche eine kontinuierliche Optimierung des E-Bikes, eine entsprechende Anpassung des Gesamtsystems und im Sinne einer vorausschauenden Wartung auch stets aktuelle Informationen über den Batteriestatus, sagen die Entwickler. »Durch den Vertrieb von E-Bikes mit einem solchen smarten System können wir nicht nur unseren Marktanteil erhöhen, sondern auch für mehr Nachhaltigkeit sorgen«, betont Coboc-Geschäftsführer David Horsch. Innerhalb des Projektverbunds übernimmt das KIT unter anderem die Auswahl und Bewertung der infrage kommenden Lithium-Ionen-Zellen, die Lebensdaueruntersuchung ausgewählter Zellen sowie die Entwicklung des Schnellladeverfahrens und eines Diagnosesystems, das den SOC und SOH umfasst. Coboc obliegt vor allem die Anforderungsanalyse und Entwicklung des Betriebsmanagementsystems, die Implementierung des IoT-Systems mit dazugehörigem Server Back End sowie die Hardware und deren Integration im Elektrofahrrad.
Das Projekt wird im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert und läuft noch bis Ende September 2021.
Foto: Lea de Biasi/ Steffen Jokisch, KIT