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Elektroauto: Niedervolt-Batterie mit Natrium statt Blei geht in Serie
Xupai liefert 12-Volt-Natrium-Ionen-Batterien für das Bordnetz von E-Autos der BAIC-Marke Arcfox. Die Technik hat das Zeug, Bleiakkus langfristig abzulösen.
Die seit den 1880er-Jahren industriell hergestellte Blei-Säure-Batterie ist für die Autoindustrie seit ihren Anfängen der Stromspeicher der Wahl. Er versorgt selbst in den aktuellsten Elektroautos den Niederspannungsstromkreis. Allerdings hat er seit Beginn des Automobils einen Ruf als Hauptursache für Pannen, auch in den modernsten Fahrzeugen. Die Entwicklungen auf dem Feld der Akkutechnik haben bereits gezeigt, dass ein zeitgemäßer Ersatz, etwa durch LFP-Akkus, seinen Gewichts- und Zuverlässigkeitsnachteil wirksam beheben könnte. Sie sind allerdings teuer. Ein neuerer Kandidat für günstigere und sicherere Bordakkus ohne kritische Rohstoffe ist die Natrium-Ionen-Batterie.
Der chinesische Batteriehersteller Xupai stattet erstmals Elektrofahrzeuge der BAIC-Marke Arcfox mit Natrium-Ionen-Batterien für das Niedervolt-Bordnetz aus. Damit kommt die Natrium-Ionen-Technik nicht nur als Traktionsbatterie, sondern auch als Ersatz für klassische 12-Volt-Blei-Säure-Akkus in die Serienproduktion von Pkw.
Wie Xupai auf seiner Unternehmensseite mitteilt, sind die Natrium-Ionen-Niedervoltbatterien als sogenannte Auxiliary-Batterien für die Versorgung von Bordnetz, Steuergeräten, Infotainment und Fahrerassistenzsystemen gedacht. Das Unternehmen bietet eine Reihe verschiedener 12-V-, 24-V- und 48-V-Natrium-Ionen-Batterien für unterschiedliche Einsatzzwecke an: als Starterbatterien für Verbrenner, für Start-Stopp-Systeme, Mild-Hybride und als Bordnetzbatterien in batterieelektrischen Fahrzeugen.
Die technischen Eckdaten der Xupai-Batterien für das Niedervolt-Segment sind bemerkenswert: Für die 12-Volt-Auxiliary-Variante gibt das Unternehmen eine Zykluslebensdauer von mehr als 3000 Zyklen bei 100 Prozent Entladetiefe an. Die Start-Stopp-Variante soll sogar über 180.000 Zyklen durchhalten. Die Starterbatterien liefern laut Xupai Anlaufströme von 500 bis 900 Ampere und sind dabei rund 55 Prozent leichter als vergleichbare Blei-Säure-Batterien. Alle Varianten verfügen über ein BMS mit CAN- oder CAN-FD-Kommunikation und sollen die funktionale Sicherheitsstufe ASIL B erfüllen.
Herkömmliche Blei-Säure-AGM- oder EFB-Batterien, wie sie in europäischen Fahrzeugen üblich sind, erreichen typischerweise nur 200 bis 400 Zyklen bei hoher Entladetiefe und bieten Energiedichten von etwa 30 bis 40 Wattstunden pro Kilogramm auf Systemebene. Natrium-Ionen-Niedervoltbatterien kommen nach Daten des deutschen Ingenieursdienstleisters IAV und des chinesischen Zellherstellers HiNa mit rund 80 bis 110 Wattstunden pro Kilogramm auf das Zwei- bis Dreifache. IAV hat in einem gemeinsamen Projekt einen 12-V-Prototyp mit 70 Amperestunden und 840 Wattstunden bei nur 10 Kilogramm Gewicht gebaut, der einen Temperaturbereich von −40 bis +60 °C bei der Entladung abdeckt.
Im Sicherheitsvergleich schneidet die Natrium-Ionen-Chemie günstig ab, die Neigung zum thermischen Durchgehen sei bei Natrium-Ionen-Zellen deutlich geringer als bei Lithium-NMC- oder NCA-Chemie. Hersteller wie Altris sprechen von „zero thermal runaway“. Gegenüber Blei-Säure-Batterien entfallen die Risiken durch Schwefelsäure, Korrosion und Knallgasbildung bei Überladung. Die Zellen sind zudem auf Überladeresistenz nach der chinesischen Norm GB/T-31485 geprüft. Ein integriertes BMS überwacht Spannung und Temperatur und kann bei Kurzschluss kontrolliert abschalten. Xupai positioniert seine Batterien dabei als Plug-and-play-Ersatz in gängigen Standardgrößen, sodass keine Änderungen an der Fahrzeugelektrik nötig sein sollen.
Der Schritt ins Bordnetz ist für BAIC offenbar nur der Anfang: Die konzerneigene Forschungsabteilung hat eine prismatische Natrium-Ionen-Zelle mit einer Energiedichte von über 170 Wattstunden pro Kilogramm entwickelt, die in rund 11 Minuten weitgehend bei einer hohen Ladeleistung von 4C geladen werden soll. Diese Technik zielt auf Trakt