Hybrid-Batterien

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Hybrid-Batterien

Helfried
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Nextmove hat im letzten Video kurz angedeutet, neuere Autos aus innovativen Ländern hätten Hybrid-Batterien. Dort wären teure, starke und billige Zellen parallel geschaltet.

Nach meiner Vorstellungskraft wären dann die starken Zellen für hohe Beschleunigung und die billigen Zellen würden hohe Reichweite gewähren. Für geringen Stromfluss tun es ja bekanntlich billige Zellen, wohingegen teure Zellen hohen Stromfluss bei wesentlich weniger Gewicht gewähren (bzw. auch bei schlechtem Wetter etc.). Insgesamt könne man so Kosten und Gewicht sparen.

Funktioniert das Konzept? Wo ist der Haken und warum gibt es das nicht immer schon? Genau genommen geht das ja sogar spielerisch im Modellbau. Man kann in einem rasanten Rennboot zusätzliche billige oder alte Zellen parallel schalten, wenn man anstatt ein Rennen zu gewinnen lieber seine Nichte damit vorsichtig mit gedrosselter Geschwindigkeit und dafür stundenlang fahren lassen möchte.
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Re: Hybrid-Batterien

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Das Konzept ist nicht neu, schon vor Jahren gab es entsprechende Vorschläge. Ich vermute, die Hersteller müssen sich erst einmal an die BEV-Technik herantasten, das ist anfangs kompliziert genug. Da kann man zusätzliche Komplexität nicht gut gebrauchen.
„Gasoline? It's a liquid fuel that was used centuries ago on Earth. They burned it to drive internal combustion engines.“ (Raumschiff Voyager, Staffel 2, Folge 1, 1995)

Re: Hybrid-Batterien

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Der Sinn von Packs mit unterschiedlichen Zellchemien erschließt sich mir auch nicht ganz.

LFP bietet keine wesentlichen Vorteile, es wird oft von Zyklenfestigkeit gesprochen, über eine Mio. km, höherer Sicherheit und höheren Laderaten.

Real zeigt sich das empfindliche Temperaturverhalten von LFP, in Punkto Zyklenfestigkeit gibt es auch gute NCM Zellen, das Batteriemanagement ist hier entscheidend, desweiteren brauchen LFP Zellen eher ein Balancing für die korrekte State-Of-Charge Berechnung. Laut Renault (Philippe Brunet) verhält es sich derlei, dass die LFP-Zellen 30% schwerer, 20% weniger Kapazität hätten und lediglich 10% günstiger wären, im Vgl. zu NMC.

Neben LFP reduzieren sich auch die Produktionskosten der übrigen Zellchemien und je häufiger etwas nachgefragt/produziert wird, desto eher machen sich Skaleneffekte bemerkbar.

Zukünftig werden vorallem eine möglichst hohe Energiedichte, zu kleinstmöglichem Materialaufwand von Bedeutung sein, das wäre der stärkste Treiber für sinkende Kosten.
Der Widerwille jemanden zuzuhören, berut auf der Angst, die eigene Meinung zu ändern.
(c) Carl Rogers

Re: Hybrid-Batterien

Helfried
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adauris hat geschrieben: Zukünftig werden vorallem eine möglichst hohe Energiedichte
Davon wird man wegkommen, fürchte ich. In Zeiten, wo sogar Fensterheberschalter wegreduziert werden, zählt nur mehr der Cent, also billigere Zellen.

Re: Hybrid-Batterien

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Davon kommt man im Moment mit den LiFe Zellen schon weg.
Bis deren Energiedichte steigt.
War bei den heutigen Techniken nicht anders.
Allerdings wird LiFe günstiger werden.

Und, wofür mehr Energiedichte, wenn die Kiste 18 bis 23,5 Stunden am Tag sowieso nur rumsteht und im Schnitt noch immer nur 13.000 km / Jahr also um die 50 km / Werktag fährt ?

Der "Tank" ist in der Steckdose...
250 km praktische Reichweite sind in den meisten Fällen noch immer 1 Woche ohne Ladung...
oder 2 Wochen.
Diverse E Fahrzeuge von 18 bis 90 Kwh.

Re: Hybrid-Batterien

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Das günstigste (und zuverlässigste) Bauteil ist das, welches man garnicht verbauen muss. Diese konstruktive "Goldene-Regel" bleibt ungeschlagen, egal in welchem Zeitalter und bei welcher Technologie.

Der Materialfluss macht (allg.) den größten Kostenfaktor aus. Desweitern tun wir uns keinen Gefallen, wenn ein 60kWh (LFP) Akku an die 500kg Masse veranschlagt und ein Fahrzeug benötigt, auf der Länge von 4,70m (Bsp. M3Std/SR). Der Akku der MéganE hat die gleiche Kapazität, wiegt 100kg weniger und passt in ein Auto, welches 50cm kürzer ist.

Wenn wir uns die Zulassungs-Top-Seller anschauen (Jan-Sept), handelt es sich um PKW, die in der Regel bei ca. 60kWh liegen und bis über 80kWh hinreichen können. Der Fiat 500e bildet hier eher die Ausnahme (24-42kWh).

Aus AMS / Jan-Sept 2022:
Tesla Model Y 22.555
Tesla Model 3 15.901
Fiat 500e 16.856
VW ID.4, ID.5 12.670
Hyundai Kona 10.922
VW ID.3 10.642

60-80kWh an Kapazität scheint hier ein Bereich zu sein, der für die aktuelle Käuferschicht attaktiv zu sein scheint.

Desweiteren würde es jedem Marktverlauf widersprechen, würde man nicht mit steigender Leistungsfähigkeit rechnen und bei zukünftigen Entwicklungen beide Faktoren reduzieren, die Leistung (Kapazität), wie auch die Kosten. Für einen Käufer ist das kein "Gewinn", sondern eine ganz klares Down-Grading nach dem Kano-Modell.

Bild

Technologie ist immer dabei sich im Rahmen ihrer Entwicklung zu verbessern, in Punkto Kosten, wie auch Leistung. Eine Leistungsreduktion, in Verbindung mit einer Kostenreduktion, wäre im Rahmen der Wirtschaftsmechanismen gleichbedeutend mit einem Verlustgeschäft - ein Wettbewerber, der zu gleichen Kosten mehr Leistung bietet, wird der Theorie nach bevorzugt.

Der Materialeinsatz und die Masse muss reduziert werden, auch das ist ein Grundmechanismus der Fertigung - Kostenoptimierung, bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung.

Die verbaute Masse am Fahrzeug mag auf den ersten Blick irrelevant erscheinen, aber in erster Linie spart es bares Geld, was ich nicht verbaue, zweitens kann man entweder zum gleichen Verbraucherpreis eine höhere Marge umsetzen oder die Kosten für die Kunden reduzieren, bei gleicher Leistung.

Dann folgt der Umweltaspekt der Reduktion von Energieeinsatz in der Produktion, wie auch später im Fahrzeug, durch geringeren Rollwiderstand, wobei man mit geringerer Masse auch wiederum leichtere Komponenten am Fahrwerk, etc. verwenden kann. Usw. usf.

Anzunehmen, dass zukünftig sich mit marginal günstigeren aber bedeutend schlechteren Zellen zufrieden gegeben wird, ist aus meiner Sicht nicht nachvollziehbar.

Zuviele Aspekte sprechen dem entgegen.

Bezug:
https://www.auto-motor-und-sport.de/ver ... jahr-2022/
https://www.fuer-gruender.de/wissen/exi ... no-modell/
Der Widerwille jemanden zuzuhören, berut auf der Angst, die eigene Meinung zu ändern.
(c) Carl Rogers

Re: Hybrid-Batterien

Meinereiner
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adauris hat geschrieben: Real zeigt sich das empfindliche Temperaturverhalten von LFP, in Punkto Zyklenfestigkeit gibt es auch gute NCM Zellen, das Batteriemanagement ist hier entscheidend, desweiteren brauchen LFP Zellen eher ein Balancing für die korrekte State-Of-Charge Berechnung. Laut Renault (Philippe Brunet) verhält es sich derlei, dass die LFP-Zellen 30% schwerer, 20% weniger Kapazität hätten und lediglich 10% günstiger wären, im Vgl. zu NMC.
Und damit haben wir gleich mal die wichtigsten Vorteile von LFP verschwiegen:
Sicherheit: LFP können kein Thermal runaway haben. Darum sind sie inhärent sicher, im Gegenteil zu NMC.
Kosten/Umwelt: Es werden keine seltenen Materealien wie Nickel oder Kobalt benötigt, bei gleichzeitig deutlich niedrigerem Lithium-Verbrauch. Das hat (offensichtliche) Vorteile für die Umwelt, ist aber auch kostengünstiger.
Und das geht auch noch einher mit der höheren Zyklenfestigkeit (was aber genannt wurde).

Also verbessert man damit gleich 3 große Problemfelder der E-Mobilität massiv.

Der einizigen echten Nachteile sind das Verhalten bei niedrigeren Temperaturen. Und natürlich die Energiedichte, das größte Problem von allen.

Für Anwendungen, bei denen man mit LFP hinkommt, sollte man keine schmutzigere und gefährliche Alternative wie NMC mehr verwenden. Beispielsweise für Hausbatterien, oder Autos mit niedriger bis mittlerer Reichweite. Die sollte man nur benutzen, wenn man sie braucht (Wie für Langstreckenfahrzeuge zum Beispiel).

Re: Hybrid-Batterien

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Ich wusst, dass das "Sicherheitsthema" kommt. Ja, LFP gehen nicht so leicht/kaum durch, wie NMC, wenn man die Zelle zerstört. Jetzt ists aber nicht so, dass NMC BEV reihenweise am Brennen wären und die Zelle inhärent unsicher sind, so sind auch hier die Fallzahlen schon sehr gering. Zumal die meisten Brände aufgrund der Bordelektronik ausgelöst werden.

Dass Cobalt-reiche Zellen tendenziell kein Problem sind, zeigen die ganzen Consumer-Electronic Produkte und was nun umwelttechnisch besser ist, vermehrt Eisen und Phospor oder Nickel und Mangan zu verwenden, wollt ich nicht bewerten. Bei allen Metallen ists vorstellbar, dass es zu Verschmutzung und Zerstörung kommen kann. Auch die NCM Zellen steigen in ihrer Energiedichte noch an, LFP ist schon ziemlich am oberen Ende angelangt.

Zum Thema "andere Anwendungsbereiche": Ja, in stationären Anwendungen, wo es auf Masse und Platz nicht ankommt, können LFP oder Na Zellen sicher Sinn machen. Im PKW/mobilen Anwendungen nur eben nicht. Nach den Investments und bislang bekannten Plänen, werden ab der 2030er Jahre die Festkörperzellen Einzug halten, hierzu haben sich doch einige (im Wettbewerb befindliche) Hersteller übereinstimmend geäußert.

VW gibt an, damit bis zu 60-70% höhere Energiedichten unzusetzen, für 60kWh wären dann keine 400kg mehr nötig, sondern eher noch 240kg, Tendenz sinkend.
Der Zellforscher John B. Goodenough hält Kapazitäten zw. Faktor 2 bis 5 für möglich und selbst wenn wir am unteren Ende blieben, haben wir deutlich was gewonnen.

Daher wird sich die LFP und Na Diskussion im Auto, in den kommenden Jahren nach und nach erübrigen.
Der Widerwille jemanden zuzuhören, berut auf der Angst, die eigene Meinung zu ändern.
(c) Carl Rogers

Re: Hybrid-Batterien

Helfried
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adauris hat geschrieben: Das günstigste (und zuverlässigste) Bauteil ist das, welches man gar nicht verbauen muss. Diese konstruktive "Goldene-Regel" bleibt ungeschlagen, egal in welchem Zeitalter und bei welcher Technologie.
Der Materialfluss macht (allg.) den größten Kostenfaktor aus.
...
Anzunehmen, dass zukünftig sich mit marginal günstigeren aber bedeutend schlechteren Zellen zufrieden gegeben wird, ist aus meiner Sicht nicht nachvollziehbar.
Zu viele Aspekte sprechen dem entgegen.
Klingt alles plausibel und interessant, aber ich glaube, diese Regeln gelten nur in hoch entwickelten Märkten mit Jahrzehnten der Erfahrung, während die Elektroautobranche noch tief in der Krabbelstube steckt. Es wird viel herumprobiert, Zellen werden genommen, wo man sie gerade billig oder überhaupt bekommen kann. Lieferanten werden gewechselt wie anderswo das Tischtuch.
Qualitätskontrolle findet mangels Zeit und Erfahrungswerten kaum statt. Einige Firmen produzieren Autos fürs Volk wagen aber gewagte Spagate zwischen extremer Sparsamkeit und minimaler Haltbarkeit der Produkte. Etliche Autos müssen schon in der Verkaufshalle zurückgerufen werden wegen zu billiger Zellen. Gewicht und Materialfluss sind da wohl noch nicht besonders ausschlaggebend.

Instadrive hat übrigens ein Video präsentiert zum Thema des monatlichen Wunderakkus mittels Hybridbatterien mit Superkondensatoren. Die Firma Skeleton möchte damit sogar in Deutschland arbeiten.

Re: Hybrid-Batterien

Meinereiner
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adauris hat geschrieben: Daher wird sich die LFP und Na Diskussion im Auto, in den kommenden Jahren nach und nach erübrigen.
Alles valide Punkte, aber das kann man auch anders sehen:
Mehr Kapazität wird es auch bei LiFePO4 geben, und die steigende Energiediche ermöglicht immer größere Reichweiten und damit einen größeren Anteil an Fahrprofilen die sich damit abdecken lassen.
Die Preise sind schon jetzt niedriger, und Knappheit bei Nickel, Kobalt und Lithium lassen den Kostenvorteil vermutlich weiter steigen. Ich denke nicht, dass der Faktor Gewicht ein so großes Problem ist, ganz besonders nicht bei Kurzstreckenfahrzeugen.

LiFePO4 ist ein außerdem großer Schritt in die richtige Richtung, was CO2-Fußabdruck und Umweltprobleme des Akkus betrifft. Und das ist wichtig.

Ich vermute, dass die ungesunde Fixierung auf NMC der deutschen Autoindustrie langfrisitg ein Problem wird. Ohne LiFePO4 werden sie im günstigen Segment nicht konkurrenzfähig sein, und da drücken langsam die Chinesen rein.

Eines ist sowieso klar: Es ist nicht entweder NMC oder LiFePO4, weil sich mit LiFePO4 nicht alles abdecken lässt.
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