Technik - Club E-Fahrzeuge

Motoren:

Elektromotor bezeichnet einen elektromechanischen Wandler (elektrische Maschine), der elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. In Elektromotoren wird die , die von einem Magnetfeld auf die stromdurchflossenen Leiter einer Spule ausgeübt wird, in  umgesetzt. Damit ist der Elektromotor das Gegenstück zum Generator, der Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Elektromotoren erzeugen meist rotierende Bewegungen, sie können aber auch translatorische Bewegungen ausführen (Linearantrieb). Elektromotoren werden zum Antrieb verschiedener Arbeitsmaschinen und Fahrzeuge (vor allem Schienenfahrzeuge) eingesetzt.
Der (feststehende) Stator ist bei einem Gleichstrommotor ein Dauermagnet mit Polschuhen. Bei einem Wechselstrommotor besteht der Stator hingegen aus einem Elektromagneten. Wird Strom durch diesen Elektromagneten geleitet, entsteht ein Magnetfeld im Stator. Im Inneren des Stators ist ein Rotor, der in den meisten Fällen aus einer  mit Eisenkern (dem sogenannten Anker) besteht, der drehbar im Magnetfeld zwischen den Polschuhen des Stators gelagert ist.
Die Stromzuführung für den Anker erfolgt über einen segmentierten Kommutator und Schleifkontakte (Kohlebürsten). Schickt man durch den Rotor Strom, entsteht auch hier ein Magnetfeld, das jetzt in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Stators tritt. Er dreht sich somit um seine Achse und schaltet über den sich mitdrehenden Kommutator immer die passenden Wicklungen in den Stromweg und kann so elektrische Arbeit in mechanische Arbeit umwandeln.


Hätte ein solcher Motor keinen Kommutator, würde sich der Anker so weit drehen, bis das Rotormagnetfeld zum Statorfeld gleichgerichtet ist. Damit er an diesem „toten Punkt" nicht stehen bleibt, wird der Strom in den Ankerspulen mit Hilfe des Kommutators (auch Stromwender oder Kollektor genannt) bei jedem neuen Segment umgeschaltet. Der Kommutator besteht aus Metallsegmenten, die eine durch schmale Streifen nichtleitenden Materials (Kunststoff, Luft) unterbrochene Zylinder- oder Kreisfläche bilden. An den Segmenten sind die Ankerwicklungen angeschlossen. Am Kommutator liegen, durch Federn angedrückt, meist zwei Kohlebürsten an, die den Strom zuführen. Mit jeder Drehung des Rotors wird die Stromrichtung durch die Ankerwicklungen geändert und es gelangen diejenigen Leiter in das Magnetfeld des Stators, deren Stromfluss so gerichtet ist, dass ein Drehmoment erzeugt wird.
Das Magnetfeld im Rotor steht – relativ zum Stator – fest, der Eisenkern des sich drehenden Ankers muss daher zur Vermeidung von Wirbelströmen aus einem Blechstapel bestehen.
Nach diesem Prinzip können auch Wechselstrommotoren gebaut werden, wenn das Erregerfeld mit dem Wechselstrom ebenfalls seine Polung ändert (Universalmotor). Dann muss auch der Stator aus einem Blechpaket bestehen.
Bei Wechselstrom kann auch auf einen Kommutator verzichtet werden, wenn die Umdrehungszahl im Rhythmus des Wechselstromes erfolgt; das dann mit umlaufende Magnetfeld des Rotors wird dann erzeugt:
durch vom Erregerfeld induzierte Ströme in einer Kurzschlusswicklung (Asynchronmotor)
durch Magnetisierung eines Eisenkernes mit Polen (Reluktanzmotor, Schrittmotor)
durch Dauermagnete (Schrittmotor, elektronisch kommutierter Gleichstrommotor, Synchronmotor)
durch einen elektrisch erregten Läufer (siehe Synchronmaschine)
Solche Motoren besitzen daher kein oder ein geringes Anlaufmoment; sie benötigen eine Anlaufhilfe, können jedoch mit Wechselstrom mit mehr als nur einer Phase auch selbst starten:
Drehstrommotoren werden mit Drehstrom betrieben, der aus drei um 120° phasenverschobenen Wechselspannungen besteht und so ein  erzeugt
Kondensator- und Spaltpolmotoren erzeugen sich aus einem einphasigen Wechselstrom selbst eine Hilfsphase (ein Drehfeld) zum Anlauf.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromotor


Batteriemanagement-Systeme (BMS):
Ein Batteriemanagementsystem (BMS) ist ein Steuergerät, welches zur Überwachung und Regelung eines nachladbaren Batterie-, d.h. Akkumulatorsystems dient. BMS finden sich in modernen Kraftfahrzeugen, Notstromsystemen oder auch Photovoltaikanlagen. Ein sehr populäres Beispiel stellen auch Notebooks dar.
Beim Einsatz in der Fahrzeugtechnik dient ein BMS zusätzlich als Schnittstelle zwischen dem Fahrzeug und den in der Batterie verbauten elektronischen Komponenten. Über ein BMS werden dabei Funktionen gesteuert, die für die aktuelle Performance des Fahrzeugs nötig sind. So wird bei einem abgeschalteten Fahrzeug das Batteriesystem in den Sleep-Mode gesetzt. Das BMS wird dabei regelmäßig nach einer im BMS programmierten Software-Zykluszeit kurz gestartet. Während dieser „Wachzeit" wird vom BMS ein Kontrollcheck des Batteriesystems durchgeführt, um sämtliche Daten (, Temperaturen, usw.) auf mögliche Fehler zu untersuchen.
Wird der Fahrzeugmotor gestartet, so wird ein Schaltbefehl vom Steuergerät des Fahrzeugs zum BMS geschickt, welches daraufhin die Schütze des Batteriesystems schließt, um den Motor in den dafür programmierten Fällen mit Strom zu versorgen. Tritt während des Betriebs ein Fehler im Batteriesystem auf, so wird dieser vom BMS verarbeitet und einer Fehlerkategorie zugeordnet – entsprechend dem Fehler wird nun eine Meldung an den Fahrer geschickt und im schlimmsten Fall wird das Batteriesystem in einen sicheren Zustand gebracht (die Schütze öffnen).

Standard-Funktionen des BMS:
Zellschutz des Ladezustandes der Zellgesundheit der Zellen und Identifizierung

Neueste Technik dazu: Um eine lange Lebensdauer der Zelle zu gewährleisten, macht es Sinn diese nicht vollständig zu laden und zu entladen. Das BMS kann nun mithilfe der Temperatur und der Zellspannung sowie der Kenntnis der Spannungs-Ladezustands-Linien für verschiedene Temperaturen den Ladezustand bestimmen

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Batteriemanagementsystem


Akkus:
Blei/Säure- oder Blei-Gel-Akku
Bei einem Bleiakkumulator (kurz Bleiakku) handelt es sich um eine Ausführung des Akkumulators, bei der die Elektroden im geladenen Zustand aus Blei und  und der Elektrolyt aus verdünnter Schwefelsäure besteht.
Bleiakkumulatoren gelten für eine Lebensdauer von einigen Jahren als zuverlässig und preisgünstig. Im Vergleich mit anderen Akkumulatortechnologien sind sie jedoch ziemlich schwer und weisen eine geringe Energiedichte von nur 0,11 MJ/kg auf. Sie werden unter anderem auch als Energiespeicher für Elektrofahrzeuge eingesetzt. Die bekannteste Anwendung ist die Starterbatterie für Kraftfahrzeuge.
Luigi Galvani legte durch die Entdeckung der Muskelkontraktionen bei toten Fröschen durch Berührung mit Eisen und Kupfer die Grundlage zur Entwicklung der galvanischen Zelle durch Alessandro Volta im Jahre 1792. Volta erkannte, dass die zuckenden Froschschenkel von Galvani eine physikalische Grundlage hatten, er untersuchte daraufhin die Kontaktspannung verschiedenster Metalle und stellte die  auf. 1802 entwickelte Johann Wilhelm Ritter ein ähnliches System, jedoch waren Ritters Zellen – im Gegensatz zu Voltas Zellen – nach der Entladung wieder aufladbar. Dieses wiederaufladbare Sekundärsystem war die Vorform für die heute bekannten Akkumulatoren.
1850 entwickelte der deutsche Mediziner und Physiker Wilhelm Josef Sinsteden den ersten Bleiakkumulator. Sinsteden stellte zwei große Bleiplatten, die sich gegenseitig nicht berührten, in ein Gefäß gefüllt mit verdünnter Schwefelsäure. Durch Anschließen einer Spannungsquelle und häufiges Ent- sowie Aufladen erreichte er nach einer gewissen Zeit eine messbare Kapazität, an einer der Platten bildete sich Bleidioxid (Blei(IV)-oxid) und an der anderen reines Blei. 1859 wurde Sinstedens Bleiakkumulator von Gaston Planté durch eine spiralförmige Anordnung der Bleiplatten erheblich weiterentwickelt, diese Konstruktion kommt auch heute noch in Bleiakkumulatoren zum Einsatz.
In der Industrie gab es jedoch kaum Verwendung für Strom speichernde Zellen, dies änderte sich erst zwanzig Jahre später. 1866 entwickelte Werner von Siemens den Elektrischen Generator und die Nachfrage nach Möglichkeiten zur Speicherung des entwickelten Stromes stieg rasant an. 1880 wurde der Bleiakkumulator vom französischen Ingenieur Camille Alphonse Faure entscheidend weiterentwickelt, durch eine Beschichtung aus Bleipulver und Schwefel konnte der Bleiakkumulator bereits nach wenigen Ladezyklen (dem Formieren) eine hohe Kapazität erreichen.[1]
Den ersten großen wirtschaftlichen Erfolg konnten die Bleiakkumulatoren durch Henri Tudor aufweisen. Bereits 1882 soll es ihm gelungen sein, eine Gleichstromanlage unter Benutzung eines Wasserfalles zu entwerfen, die diverse Bleiakkumulatoren stetig wieder aufladen konnte. Er verwendete hierzu das Wasserrad der Mühle auf dem Landsitz seiner Eltern, dem sogenannten Irminenhof. Dieses System verwendete er, um die elektrische Beleuchtung im Irminenhof zu realisieren. Der Irminenhof war somit eines der ersten privaten Gebäude in Europa, das durchgehend elektrisches Licht hatte. Der erste große Auftrag für Tudor war die Umsetzung einer elektrischen Beleuchtung für die Stadt  im Jahr 1886[2].
1887 wurde von Adolph Müller die erste Akkumulatorenfabrik Deutschlands gegründet, heute bekannt als VARTA.
Schon im Jahr 1910 wurden 70.000 Tonnen Blei für Bleiakkumulatoren verwendet. Sie wurden als stationäre und transportable Gleichstromquellen für die Schwachstromtechnik eingesetzt.
Ein Bleiakkumulator besteht im Prinzip aus einem säurefesten Gehäuse und zwei Bleiplatten bzw. Plattengruppen, von denen die eine als positiv und die andere als negativ gepolte Elektrode dienen, sowie eine Füllung von 38-prozentiger Schwefelsäure (HSO) als Elektrolyt. Bei der handelsüblichen Ausführung sind die Elektrodenplatten dicht ineinander geschachtelt, dazwischen befinden sich Separatoren zum Beispiel aus perforiertem, gewelltem , die eine direkte gegenseitige Berührung (Kurzschluss) verhindern. Die Anschlüsse und Verbindungslaschen bestehen u. a. bei Starterbatterien aus metallischem Blei.
Im entladenen bzw. neutralen Zustand lagert sich an beiden Elektrodengruppen eine Schicht aus Blei(II)-sulfat (PbSO) an. Im aufgeladenen Zustand bestehen die positiven Elektroden aus Blei(IV)-oxid (PbO), die negativ gepolten Elektroden aus fein verteiltem, porösem Blei (Bleischwamm).
Die Säuredichte stellt gleichzeitig ein Maß für den  dar. Sie beträgt bei vollem Akku ca. 1,28 g/cm³ (100 % Ladung) und bei entladenem Akku 1,10 g/cm³ (Entladung > 100 %, Tiefentladung!) Der Lade- bzw. Entladezustand ist linear verknüpft mit der Elektrolytdichte und verändert sich pro 0,01 g/cm³ um ca. 5,56 %, z. B. 1,28 g/cm³?100 %, 1,19 g/cm³?50 %, 1,104 g/cm³?2 % Restkapazität.
Die Nennspannung einer Zelle beträgt 2 V, die Spannung schwankt jedoch je nach Ladezustand und Lade- bzw. Entladestrom zwischen ca. 1,75 und 2,4 V. Die Energiedichte beträgt 0,11 MJ/kg (30 Wh/kg), während moderne NiMH-Zellen fast den dreifachen Wert erreichen.
Bleiakkumulatoren zeichnen sich durch die kurzzeitige Entnehmbarkeit hoher Stromstärken aus. Diese Eigenschaft ist zum Beispiel für Fahrzeug- und Starterbatterien notwendig. Andererseits führen Kurzschlüsse aufgrund dieser Eigenschaft zu extrem hohen Stromstärken, die zu Verbrennungen (Erhitzung von Werkzeugen) oder Bränden (Verkabelung) führen können. Daher sollen Starterbatterien immer erst am Masse-Pol (Fahrzeugchassis) getrennt und zuletzt an diesem angeschlossen werden. Bei einem Kurzschluss können sich die Elektroden verformen.
Ein Bleiakkumulator kann ausgasen, wenn er durch Edelmetalle verunreinigt wird.Dabei lagern sich Teile des Edelmetalls an der Bleielektrode an und verringern so die Überspannung  des Wasserstoffs. Es kann Knallgas entstehen, das sich (durch Funken beim An- oder Abklemmen der Batterieanschlüsse oder bei elektrostatischer Aufladung z. B. des Kunststoffgehäuses durch Reiben oder nach Betätigen des Anlassers möglichen Funkenüberschlag durch ) zwischen nicht durch Batteriesäure bedeckten, somit freiliegenden Bleiplatten gefährlich entzünden kann. Ebenso können nahe der Batterie verlegte, gealterte oder beschädigte Zündkabel (Marderschäden!) den Funken der Zündspannung durch das Batteriegehäuse auf die Bleiplatten springen lassen. In diesem Fall explodiert die Batterie beim Anlassen des Motors durch Entzündung des beim Laden entstandenen Knallgases.
Mittlerweile haben Bleiakkus durch technischen Fortschritt und bei regelmäßiger Pflege eine recht hohe Lebensdauer von mehreren Jahren. Trotzdem altern die Bleiakkus. Das liegt in erster Linie an der inneren Korrosion (bei nur äußerer Korrosion, siehe auch: Polfett) der Bleigerüste der Elektroden, an der Entstehung von feinen Kurzschlüssen und an der Sulfatierung des Bleis, die bewirkt, dass sich die PbSO-Kristalle zu immer größeren Verbünden zusammenschließen. So verringert sich die elektrochemisch aktive Oberfläche des PbSO. Durch diese kleinere Oberfläche löst sich das PbSO immer schlechter, so dauert es sehr lange bis eine hinreichend hohe Konzentration an Pb vorliegt. Außerdem ist die elektrische Leitfähigkeit des Sulfats geringer als diejenige von Blei. Der dadurch erhöhte Innenwiderstand der Zelle führt bei Belastung zu einem stärkeren Spannungsabfall.
Zum Aufladen sollte ein passender Laderegler verwendet werden, um ebenfalls schädliche Überladung zu vermeiden und die Gasung zu beschränken. Für Bleiakkumulatoren geeignete Laderegler stellen einen maximalen Ladestrom zur Verfügung, bis die Zellenspannung einen typischen Wert von 2,3 bis 2,35 V erreicht hat, anschließend halten sie die Spannung konstant.
Bleiakkumulatoren sollten nicht tiefentladen (Zellenspannungen unter 1,8 V) werden, da dies zu irreparablen Schäden führt und den Akkumulator unbrauchbar machen kann. Die wirtschaftlich vertretbare Entladung sollte 80 % Kapazitätsentnahme nicht übersteigen, dies entspricht einer Elektrolytdichte von ungefähr 1,16 g/cm³. Unter diesem Wert gilt ein Akku als tiefentladen und ist möglichst umgehend geeignet aufzuladen.[4]
Verunreinigungen im Elektrolyten wie z. B. Fe-, Co-, Cu-, Cu-, oder Ag-Ionen setzen die Überspannung des Wasser- und Sauerstoffs herab, wodurch die Selbstentladung beschleunigt wird.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Bleiakkumulator

Nickel-Cadmium-Akkus
Wurden in den Serienfahrzeugen aus Frankreich in den Jahren 1995-2003 eingesetzt. Es gibt sie mit Wasser- oder Luftkühlung. Sie sind nicht wartungsfrei und müssten korrekt nach Zeitplan gewartet werden, sonst besteht die Möglichkeit eines Ausfalls bis hin zur Explosion (für den Fahrer ungefährlich bis nicht merkbar, außer bei der Reichweite). Leider haben die NiCd-Akkus einen Memory-Effekt und sollten möglichst immer ausgefahren werden.  Minus-Temperaturen im Winter machen diesen Akkus nichts aus. Selbst bei wochenlanger Stehzeit sind sie sofort wieder einsetzbar.

Ein Nickel-Cadmium-Akkumulator (NiCd-Akku) ist ein wiederaufladbarer Akkumulator (so genannte Sekundärzelle).
Von der grundsätzlichen Bauart ist zwischen offenen und gasdichten Zellen zu unterscheiden. Gasdichte Zellen sind häufig baugleich zu handelsüblichen Batterien und können daher als Ersatz für diese sogenannten Primärzellen verwendet werden, offene Zellen werden für stationäre Anwendungen verwendet.

Der 1899 von dem Schweden  entwickelte Nickel-Cadmium-Akkumulator gehört zu den alkalischen Batteriesystemen, an denen auch Thomas Alva Edison zu dieser Zeit arbeitete und dabei u. a. den Nickel-Eisen-Akkumulator entwickelte. Durch die Verwendung von Cadmium anstelle des Eisens jedoch konnte Jungner die Energie- und Stromausbeute seines Akkus gegenüber dem Vorläufer Edisons um rund 7 % steigern, und auch gegenüber den bis dahin vorherrschenden Bleiakkumulatoren bot der NiCd-Akku zahlreiche Vorteile, nicht zuletzt den, dass das Elektrolyt während der Ladung und  des Akkus unverändert blieb.
1910 begann die industrielle Fertigung des NiCd-Akkumulators in Schweden. Diese ersten NiCd-Akkumulatoren hatten sogenannte Taschenelektroden, die auch heute noch üblich sind. Ungefähr 1930 wurden in Deutschland sogenannte Sinterelektroden entwickelt. Das Prinzip der gasdichten Zellen wurde 1933 von Adolf Dassler[2] veröffentlicht. Serienreife gasdichte Zellen waren in den 1950er Jahren verfügbar. 1983 stellte die Firma Hoppecke Batterien eine Nickel-Cadmium-Batterie mit FNC-Technologie (Faserstruktur-Technologie) vor. Anders als bei Taschenplatten und Sinterelektroden ist der Träger für das aktive Material kein schweres, steifes Metall, sondern ein sehr leichtes und flexibles Vlies. Dieses metallisierte Polypropylen Faserstruktur-Vlies wurde ursprünglich für so anspruchsvolle Einsatzbereiche wie die Luft- und Raumfahrt sowie für Elektro- und Hybridfahrzeuge entwickelt.
Bis in die 1990er Jahre hat sich der NiCd-Akkumulator zu der meistgebräuchlichen wiederaufladbaren Batterie im Endverbraucherbereich entwickelt. Zukünftig werden Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) und Lithium-Systeme mehr Bedeutung bekommen, da sie höhere Energiedichten aufweisen und keine umweltschädlichen Schwermetalle wie Cadmium enthalten.

Im Dezember 2004 hat der EU-Ministerrat eine Richtlinie verabschiedet, deren Ziel es ist, die technische Nutzung von Cadmium zu reduzieren. Vorbehaltlich der Zustimmung des EU-Parlaments sollen die Mitgliedsstaaten innerhalb von zwei Jahren durch nationale Gesetze zunächst Nickel-Cadmium-Akkus verbieten. Auf Wunsch einiger Mitgliedsstaaten – darunter auch Deutschland – sollen jedoch unter anderem schnurlose  von dem Verbot zunächst ausgenommen werden, weil „für Elektrowerkzeuge nicht sichergestellt ist, dass gleichwertiger Ersatz aktuell verfügbar ist". Vier Jahre nach Inkrafttreten der Richtlinie soll diese Ausnahme jedoch überprüft werden, um das Cadmium-Verbot dann möglicherweise auszudehnen. Siehe auch RoHS.2006 hat das Europäische Parlament eine veränderte Version der Richtlinie angenommen, die Batterien und Akkumulatoren mit mehr als 0,002 Gewichtsprozent Cadmium verbietet.
Durch das am 1. Dezember 2009 in Kraft tretende Batteriegesetz hat der deutsche Gesetzgeber die Richtlinie in nationales Recht umgesetzt. Dessen § 3 Abs. 2 verbietet das Inverkehrbringen entsprechend cadmiumhaltiger Batterien mit Ausnahme von solchen für Not- oder Alarmsysteme, Notbeleuchtung, medizinische Ausrüstung, schnurlose Elektrowerkzeuge, sowie unter den Voraussetzungen des  Elektrofahrzeuge.

NiCd-Akkumulatoren haben eine nominale Spannung von 1,2 Volt, die somit 20 % unter den 1,5 Volt normaler Batterien liegt. Das stellt jedoch kein Problem dar, da die meisten Geräte auf niedrige Spannungen von 0,9–1,0 Volt entladener Batterien ausgelegt sind. Durch den geringen  von NiCd-Akkumulatoren können diese hohe Ströme liefern. NiCd-Akkus werden (auch deshalb) vor allem im Modellbau und bei anderen Hochstromanwendungen genutzt. NiCd-Akkus müssen bei einer Restspannung () von 0,85–0,9 Volt wieder aufgeladen werden, eine weitergehende Entladung führt zu Tiefentladung, die in ihren Auswirkungen mit dem (bei mit modernen Ladegeräten aufgeladenen, handelsüblichen NiCd-Akkus kaum vorhandenen) Memory-Effekt verwechselt wird.
Eine bei anderen Technologien selten anzutreffende Eigenschaft ist das hervorragende Tieftemperaturverhalten von NiCd-Akkumulatoren. Selbst bei ?40 °C besitzt ein Akku mit Faserstrukturplatten-Technik noch über 50 % seiner nominellen Kapazität bei Raumtemperatur.

Die Elektroden des NiCd-Akkumulators bestehen in geladenem Zustand aus Platten, die am Minuspol mit fein verteiltem Cadmium und am Pluspol mit Nickel(III)-oxidhydroxid beladen sind. Als Elektrolyt wird 20-prozentige Kaliumhydroxid-Lösung verwendet. Diese Kombination liefert eine Spannung von 1,3 V.
Den Elektrodenmaterialien wird zusätzlich Graphitpulver zugegeben, um ihre Leitfähigkeit zu verbessern. Darüber hinaus werden die Elektroden von Metallen umschlossen, die elektrischen Strom gut leiten, bei den Reaktionen beim Laden und Entladen jedoch nicht stören und auch selbst nicht reagieren.
Bei Überladung des Akkumulators wird an der negativen Elektrode Wasserstoff und an der positiven Elektrode  produziert; man sagt der Akku „gast aus". In geschlossenen, also gasdichten Zellen muss das wegen der Explosionsgefahr unbedingt verhindert werden. Aus diesem Grund wird die negative Cadmiumelektrode überdimensioniert und dient als negative Entladereserve. Die positive Nickelelektrode enthält etwas Cadmiumhydroxid als „antipolare Masse". Bei Überladung mit geringeren Laderaten (ca. 0,1 C), stellt sich so ein Gleichgewicht zwischen Sauerstofffreisetzung und -verbrauch ein, es wird kein Wasserstoff entwickelt.
In gasdichten Faserstruktur-NiCd-Zellen wird der entstehende Sauerstoff an einer katalytisch wirksamen Oberfläche der Faserstruktur-Rekombinationselektrode so schnell rekombiniert, dass im Betrieb sogar ein leichter Unterdruck entsteht.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Nickel-Cadmium-Akkumulator

Lithium-Ionen - Akku
Die ersten Arbeiten mit Lithiumbatterien begannen 1912 unter G.N. Lewis, aber erst in den frühen 70ern wurde die erste wiederaufladbare Lithiumbatterie kommerziell lieferbar. Lithium ist das leichteste Metall, hat das grösste elektrochemische Potenzial und liefert die grösste Energiedichte pro Gewichtseinheit.

Eine Lithiumbatterie ist eine Primärzelle, bei der Lithium als aktives Material in der negativen Elektrode verwendet wird. Sie ist im Gegensatz zum Lithium-Ionen-Akkumulator nicht wieder aufladbar ausgelegt. Letztere werden häufig ebenfalls als Lithiumbatterie bezeichnet.

Aufgrund des Standardpotenzials von etwa 3,05 Volt (dem negativsten aller chemischen Elemente) und der daraus realisierbaren hohen Zellspannung sowie der hohen theoretischen Kapazität von 3,86 Ah/g ist Lithium ein „ideales" negatives Elektrodenmaterial für Akkus.
Die hohe Reaktivität von elementarem Lithium (beispielsweise mit Wasser oder bereits mit feuchter Luft) ist allerdings bei der praktischen Umsetzung problematisch. Deshalb können in Lithiumbatterien ausschließlich nicht wässrige, aprotische Elektrolytlösungen, wie z.B. Propylencarbonat, Acetonitril oder Dimethoxyethan, oder Festelektrolyte verwendet werden.
Zur Erhöhung der Leitfähigkeit werden wasserfreie Elektrolytsalze (wie z. B.  LiClO) zugesetzt. Die Entwicklung von Lithiumbatterien begann bereits in den 1960er Jahren.

Vorteile von Lithiumbatterien gegenüber anderen Primärzellen mit wässrigen Elektrolyten (beispielsweise Alkali-Mangan-Batterie oder ) sind die höhere Energiedichte beziehungsweise die höhere , die hohe Zellspannung, die sehr lange Lagerfähigkeit aufgrund der geringen Selbstentladung sowie der weite Temperaturbereich für Lagerung und Betrieb.

Lithiumbatterien gibt es in vielen verschiedenen Typen, die sich in Kathode, Elektrolyt und Separator unterscheiden. Sie sind in verschiedenen Bauformen und Größen erhältlich, um ein breites Anwendungsfeld abzudecken.

Eine Lithium-Ion-Batterie benötigt nur wenig Wartungsaufwand, ein Vorteil, den die meisten anderen Chemien nicht für sich beanspruchen können. Da kein Memory-Effekt auftritt, ist kein regelmässig durchgeführter Lade/Entlade-Zyklus nötig, um die Lebenserwartung der Batterie zu verlängern. Dazu kommt, dass die Selbstentladung weniger als die Hälfte einer Nickel-Kadmium-Batterie beträgt. Lithium-Ion-Zellen verursachen nur geringe Schäden beim Entsorgen. Einziger Nachteil, sie sollten im Winter auf Temperatur gehalten werden, bei Minusgraden verkürzt sich sonst die Reichweite erheblich.

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Lithiumbatterie

ZEBRA - Akku
Eine Natrium-Nickelchlorid-Zelle, auch als ZEBRA-Batterie bezeichnet, ist ein wiederaufladbarer Akkumulator, eine sogenannte Sekundärzelle. Sie zählt zu den Thermalbatterien und es werden statt eines flüssigen Elektrolyten ein fester Elektrolyt und eine Kombination aus flüssigen und festen  verwendet. Entwickelt wurde die Zelle gegen Ende der 1980er Jahre von der südafrikanischen Firma Zebra Power Systems and Beta R&D Ltd. Verwendungsbereiche liegen in experimentellen Anwendungen in Elektroautos und im Bereich der Rüstungsindustrie. Die Abkürzung ZEBRA steht für englisch Zero Emission Battery Research Activities.

Die Reaktanden sind Natriumchlorid (Kochsalz), mit einer flüssigen Salzlösung aus Nickelchlorid und Natriumchlorid durchtränktes gesintertes Nickel als positive Elektrode, und durch einen Separator getrennt im Außenbereich flüssiges Natrium als negative Elektrode. Die Trennung im Separator wird durch eine nur für Natriumionen durchlässige semipermeable  aufrechterhalten, die die Natriumelektrode von der Natriumchlorid/Nickelchlorid/Nickelelektrode trennt und zugleich als Festelektrolyt dient. Wesentlicher Bestandteil der Keramik ist  (NaAlO), bei dem ab einer Temperatur von 270 °C die Natriumionen so beweglich werden, dass eine ausreichende Leitfähigkeit besteht.

Die Betriebstemperatur der durch Vakuum-Isolation wärmegedämmten Batterie beträgt typisch 300 °C (270 bis 350 °C). Die Batterie weist keine elektrochemische Selbstentladung auf, der Wirkungsgrad liegt bei rund 80 %. Allerdings muss die Zelle zur Aufrechterhaltung der Funktion auf hoher Betriebstemperatur gehalten werden, wodurch trotz thermischer Isolation eine Heizung notwendig ist. Während bei hinreichend hoher Energieentnahme die thermischen Verluste am Innenwiderstand der Zelle für das Halten der Temperatur ausreichen, ist bei Nichtnutzung eine zusätzliche Heizung notwendig, die, wenn sie ihre Leistung von der Zelle bezieht, zu einer stetigen Entladung führt.

Hinsichtlich der Lebensdauer wird über eine Testbatterie berichtet, die seit elf Jahren im Test und über 3000 Zyklen genutzt worden ist (was etwa einem Zyklus pro Arbeitstag ausmacht). Es wurden zwei Typen vorgestellt: Beide mit je 17,8 kWh Energieinhalt, einmal bei 278 V mit 64 Ah und einmal bei 557 V und 32 Ah. Die Blöcke wiegen je 195 kg mit Gehäuse und Batteriemanagement, die spezifische Energie beträgt 94 Wh/kg. Die maximale Leistung beträgt laut Hersteller rund 32 kW.
Der Energiegehalt beträgt etwa 100-120 Wh/kg. Im Vergleich dazu hat ein Bleiakkumulator einen Energiegehalt von etwa 30 Wh/kg. Pro kWh Speicherkapazität benötigt eine Zebra-Batterie 1,53 kg Nickel, 1,43 kg Eisen, 0,31 kg Kupfer, 2,24 kg NaCl, und 1,43 kg Aluminiumhydroxid (Böhmit).

Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Zebra-Batterie

Ladegeräte:
In den ersten Fahrzeugen wurden die Akkus ausgetauscht und extern wieder aufgeladen. In den Fahrzeugen der 90er Jahre wurde das Ladegerät direkt installiert. Die neuesten Fahrzeuge (Ion, Zero und iMiEV) haben die Ladegeräte extern am Ladekabel eingebaut. Die Entwicklung geht aber auch dahingehend, dass magnetisch über bestimmte vorgesehene Ladestationen ohne Kabel die Aufladung stattfinden soll, aber auch der Akku-Tausch wird wieder thematisiert. Aber solange jeder Hersteller eigene Systeme entwickelt und keine Norm entwickelt wird, kann auch der Akku-Tausch nicht ökonomisch sinnvoll sein.

Ladestecker:  
In den PSA-Fahrzeugen der 90er Generation, sowie bei Renault wurden die Marechal Stecker zur Anwendung gebracht. Leider gibt es keine einheitliche Norm, wodurch sich die verschiedenen Systeme stark unterscheiden. Der Marechal-Stecker hat den Vorteil, dass er im Fahrzeug mit der Zentralverriegelung gesichert ist. Es kann nur die andere Seite aus der Steckdose gezogen werden.
Info: http://www.eco-drive.co.uk/marechal.htm