Entdecken Sie die Vorteile der LTO-Technologie
Einzigartige Batterien, die nach mehr als 40.000 Ladezyklen und 6 Jahren Betrieb noch 99 % ihrer ursprünglichen Kapazität haben! In diesem Artikel erfahren wir mehr über die LTO-Technologie.
Erfahrungen aus Schweden zeigen, dass Elektromobilität tatsächlich funktionieren kann
Im Zusammenhang mit Elektroautos und den verwendeten Batterien ist der am häufigsten diskutierte Parameter in der Regel die Reichweite des Fahrzeugs pro Ladung. Das ist verständlich – der Fahrer möchte immer sein Ziel erreichen, auch bei eingeschalteter Heizung oder Klimaanlage. Wenn Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor in Zukunft durch Elektroautos ersetzt werden sollen, dürfen sie aus betrieblicher Sicht keine große Einschränkung für den Fahrer darstellen.
Ein ebenso wichtiger Parameter für die Gesamtlebensdauer des Elektroautos und der verwendeten Batterien ist die Anzahl der Ladezyklen, die die Batterien unter oft schwierigen klimatischen Bedingungen bewältigen können. Das Ende der Lebensdauer wird in der Regel dann erreicht, wenn die maximale Kapazität der Batterie bei voller Ladung 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität erreicht. Es gibt große Unterschiede zwischen den Batterien, nicht nur beim Vergleich von Parametern wie der spezifischen Energiedichte, der spezifischen Leistung oder den Anforderungen an den Betriebstemperaturbereich, sondern auch in Bezug auf die maximale Anzahl von Ladezyklen. Während einige Batterietechnologien nur wenige Tausend Ladezyklen zulassen, können es bei der LTO-Technologie (Lithium-Titan-Oxid) mehrere Zehntausend sein. Vor allem für rein städtische Elektroautos, E-Verteiler- oder-lieferfahrzeuge (Post, Transportunternehmen usw.) kann dies aus wirtschaftlicher Sicht eine äußerst interessante Lösung sein, wenn man die Gesamtkosten über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs betrachtet. Dies ist besonders vorteilhaft in Situationen, in denen keine große Reichweite pro Ladung erforderlich ist und die Möglichkeit besteht, das Fahrzeug auch an einem einzigen Tag mehrmals aufzuladen.
Erfahrungen aus Schweden
Die schwedische Stadt Umeå liegt etwa 400 km vom Polarkreis entfernt und hat ca. 130.000 Einwohner, darunter mehr als 50.000 Studenten. Aufgrund der geografischen Lage der Stadt schwankt die durchschnittliche Jahrestemperatur zwischen -0,8 °C und +6,7 °C, mit einer Tiefsttemperatur von -42 °C (ähnliche klimatische Bedingungen herrschen beispielsweise in der Böhmerwaldregion Kvilda in einer Höhe von über 1.000 m). Dies sind eindeutig schwierige Bedingungen für den Betrieb von Elektrofahrzeugen.
Seit 2013 verkehren in der Stadt 7 Elektrobusse (5 Zwölf-Meter- und 2 Achtzehn-Meter-Gelenkbusse), die dem ortsansässigen Verkehrsbetrieb von HYBRICON geliefert wurden. Das Interessante an diesen Elektrobussen ist, dass das Ostrauer Unternehmen EKOVA Electric nicht nur bei der Produktion, sondern auch bei der Entwicklung selbst eine wichtige Rolle spielte, wo die Elektrobusse ebenfalls produziert und anschließend nach Umeå transportiert wurden.
Die 18 Meter langen Elektro-Gelenkbusse haben beide Hinterachsen mit einer Gesamtleistung von 600 kW. Dabei handelt es sich um eine Lösung, bei der an jeder Achse zwei Elektromotoren mit einer Leistung von jeweils 125 kW und 11.000 Nm Drehmoment an den Rädern vorhanden sind. Dies sorgt für eine hervorragende Traktion und Fahrdynamik auch bei schlechten Haftungsverhältnissen.
Die Batterien werden den ganzen Tag über kontinuierlich aufgeladen, sobald das Fahrzeug sein Ziel erreicht. Im Durchschnitt sind dies 20 Aufladungen pro Tag an 350 Tagen im Jahr, was etwa 7.000 Ladezyklen pro Jahr entspricht. Es liegt auf der Hand, dass in diesem Fall Hochzyklusbatterien mit LTO-Technologie und Schnellladefähigkeit verwendet werden mussten, sodass die Batterien nach dem ersten Betriebsjahr das Ende ihrer Lebensdauer erreichen. Durch die Möglichkeit des häufigen Aufladens mit bis zu 1.000 A während des Tages konnten die Batterien für eine viel kürzere Reichweite (zwischen 20 und 25 km) ausgelegt werden. Die Gesamtkapazität der Batterien beträgt 78 kWh, sodass im Normalbetrieb bei einem durchschnittlichen Verbrauch von 1,3 bis 2,2 kW/km (Echtdaten aus dem Betrieb, der tatsächliche Traktionsverbrauch ohne Zusatzgeräte wie Heizung oder Klimaanlage liegt bei 0,98 kWh/km) weniger als die Hälfte der Gesamtkapazität zwischen den Ladevorgängen zur Verfügung steht. Dies wirkt sich auch positiv auf die Lebensdauer von LTO-Batterien aus, da sich die Lebensdauer bei einer relativ geringen Entladetiefe deutlich erhöht, was sich in Schweden bestätigt hat.
Ein weiteres interessantes Merkmal dieser Elektrobusse ist die Notstromversorgung, die der Kunde für den sogenannten Notbetrieb benötigt. Jedes Fahrzeug ist mit einem kleinen Dieselmotor ausgestattet, der im Normalbetrieb nicht verwendet wird und nur aktiviert würde, wenn die verbleibende Batteriekapazität im Notbetrieb unter 10 % fällt, z. B. wenn das Fahrzeug längere Zeit in einem Schneesturm steht.
Batterien mit einer Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten
Sieben „HYBRICON Arctic Whisper“-Elektrobusse haben in den sechs Jahren ihres Betriebs in Umeå mehr als 1.100.000 km zurückgelegt, wobei sie täglich 18 Stunden im Einsatz waren. Durch die Fernüberwachung der Fahrzeuge und das Monitoring von Betriebsparametern wie Stromverbrauch, Batteriezustand, Temperatur der einzelnen Batteriezellen, Entladungsmodus usw. wurden wertvolle Daten gewonnen, die zeigen, dass Elektrofahrzeuge bei richtiger Fahrzeugauslegung und Bedienung durch den Betreiber sehr kosteneffizient sein können.
Jeder Elektrobus in Umeå hat bereits durchschnittlich 168.000 km zurückgelegt, und die Batterien haben etwa 42.000 Ladezyklen hinter sich, wobei diese Zahlen aufgrund des täglichen Betriebs ständig steigen. Gleichzeitig hat die Gesamtkapazität bisher nur um 1 % abgenommen. Dieses hervorragende Ergebnis nach 6-jähriger Nutzung wurde u. a. dadurch erreicht, dass das Thermomanagement der Batterieboxen richtig ausgelegt wurde und es zu keiner Überhitzung der einzelnen Zellen kam, die sonst die Lebensdauer deutlich verkürzen und den Rückgang der maximalen Kapazität beschleunigen würde. Ein weiterer wichtiger Parameter, der sich auf die Lebensdauer der Batterien auswirkt, ist die Tatsache, dass die Entladung unter optimalen Bedingungen nur im Bereich von 90 bis 70 % der Kapazität erfolgt (90 bis 60 % bei der Gelenkausführung). Darüber hinaus haben die Busbelegungsstatistiken in der Stadt Umeå gezeigt, dass die Fahrgastzahlen seit dem erstmaligen Einsatz von Elektrobussen im Jahr 2013 im Vergleich zu Dieselbussen langfristig um 60 % gestiegen sind.
LTO-Batteriezellen
Wichtiger Bestandteil jedes Elektrobusses sind zwei Batterieboxen, die aus jeweils achtundzwanzig 24-V-Modulen (70 Ah) des amerikanischen Herstellers Altairnano bestehen und mit einer Wasserkühlung ausgestattet sind. Die Flüssigkeitskühlung sorgt für eine gleichmäßige Temperatur in der gesamten Box und liegt im Durchschnitt bei etwa +30 °C in jeder Zelle. Wären die Temperaturen in einigen Zellen deutlich höher, z. B. über 50 °C, würde sich dies sehr negativ auf die Lebensdauer der gesamten Batteriebox auswirken.
Der Hersteller der Batteriezellen garantiert einen maximalen Entlade- bzw. Ladestrom von der doppelten Kapazität bei +25 °C und eine 100%ige Auslastung der Kapazität (100 % DOD) mit einer Mindestlebensdauer von 16.000 Zyklen bei 80 % der ursprünglichen Kapazität. Die praktische Erfahrung hat auch gezeigt, dass durch eine Verringerung der Gesamtkapazitätsauslastung der Batterie (DOD-Parameter) wesentlich längere Lebensdauern erreicht werden können. Für Projekte, bei denen die Batteriekapazität überdimensioniert werden kann und bei denen unter anderem ein höheres Gewicht akzeptabel ist, scheint diese Lösung bei der Bewertung der Gesamtlebensdauer eines Elektrofahrzeugs sehr vorteilhaft zu sein.
Weitere Informationen über das Batteriemodul LTO 24 V 70 Ah finden Sie hier.
Können LTO-Batterien im eigenen Elektro-Auto verwendet werden?
Wenn die LTO-Technologie eine so wunderbare Batterielebensdauer ermöglicht, warum hat sie sich dann nicht in privaten Elektroautos durchgesetzt? Zunächst einmal stehen diesem Einsatz das höhere spezifische Gewicht pro 1 kWh Kapazität und der Stückpreis pro kWh entgegen, sodass eine solche Lösung angesichts der Nachfrage nach großer Reichweite bei Elektrofahrzeugen und begrenztem Einbauvolumen nicht sinnvoll ist. Vor allem, wenn der Hauptparameter die Reichweite pro Ladung und nicht die Gesamtzahl der Entladezyklen ist.
Die Situation kann sich jedoch drastisch ändern, wenn das Elektrofahrzeug ausschließlich in der Stadt eingesetzt werden soll, idealerweise auf wiederkehrenden Strecken mit regelmäßiger Rückkehr, z. B. in der Stadt zum Hauptsitz eines Lieferunternehmens, und insbesondere, wenn der Betreiber beim Kauf des Elektrofahrzeugs nicht nur die Anschaffungskosten, sondern auch die Gesamtkosten über die Lebensdauer des Fahrzeugs bewertet. In diesem Fall haben LTO-Batterien eine echte Chance, in der Elektromobilität für den Privatgebrauch, einschließlich verschiedener Vans oder kleiner städtischer E-Mietwagen usw., in größerem Umfang eingesetzt zu werden, da die Batterien z. B. nicht nach 5 Jahren durch neue ersetzt werden müssen.
