PRIMO – Untersuchungen an prismatischen Lithium-Zellen für Antriebsstrang ÖPNV & Primo II – Entwicklung von modularen, verteilten Energiespeichersystemen und kostenoptimierten Herstellungsverfahren für den Einsatz im Bereich des ÖPNV

Ziel der beiden »PRIMO« Projekte ist es wettbewerbsfähige und innovative Energiespeicherkonzepte für den Bereich ÖPNV und Sonderfahrzeugeinsatz zu entwickeln.
Das Entwicklungsprojekt »PRIMO« stellte mit den Untersuchungen an prismatischen Lithium-Zellen für den Antriebsstrang im Bereich ÖPNV, die Ausgangsbasis für das Projekt PRIMO II »Entwicklung von modularen, verteilten Energiespeichersystemen und kostenoptimierten Herstellungsverfahren für den Einsatz im Bereich des ÖPNV« dar. Dabei erfolgte ein internationaler Vergleich zum Stand der Technik mittels eines Benchmarking von prismatischen Lithiumzellen für die Elektrifizierung des Antriebsstranges von Elektrobussen. Die Wahl der prismatischen Zelltechnologie für den Aufbau der verteilten, modularen Energiespeichersysteme erfolgte auf der Vornorm DIN SPEC 9152 für Lithium. Die der Vornorm entsprechenden Zellen werden zukünftig von der Automobilindustrie zur Elektrifizierung im PKW-Bereich genutzt und kostenoptimiert in hoher Stückzahl verfügbar sein. Die Benchmarkergebnisse dienten zur Identifizierung für die Anwendung geeigneter Lithiumzellen, die die Grundlage für die Grobkonstruktion von »Submodulen« in Leichtbauweise bildeten. Das entwickelte »Submodulkonzept « stellt die Ausgangsbasis für den Aufbau von verteilten Hochvolt-Energiespeichersystemen im ÖPNV-Bereich dar.

Im Rahmen des Projektes konnten wesentliche Ergebnisse im Bereich des Batteriemanagementsystems durch insgesamt 3 Schutzrechtsanmeldungen verwertet werden. Diese werden in dem laufenden, durch das BMDV geförderten Projekt HEVYBAT zur Hybridisierung des Antriebstranges im Bereich der Elektrifizierung von Bahn- und Schiffsantriebssystemen eingesetzt (Projekte EcoTrain und Rivercell).

PRIMO II beinhaltet die Entwicklung innovativer, verteilter Energiespeicherlösungen, die sich hervorragend für eine flexible, anwendungsspezifische Dimensionierung im Bereich ÖPNV einsetzen lassen. Hierbei wurden im marktverfügbare, prismatische Lithiumionenzellen, welche im Bereich der Elektromobilität eingesetzt werden, einer elektrochemischen Charakterisierung sowie Untersuchungen zu relevanten Zelleigenschaften unter dem Aspekt der Eignung für die vorliegenden ÖPNV Anwendungen unterzogen. Die Erarbeitung und Analyse der rechtlichen und normativen Anforderungen wurde als Basis zur Entwicklung und Konstruktion eines Grundmoduls genutzt (s. Abb.1). Dabei fanden insbesondere die Analyse von typischen Fahrprofilen von Bussen zur Festlegung der Zellchemie und der Anforderungen an die elektrischen Komponenten und dem Thermomanagement Berücksichtigung.

Ein weiteres Arbeitspaket beinhaltete die Entwicklung neuartiger Ladestrategien für diese verteilte Energiespeichersysteme und den Aufbau von innovativer Ladetechnologie. Neben der Entwicklung dieser verteilten, modularen Energiespeichersysteme, erfolgt die Entwicklung neuartiger, innovativer Produktions- und Prozesstechnologien zum Nachweis einer wirtschaftlichen Herstellbarkeit. Die geplante Entwicklung ist sehr stark mit dem in der Modellregion Sachsen durchgeführten Projekt „SaxHybrid – Serielle Hybridbusse mit partiell rein elektrischem Fahrbetrieb“ verlinkt, welches die Voraussetzung für extern nachladbare Hybridfahrzeuge in unterschiedlichen verkehrlichen und topografischen Einsatzgebieten untersucht sowie mit konkreten Kundenanforderungen für schienengebundene ÖPNV Fahrzeuge auftritt.