HochvoltBatterien

Hochvoltbatterien sind Batteriesysteme, deren Betriebsspannung mehrere zehn Volt überschreitet und die speziell für Anwendungen mit hohem Energiebedarf konzipiert sind. In der Elektromobilität liegen die Systemspannungen üblicherweise im Bereich von 400 V bis 800 V; stationäre Hochvoltbatterien in Speicheranlagen können noch höhere Spannungen erreichen. Im Fahrzeugbetrieb wird der Großteil der Elektronik über das Hochvolt-System betrieben, während das 12-Volt-Bordnetz über einen DC-DC-Wandler versorgt wird.

Aufbau: Eine Hochvoltbatterie besteht aus Zellen, die zu Modulen zusammengefasst sind, mehreren Modulen zu einem Pack, einem Gehäuse und einem Battery Management System (BMS). Das BMS überwacht Spannung, Strom, Temperatur und Zustand der Zellen, balanciert Ladung und trennt den Akku bei Überschreitungssicherheitsgrenzen. Die Zellenarchitektur kann prismatic, zylindrisch oder als Pouch aufgebaut sein; die Bauweise beeinflusst Kühlung, Gewicht und Belastbarkeit. Ein Kühlsystem (Luft, Flüssigkeit oder Phase-Change-Material) sorgt für Betriebstemperaturen.

Chemie und Leistungscharakteristik: Die meisten Hochvoltbatterien verwenden Lithium-Ion-Technologien (z. B. NMC, NCA, LFP oder LCO). Festkörperelemente befinden sich in der Entwicklung. Unterschiede zeigen sich in Energie- und Leistungsdichte, Temperaturanforderungen und Ladeverhalten. Die Lade-/Entladezyklen und der Einsatzbereich beeinflussen Alterung und Restkapazität.

Anwendungen: Hauptanwendungsgebiet sind Elektrofahrzeuge (BEV, PHEV) und stationäre Energiespeicher. Hochvoltbatterien ermöglichen hohe Leistungsabgaben und schnelle Ladefähigkeit, bringen aber Anforderungen an Sicherheit, Gehäuseabdichtung und Brandschutz mit sich. Zur Versorgung von 12-Volt-Systemen dient in der Regel ein DC-DC-Wandler.

Sicherheit, Lebensdauer und Umwelt: Hochvoltbatterien enthalten umfangreiche Sicherheitsmechanismen gegen Kurzschluss, Überladung, Überhitzung und mechanische Einwirkung. Die Lebensdauer hängt von Temperatur, Ladezyklen und Nutzungsprofil ab. Am Ende der Lebensdauer erfolgen Recycling und Rückführung von Materialien; Second-Life-Anwendungen nutzen noch nutzbare Kapazität in weniger anspruchsvollen Anwendungen.