Hochvoltspeicher und mögliche EoL (End of Life) Anwendungen.
Industrial Engineering.
Insight.

Hochvoltspeicher und mögliche EoL (End of Life) Anwendungen.

Aufgrund der weltweiten Bestrebungen die CO2-Emissionen zu reduzieren, hat die Europäische Union beschlossen für Pkw ab 2020 Standards für CO2-Emissionen festzulegen. Die naheliegende Möglichkeit zur Einsparung von CO2 bei Pkw scheint die Anschaffung eines Elektrofahrzeugs zu sein. Hierbei ist in der Regel von BEV (Battery Electric Vehicle) oder PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) die Rede.

Die Hürde zum Einstieg in die Elektromobilität für Privatpersonen ist aktuell sicherlich der noch hohe initiale Anschaffungspreis. Durch staatliche Subvention, CO2-Ziele und einem generell aufkommenden Umweltgedanken, wird jedoch auch die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen in den nächsten Jahren steigen. Eine Vergrößerung des elektrischen Car Parks wird auch neue Fragestellungen im Sinne der Kreislaufwirtschaft mit sich bringen. Vor allem die werthaltige Komponente Hochvoltspeicher, meist Lithium-Ionen-Batterie, bringt neue Herausforderungen für Wiederaufbereitung, Wiederverwendung oder Second-Life-Anwendungen mit sich.

End of Life (EoL) Anwendungen für Hochvoltspeicher

Im Sinne der Kreislaufwirtschaft gibt es verschiedene Anwendungszwecke für die Weiterverwertung von Hochvoltspeichern. Geläufig sind dabei Reparatur durch den Anwender, Wiederverwendung für andere Anwendungszwecke, Wiederaufbereitung für den erneuten Einsatz in einem BEV/PHEV oder Recycling. Durch das Gefahrenpotential des Hochvoltspeichers ist die eigene Reparatur durch den Endkunden bzw. Handel meist keine Option, da zum aktuellen Zeitpunkt der Fortschritt von Lösungsansätzen überschaubar ist. Auch die Option Recycling ist aktuell keine besonders nachhaltige Lösung, da hierbei nur etwa die Hälfte der Materialen recycelt werden kann und es dabei vor allem zu großen Problemen beim Recycling des Lithiums kommt. Die Alternative der Wiederverwendung für Second-Life-Anwendungen mündet meist in stationären Energiespeichern. Die Entwicklungs- und Umrüstkosten stehen hierbei jedoch oft nicht im Verhältnis zur Neuproduktion bzw. Neuanschaffung. Somit scheint das Konzept der Wiederaufbereitung durch den hohen Wiederverwendungsgrad und geringen Neu-Material-Einsatz aus ökonomischer und ökologischer Sicht nach aktuellem Stand am sinnvollsten zu sein.

Herausforderungen bei der Wiederaufbereitung von Batterie-Packs

Neben der Methode zur Wiederaufbereitung oder Erneuerung spezifischer Bauteile eines Hochvoltspeichers, wird vor allem das Thema der praktikablen Diagnose und Testing für EoL-Anwendungen bei Elektrofahrzeugen relevant. Ein Batterie-Pack lässt sich in 4 Bereiche unterteilen: Unterbaugruppen (z. B. Zellmodule), elektrische Komponenten, Strukturbauteile und das Wärmemanagement-System. Außerhalb dieser Baugruppen sind vor allem das BMS (Batterie-Management-System) und die Hochvolt-Verkabelung relevant. Hinsichtlich der Wiederverwendbarkeit bzw. Wiederaufbereitbarkeit der genannten Komponenten ist die Bewertung der Schadbilder bei Eintritt des Batterie-Cores in den Wiederaufbereitungsprozess von Nutzen. Dabei sind aktuell folgende Szenarios üblich:

  • Versagen eines Nebenaggregats, wie z. B. BMS, Sensorik oder Kontakte
  • Starker Leistungsabfall des Batterie-Packs
  • Beschädigtes Batterie-Pack, z. B. durch Fahrzeugcrash

Bei allen drei Varianten stellt das BMS die Schlüsselstelle dar. Bei Versagen von Nebenaggregaten, sowie beschädigter Batterie, kann die Qualität der BMS-Daten nicht gewährleistet sein. Auch bei starkem Leistungsabfall des Batterie-Ladezustands kann es, abhängig vom Hersteller, z. B. durch zu geringe Speicherkapazität zu Informationsverlust kommen. Somit lässt sich schlussfolgern, dass eine Befundung bzw. ein Testing zur Wiederaufbereitbarkeit eines Batterie-Packs zwingend ohne BMS erfolgen muss. Eine praktikable „Testing Strategie“ wird somit von Nöten, welche bereits während der Fahrzeugnutzung eingesetzt werden kann.
Zusammenfassend kann behauptet werden, dass die End-of-Life-Konzepte für Hochvoltspeicher noch in den Kinderschuhen stecken. Mit steigender Marktdurchdringung von Elektrofahrzeugen und steigenden Rücklaufquoten, werden Themen wie Recycling, 2nd Life und Remanufacturing eine wichtige Rolle für Fahrzeughersteller, Lieferanten und den Independent Aftermarket darstellen.

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