Massgeschneiderte Batterien für Akku-Triebzüge

Stadler entwickelt gemeinsam mit dem DLR-Institut für Fahrzeugkonzepte und dem DLR-Institut für Vernetze Energiesysteme ein Batteriesystem für Personentriebzüge. In dem Kooperationsprojekt MOSENAS „Modularer skalierbarer Energiespeicher für einen nachhaltigen Schienenpersonennahverkehr“ entsteht ein Demonstrator des skalierbaren Konzepts. Das Besondere daran ist die Untersuchung verschiedener Batterietypen mit unterschiedlicher Leistungscharakteristik.

Mit dem neuartigen Batteriesystem ausgestattete Züge eigen sich insbesondere für Strecken, auf denen ein batterieelektrischer Betrieb bisher unwirtschaftlich oder aus technischen Gründen nicht möglich war. Die Batteriesysteme lassen sich gezielt auf Fahrzeugumläufe, Betriebszeiten und vorhandene Ladeinfrastruktur abstimmen. Dadurch lässt sich auch die zu erwartende Lebensdauer der Batteriesysteme optimieren. Zudem ermöglicht das modulare Konzept auch künftige Batterietechnologien oder Brennstoffzellen zu integrieren.

Besonders herausfordernd ist, die dynamischen Anforderungen an das Batteriesystem zu berücksichtigen. Beispielsweise ist zum Beschleunigen kurzfristig eine hohe Leistung nötig. Beim Bremsen hingegen lässt sich durch Rekuperation Energie zum Laden der Akkus während der Fahrt zurückgewinnen. Die Alterung der Batterien ist ein weiterer Faktor.

Sicherheit wird im Bahnbetrieb großgeschrieben. Das MOSENAS-Projektteam entwickelt daher Konzepte für wichtige Warnindikatoren. Dazu gehört kritische Batteriezuständen zu erkennen und zu überwachen sowie effiziente Brandschutzstrategien zu schaffen bis zur richtigen Lagerung der Batteriemodule.

Die Züge sollen sich an Ladepunkten in Bahnhöfen, Depots oder auf Oberleitungsstrecken rasch aufladen lassen. Für einen wirtschaftlichen Betrieb sind dabei kurzfristig hohe Leistungen zum Aufladen der Batterien nötig. Die DLR-Forscherinnen und Forscherinnen analysieren hierzu alle Möglichkeiten zur Sektorenkopplung vor Ort. Die Ladevorgänge sollen das öffentliche Stromnetz möglichst wenig belasten.

Hierbei können sogenannte Second-Use-Batterien in stationären Speicheranlagen Lastspitzen der Ladepunkte ausgleichen und abpuffern. Dabei handelt es sich um Batterien, die aufgrund von Alterungsprozessen nicht mehr ihre volle Kapazität besitzen. Diese eignen sich zwar nicht mehr für den Einsatz in Fahrzeugen, jedoch beispielsweise als Zwischenspeicher in der Ladeinfrastruktur.

Mit Hilfe der Sektorenkopplung lassen sich auch Anlagen zur Gewinnung erneuerbarer Energie einbinden und können damit zu einem nachhaltigen Schienenverkehr beitragen.

Das MOSENAS-Projekt analysiert zudem, welche Strecken und Bahnhöfe ohne Oberleitung sich wirtschaftlich abschnittsweise elektrifizieren lassen.
Daraus erarbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler angepasste Systemlösungen für eine optimale Kombination von Bahnfahrzeugen und Infrastruktur. Dazu erstellen sie begleitend eine Ökobilanz der Energie- und Ressourceneffizienz des Konzepts.

Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr unterstützt das Kooperationsprojekt MOSENAS gemäß der Förderrichtlinie Elektromobilität mit 5,3 Millionen Euro.

Quelle: Stadler