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Einführung in die Umwidmung und Weiterverwendung von Traktionsbatterien Read chapter Read first chapter

2019 | OriginalPaper | Chapter

2. End-of-Life-Strategien für Traktionsbatterien

Authors : Dr. Sebastian Bräuer, Dipl.-Ing. Alexander Stieger

Published in: Umwidmung und Weiterverwendung von Traktionsbatterien

Publisher: Springer Fachmedien Wiesbaden

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Zusammenfassung

Traktionsbatterien kommen in Elektrofahrzeugen in unterschiedlichen Formen und Größen vor und unterscheiden sich etwa entsprechend ihres Einsatzes in vollelektrischen Fahrzeugen, Plugin‐Hybrid‐Fahrzeugen und Hybrid‐Fahrzeugen (vgl. Kap. 1). Sie stellen zudem komplexe Systeme dar, die neben den Batteriemodulen und den in diesen enthaltenen Batteriezellen vor allem aus einem Batteriemanagementsystem zum Monitoring und zur Steuerung der Lade‑ und Entladezyklen, einem System zur Regelung der Temperatur und dem Gehäuse zum Schutz gegen Außeneinwirkung bestehen. Diese Komponenten müssen entsprechend des Einsatzzweckes des Batteriesystems aufeinander abgestimmt werden. Da Batterien sowohl über die Zeit als auch durch Zyklisierung (d. h. Lade‑ und Entladezyklen) altern, nimmt ihre Leistungsfähigkeit zunehmend ab und ihr automobiles Leben ist somit begrenzt.

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Footnotes
1
Beispiele für entsprechende Plattformen sind ebay und ebay Kleinanzeigen, zahlreiche Onlineshops für PC‐Hardware wie etwa alternate.de (Alternate Outlet) oder amazon.de (Amazon Renewed) bieten neben neuer Ware auch generalüberholte Hardware an und speziell für KFZ‐Teile existieren Vermittlungsplattformen wie gebrauchte‐autoersatzteile.de und partsmarket.com.
 
2
Upcycling stellt ein Wortkompositum da, das bedeutungstechnisch etwa auf die Begriffe upgrade und recycling zurückgeführt werden kann (Wegener 2016). Entsprechend beschreibt es einen Prozess, bei dem gebrauchte Produkte oder Materialien, Reste oder Abfälle meist durch kreative Arbeitsschritte vollständig oder in Teilen in neue Materialien oder neue Produkte umgewandelt werden, die eine höhere Qualität aufweisen, als die ursprünglichen Inputs. Im Gegensatz hierzu wird das klassische Recycling (d. h. die Wieder‑ oder Weiterverwertung) teils auch als Downcycling im Sinne einer wert‑ und funktionsreduzierenden Maßnahme bezeichnet (Vadicherla und Saravanan 2014; Magazin für Restkultur 2015).
 
3
Die Berücksichtigung von in späteren Produktlebenszyklusphasen anfallenden Umweltauswirkungen bereits bei der Produktentwicklung wird etwa auch in der Norm ISO/TR 14062:2002 (Umweltmanagement – Integration von Umweltaspekten in Produktdesign und ‑entwicklung) behandelt.
 
4
Vorweg sei festzuhalten, dass sich der Begriff des Recyclings (im engeren Sinne) eigentlich auf die Rückgewinnung von Rohstoffen aus Abfällen und die Rückführung der Rohstoffe in den Stoffkreislauf bezieht (so genanntes Materialrecycling oder Werkstoffrecycling). Dennoch wird der Begriff im weiteren Sinne auch als Oberbegriff für das Produktrecycling gebraucht, bei dem das Produkt mit dem ursprünglichen Einsatzzweck oder angepasst für einen neuen Einsatzzweck erhalten bleibt. Siehe hierzu auch Martens und Goldmann (2016).
 
5
Siehe hier und im Folgenden auch Bräuer (2018).
 
6
In diesem Zusammenhang sei auch auf die Übersetzungsmatrix der Automotive Parts Remanufacturers Association (APRA) verwiesen, die als Referenz für die Übersetzung verschiedener Fachbegriffe verwendet werden kann. Siehe APRA Europe (2013).
 
7
In Anlehnung an Williams  et al. (2012).
 
8
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die refurbishing und reconditioning in der englischsprachigen Literatur auch teilweise unterschiedlich definiert werden. Siehe hierzu etwa Hartwell und Marco (2016).
 
9
In der englischsprachigen Literatur wird häufig nicht zwischen den Begriffen Wiederverwertung und Weiterverwertung unterschieden. Stattdessen wird oft lediglich der Begriff recycling verwendet.
 
10
Eine Übersicht mit zentralen im Zuge der Rückwärtslogistik und damit auch für die Anwendung der EOL‐Strategien zu treffenden Entscheidungen mit strategischem, taktischem und operativem Zeithorizont und unter Kennzeichnung des Einflusses der Entscheidungen auf zentrale Prozessschritte oder (Informations‑)Systeme findet sich in Lambert et al. (2011).
 
11
Die Entsprechung im nationalen Recht findet sich in Deutschland in der Verordnung über die Überlassung, Rücknahme und umweltverträgliche Entsorgung von Altfahrzeugen § 5 (1) 2 wieder. Im Gegensatz zur Wiederverwendung wird die Weiterverwendung dort nicht explizit genannt.
 
12
Die Bestimmung des idealen Zeitpunktes für das Ende des ersten automobilen Lebens ist dabei ein vieldiskutierter Forschungsgegenstand (vgl. z. B. Cready et al. 2003; Saxena et al. 2015; Viswanathan und Kintner‐Meyer 2015). Vereinfachend wird im Rahmen dieses Buches davon ausgegangen, dass das Ende des automobilen Lebens einer Traktionsbatterie bei dem Erreichen einer alterungsbedingten Restkapazität von 85 bis 75 % oder beim Eintreten bestimmter Ereignisse (z. B. Verunfallen des Fahrzeuges) erreicht wird. Dieser Korridor kann sich aufgrund von Einflussfaktoren wie etwa einer verbesserten Batterietechnologie, Schwankungen im Angebot und der Nachfrage neuer und gebrauchter Batterien und einer Wandlung der Kundenerwartungen bezüglich der  Leistungsfähigkeit von Traktionsbatterien verändern (vgl. auch Abschn. 3.​4.​4 für weitere Details).
 
13
Siehe hier und im Folgenden auch Bräuer (2018).
 
14
Aufgrund des fehlenden juristischen Hintergrundes der Autoren weisen wir ausdrücklich darauf hin, dass die folgenden Passagen nur einem allgemeinen Überblick dienen und nicht den Anspruch erheben, vollständig, richtig, oder aktuell zu sein. Entsprechend ersetzen die Ausführungen keine rechtliche oder sonstige Beratung zur Ausgestaltung der EOL‐Strategien, die im Einzelfall unter Einbezug juristischer Experten zu erfolgen hat. Eine Haftung des Verlages, der Herausgeber und der Autoren ist ausgeschlossen.
 
15
Zur Orientierung: Typische Smartphone‐Akkus besitzen einen Energiegehalt im Bereich von 10 Wh. Große 9‐Zellen‐Akkus von Notebooks weisen häufig einen Energiegehalt von knapp unter 100 Wh auf. Die Grundversion des BMW i3 (mit 60 Ah Batterie) besitzt einen Energiegehalt von 21.600 Wh.
 
16
Siehe hierzu auch die Ausführungen zur Pay‐per‐Use‑ oder Pay‐per‐Success‐Geschäftsmodellen in Verbindung mit der Weiterverwendung von gebrauchten Traktionsbatterien in Abschn. 4.​4.
 
17
Für die detaillierte Visualisierung relevanter Prozess wird im weiteren Verlauf dieses Buches auch auf Business Process Model and Notation‑ (BPMN‑)Prozessdiagramme zurückgegriffen (Object Management Group 2011), die mit dem Signavio Process Editor erstellt wurden. Erläuterungen zu den in den Kollaborationsdiagrammen verwendeten Symbolen können Abb. 2.4 entnommen werden.
 
18
Stand Februar 2017.
 
19
Das * kennzeichnet aus Gründen der Konsistenz ergänzte Schritte, die in dem im Patent visualisierten Modell nicht enthalten sind, jedoch den textuellen Beschreibungen entnommen werden können.
 
20
Casals et al. (2017b) stellen hier die Relation aus CO2‐Ausstoß in kg CO2‐Äquivalent und funktionaler Kapazität der Batterie in kWh der Nutzungsdauer gegenüber. Weiterhin betrachten die Autoren die CO2‐Emissionen, die in verschiedenen stationären Anwendungen anfallen und nehmen diese und die anwendungsspezifischen erwarteten Lebensdauern in die Betrachtung mit auf.
 
21
Williams und Lipman sprechen sich in ihren Ausführungen ausdrücklich gegen eine entsprechende aufwandsminimale Strategie aus. Als Gründe führen die Autoren die mögliche inhomogene Alterung innerhalb eines Batteriepacks auf, die ohne Austausch stärker gealterter Module die Haltbarkeit des gesamten Second‐Life‐Batteriesystems beeinflusse und dass erst die Zerlegung des Batteriepacks in Module die an den individuellen Anforderungen der Zielanwendung orientierte Rekombination und Rekonfiguration der Module ermögliche.
 
22
Siehe auch Forschungsarbeiten zum Design for Remanufacturing (Bras und McIntosh 1999; Hatcher et al. 2011) oder auch zum Design for Repurposing (Aguirre 2010) als grundlegende Quellen für Anforderungen an die Produktgestaltung.
 
23
Ob der Recyclingprozess industriell eingesetzt wird konnte anhand der Literaturquellen nicht festgestellt werden.
 
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Metadata
Title
End-of-Life-Strategien für Traktionsbatterien
Authors
Dr. Sebastian Bräuer
Dipl.-Ing. Alexander Stieger
Copyright Year
2019
Book
Umwidmung und Weiterverwendung von Traktionsbatterien

Print ISBN: 978-3-658-21020-5

Electronic ISBN: 978-3-658-21021-2

Copyright Year: 2019

DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-21021-2_2

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