Glossar der Elektromobilität

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Die Produktion von Komponenten der Elektromobilität erstreckt sich in unterschiedliche technische Bereiche hinein – von der Batterie bis hin zur Brennstoffzelle, vom Elektromotor bis hin zur Mikromobilität. Um im Dickicht der vielen Fachbegriffe noch den Durchblick zu behalten, hat der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen die am häufigsten vorkommenden Termini in einem Glossar zusammengetragen, das auch zum Download bereitsteht. Das kleine Nachschlagewerk ist unterteilt in die fünf Bereiche „Allgemeine Begriffe“, „Batterie“, „Brennstoffzelle“, „Elektrischer Antrieb“ und „Mikromobilität“, in denen sämtliche Termini alphabetisch angeordnet sind.

 

Allgemeine Begriffe

AC/DC-Wechselrichter: Bauteil, das Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt

Application Lifecycle Management (ALM): Ständige Weiterentwicklung einer Software durch Betreuung der Applikation über deren gesamten Lebenszyklus

Aufschrumpfen: Verfahren nach dem Prinzip der Wärmeausdehnung von Metallen, bei dem zwei Bauteile kraftschlüssig miteinander verbunden werden

Batterieelektrisches Fahrzeug (BEV; Battery Electric Vehicle): Elektrisch betriebenes Fahrzeug, das seine Energie ausschließlich in chemischer Form dank einer Hochvoltbatterie speichert und mitführt

Batteriemanagementsystem (BMS): Elektronische Einheit, die der Überwachung, der Regelung und dem Schutz von Batteriemodulen und Batteriezellen dient. Standard-BMS messen dabei wesentliche Sicherheitsparameter der Batteriezellen wie Spannung und Temperatur und koordinieren sicherheitsrelevante Maßnahmen wie Kühlung, Verteilung des Ladestroms oder Zell-Balancing.

Beschleunigungswiderstand: Instationäre Fahrwiderstände, die der Beschleunigung der Masse entgegengerichtet ist

Bidirektionalität: Eigenschaft, eine Datenübertragung in beide Richtungen von Punkt zu Punkt stattfinden zu lassen

Bonddraht: Verbinden von Anschlüssen eines integrierten Schaltkreises oder eines diskreten Halbleiters mit den elektrischen Anschlüssen anderer Bauteile oder eines Gehäuses mittels dünner Drähte

Bremswiderstand: Belastungswiderstand bei elektrischen Bremsen. Er stellt im generatorischen Betrieb des Motors eine Last dar, die bei Rekuperation mit vollgeladener Batterie die zurückgewonnene Bremsenergie in Wärme umwandelt.

Brennstoffzellenbetriebenes Fahrzeug (FCEV; Fuel Cell-Electric Vehicle): Elektrisch betriebenes Fahrzeug, das chemische Energie als Treibstoff in Tanks mitführt und während der Fahrt mit einer Brennstoffzelle in elektrische Energie umwandelt. Ein FCEV kann über eine große Pufferbatterie verfügen.

CCS (Combined Charging System)-Stecker: Internationaler Standard zur Aufladung batterie-elektrischer Fahrzeuge

Closed-Loop Recycling: Prozess, bei dem ein Produkt oder Material verwendet und dann auf unbestimmte Zeit in ein neues Produkt umgewandelt werden kann, ohne dass seine Eigenschaften während des Recyclings verlorengehen

Compressed Natural Gas (CNG): Komprimiertes Erdgas zum Betrieb von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen. Erdgas wird auf bis zu 240 bar komprimiert, um eine ausreichende Energiemenge in einem wirtschaftlichen Volumen mitführen zu können.

DC/DC-Wandler: Bauteil, das Gleichstrom in Gleichstrom mit höherem oder niedrigerem Spannungsniveau umwandelt

Decal-Verfahren: Indirekte Beschichtung von Polymermembranen mittels Decal-Transfer-Trägerfolie

Digital Signal Processor: Bauteil, das kontinuierlich Signale verarbeitet

Direct Copper Bonded (DCB)-Substrat: Bestehend aus Al2O3-Substrat (Aluminiumoxid), das als Isolierschicht dient, als auch aus Kupferverbindungen. Struktur, die eine enge elektrisch-thermische Verbindung elektronischer Bauteile und Chips ermöglicht.

Dual Active Bridge: DC/DC-Wandler, der in zwei Richtungen funktioniert

ECE-Homologation: Staatsübergreifendes System für die Zulassung von Kraftfahrzeugen und Fahrzeugteilen

EG-Fahrzeugklasse: Gruppe von technisch und funktional vergleichbaren Kraftfahrzeugen

Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM): Nichtflüchtiger, elektronischer Speicherbaustein, dessen gespeicherte Information elektrisch gelöscht werden kann

Electrostatic Discharge (ESD): Elektrostatische Entladungen, bei denen durch große Potentialdifferenz ein Funke oder Durchschlag entsteht, der an elektronischen Bauteilen oder Geräten hohe elektrische Spannungsimpulse erzeugt

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV): Fähigkeit elektronischer Komponenten, andere Geräte durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Wechselwirkungen nicht zu beeinflussen sowie durch elektromagnetische Emissionen anderer Geräte nicht gestört zu werden

Energiemix: Summe unterschiedlicher Energieträger am Primärenergieverbrauch eines Staates innerhalb eines Jahres

EoL (End-of-Line)-Test: Überprüfung aller Funktionalitäten eines Produkts am Ende der gesamten Fertigungskette

Extended Producer Responsibility (EPR): Hinzurechnung sämtlicher mit einem Produkt während seines Lebenszyklus verbundenen Umweltkosten zum Marktpreis

Fahrgestellfahrzeug: Nutzfahrzeuge mit eigener Lade- oder sonstiger Nutzfläche, die sich durch einen gegenüber Sattelzugmaschinen höheren Achsabstand auszeichnen

Fahrleistung: Anzahl der Kilometer, die ein Fahrzeug innerhalb eines Kalenderjahres zurücklegt

Free-Floating-Carsharing: System des Carsharings, bei dem die Fahrzeuge immer dort stehen, wo der letzte Kunde sie abgestellt hat und sie vom nächsten Kunden per Smartphone geortet werden

Gleichrichter: Bauteil, das zur Umwandlung von Wechselspannung in Gleichspannung verwendet wird

HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning): Abkürzung für „Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen“, wobei „HVAC“ auch zur Bezeichnung der gesamten Geräuschemissionen der Nebenaggregate verwendet wird. Diese unerwünschten Störgeräusche werden bei der Untersuchung des NVH-Verhaltens (Noise, Vibration, Harshness = Geräusch, Vibration, Rauhigkeit) analysiert.

Hybridfahrzeug: Fahrzeug mit mindestens zwei unterschiedlichen Energiequellen für die Antriebsenergie, etwa mittels Elektromotor und zusätzlichem Verbrennungsmotor

Immersionskühlung: Verfahren, bei dem IT-Komponenten und andere Geräte inklusive Server und Speichergeräte in eine wärmeleitende dielektrische Flüssigkeit getaucht werden

Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT): Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode

Kondensator: Bauteil mit der Eigenschaft, in einem Gleichstromkreis elektrische Ladung und die damit zusammenhängende Energie statisch in einem elektrischen Feld zu speichern

L7e-Fahrzeugklasse: Kategorie vierrädriger Kraftfahrzeuge, die mit einer Leermasse bis 450 kg (für Güterbeförderung: bis 600 kg) – bei Elektrofahrzeugen ohne Einrechnung der Batterie – und maximaler Nutzleistung bis zu 15 kW unterwegs sein dürfen

Ladebrücke: Möglichkeit zur stationären Aufladung von Oberleitungs-Lkw auf Raststätten oder Betriebshöfen

Lastkraftwagen (Lkw): Nutzfahrzeuge mit einer eigenen Ladefläche oder einem Aufbau, die als Solo-Fahrzeuge sowie in Verbindung mit einem Anhänger als „Gliederzüge“ zum Einsatz kommen können

Liquefied Petroleum Gas (LPG): Gasgemisch zum Betrieb von Verbrennungsmotoren in Fahrzeugen, dessen Hauptbestandteile Propan und Butan bei Raumtemperatur und einem Druck bis zu 10 bar flüssig und daher äußerst wirtschaftlich transportierbar sind, unter Normaldruck verdampfen und als gasförmiger Brennstoff nutzbar sind

Megawatt Charging System (MCS): Standardisierungsvorhaben der „Charging Interface Initiative“ (CharIN) mit dem Ziel eines geeigneten Ladestandards für schwere elektrische Nutzfahrzeuge (in Arbeit ist unter anderem ein Ladesteckverbinder mit bis zu 3.000 Ampere Dauerladestrom bei 1.250 Volt maximaler Spannung)

Modular skalierbarer Antriebsstrangbaukasten (MAB): Prinzip, nach dem sich beim Aufbau von Fahrzeugen standardisierte Antriebsstrangkomponenten nahezu beliebig miteinander kombinieren lassen. Dies soll die Auslegung von Antriebseinheiten elektrischer Nutzfahrzeuge für verschiedene Elektrifizierungskonzepte vereinfachen und zur optimalen Wahl der Antriebstopologie und Komponenten führen.

Negative Temperature Coefficient (NTC) Thermistor: Temperaturabhängiger Widerstand, der zur Gruppe der Thermistoren zählt, als wesentliche Eigenschaft einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist und bei hohen Temperaturen den elektrischen Strom besser als bei tiefen Temperaturen leitet

Noise Vibration Harshness (NVH): „Geräusch, Vibration und Rauhigkeit“; sämtliche hör- oder spürbaren Schwingungen in Kraftfahrzeugen oder an Maschinen

North American Charging Standard (NACS): Ursprünglich herstellergebundenes Ladesystem des Unternehmens Tesla, das auf dem US-amerikanischen Markt mittlerweile zunehmend bei anderen Herstellern verbreitet ist

Oberleitungsantrieb (O-BEV; Overhead Line Battery Electric Vehicle): System, bei dem wie im Zugverkehr ein Pantograph Strom während der Fahrt über eine Oberleitung aufnimmt, um die Elektromotoren zu versorgen und die Batterien im Fahrzeug aufzuladen. Insbesondere im Nutzfahrzeugbereich als geeignete Möglichkeit zum dynamischen Laden während der Fahrt erachtet.

On-Board Charger (OBC): System, bei dem ein internes Ladegerät als Bindeglied zwischen dem Gleichstrom (DC)-Hochvoltstromspeicher eines Elektrofahrzeugs und dem Wechselspannung (AC)-Stromnetz bei der Aufladung der Batterie dient. Kommt vor allem bei der Ladung mit Wechselstrom zum Einsatz. Bei DC-Schnellladevorgängen wird das OBC-System vom Batteriemanagementsystem (BMS) umgangen.

Original Equipment Manufacturer (OEM): Eigentlich „Originalteilehersteller“ beziehungsweise „Erstausrüster“, inzwischen aber verbreitetes Synonym für „Fahrzeughersteller“

Pantograph: Bügelförmiger, oben hinter der Fahrerkabine angebrachter Stromabnehmer als Bindeglied zwischen Fahrzeug und Oberleitung

Power Distribution Unit (PDU): Stromverteilereinheit als Fahrzeugsteuergerät, mit dem die Stromversorgung aller elektrischer Komponenten im Hauptcomputer gesteuert wird

Range Extender (REX): Zusätzliches Aggregat in einem Elektrofahrzeug, das dessen Reichweite erhöht – häufig in Form von Verbrennungsmotoren, die über einen Generator die Hochvoltbatterie aufladen. In seltenen Fällen werden auch Brennstoffzellensysteme als Range Extender mitgeführt.

Rekuperation: Technisches Verfahren zur Rückgewinnung von Energie, etwa von Bremsenergie bei Fahrzeugen

Sattelzugmaschinen (SZM): Nutzfahrzeuge ohne eigene Lade- oder sonstige Nutzfläche, die lediglich dem Ziehen eines Sattelaufliegers dienen und nur in Verbindung mit diesem im Gütertransport einsetzbar sind

Schaltfrequenz: Anzahl von Ein- und Ausschaltvorgängen eines elektronischen Bauelementes oder einer Schaltung pro Zeitintervall

Spannungswandler (DC/DC oder AC/DC): Für Gleichstrom und für die Wandlung von Wechsel- in Gleichstrom sowie umgekehrt in elektrisch betriebenen Nutzfahrzeugen eingesetzt. Zur Versorgung der Nebenaggregate wird die Spannung der Antriebsbatterie in DC/DC-Wandlern verringert. Der Gleichstrom der Hochvoltbatterie muss in Wechselrichtern für die Motoren in Drehstrom wandeln. Der Wechselstrom aus dem Stromnetz muss von einem AC/DC-Wandler im On-Board Charger (OBC) gleichgerichtet werden.

Straßengüterverkehr: Im Güterkraftverkehrsgesetz (GüKG) §1 definiert als „geschäftsmäßige oder entgeltliche Beförderung von Gütern mit Kraftfahrzeugen, die einschließlich Anhänger ein höheres zulässiges Gesamtgewicht (zGG) als 3,5 Tonnen haben“.

Thyristor: Halbleiterbauelement, das aus vier oder mehr Halbleiterschichten wechselnder Dotierung aufgebaut ist

Vehicle Control Unit (VCU): Fahrzeugsteuergerät zur Koordination der Komponenten des Antriebsstrangs, etwa zur Steuerung des Umrichters und des Batteriemanagementsystems (BMS) sowie zur Getriebe- und Motorsteuerung. Auch die Ladesteuerung (Kommunikation mit der Ladestation über eine standardisierte Schnittstelle) kann auf der VCU integriert werden.

Zulässiges Gesamtgewicht (zGG), Zulässige Gesamtmasse (zGM): Bezeichnet die maximale Belastbarkeit eines Fahrzeugs inklusive Anhänger und Zuladung und definiert das höchstmögliche Gewicht, das ein Fahrzeug im beladenen Zustand wiegen darf

 
Ein Experte testet eine Elektrofahrzeugbatterie Urheberrecht: © Zaiets Roman

Batterie

(All-) Solid-State Battery: Batterie mit einem Feststoffelektrolyten

Aktivmaterialien: Chemische Wirkstoffe einer Zelle, die an der Lade- und Entladereaktion teilnehmen

Anode: Negative Elektrode, an der Ionen während des Entladevorgangs eintreten

Anode Active Material (AAM): Aktivmaterial auf Anodenseite, das bei Lithium-Ionen-Batterien typischerweise aus Graphit oder einer Mischung aus Graphit und Silizium besteht

Batteriegesetz: Gesetz zur europäische Altbatterierichtlinie im deutschen Recht

Batteriemanagementgesetz: Gesetz, das Unternehmen dazu verpflichtet, Batterien anzunehmen und zu recyclen

Batteriemanagementsystem (BMS): Elektronik zur Zustandsüberwachung und Steuerung von Batteriesystemen und -modulen, die Spannungen, Ströme und Temperaturen ausliest und sie verarbeitet

Batteriemodul: Einheit, in dem mehrere Batteriezellen zusammengefasst sind

Batteriepack: Energiespeicher, der Zellen oder Zellenbaugruppen umfasst, einschließlich Zellelektronik sowie elektrischer Verbindungen und Schnittstellen für externe Systeme (Definition gemäß DIN EN ISO 18243)

Batteriesystem: Energiespeicher aus mindestens einem Batteriepack, das Zellen in mehreren Zellenbaugruppen sowie elektrische Stromkreise und Elektronik enthält

C-Rate: Gibt die Geschwindigkeit an, mit der eine Batterie im Vergleich zu ihrer maximalen Kapazität geladen oder entladen wird

Cathode Active Material (CAM): Aktivmaterial auf Kathodenseite, das üblicherweise die wertvollsten Rohstoffe der Batterie beinhaltet

Cell Balancing: Technik zur Verbesserung der Kapazität und Lebensdauer eines Energiespeichers mit mehreren Zellen

Cell-to-Chassis-Batteriepack: Energiespeicher, der Zellen in einer einzelnen Zellenbaugruppe sowie elektrische Stromkreise und Elektronik enthält und die mechanische Integrität des Fahrgestells garantiert

Cell-to-Pack-Batteriepack: Energiespeicher, der Zellen in einer einzelnen Zellenbaugruppe sowie elektrische Stromkreise und Elektronik enthält

CHAdeMO: Handelsname einer markenübergreifenden elektrischen Schnittstelle eines Batteriemanagementsystems (BMS) für Elektroautos

Coulomb-Effizienz (CE): Ladungseffizienz, die sich aus dem Verhältnis von Entlade- und Ladekapazität einer Zelle im selben Zyklus berechnet

Demontage: Für die Aufbereitung von Altbatterien notwendige Zerlegung, bei der mit Hilfe unterschiedlicher Verfahren schadstoffhaltige Bauteile frühzeitig entfernt und dadurch dem anschließenden Recycling-Prozess vorenthalten werden. Bislang nur manuell und mit äußerst geringer Demontagetiefe vorgenommen, so dass automatisierte Verfahren erforscht werden, die sich künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen zunutze machen.

Direct Recycling: Direkte Wiedergewinnung von Batteriematerialien oder von aus der Produktion stammenden Ausschussmaterialien, die aus wirtschaftlichen Gründen aktuell nur für Kathodenmaterial erfolgt

Early-Stage Lithium Recovery: Vermeidung von Lithium-Verlust beim Batterie-Recycling

Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS): Methode zur Charakterisierung der elektrochemischen Eigenschaften von Zellen durch Messung ihrer Impedanz über verschiedene Frequenzen hinweg

Elektrode: Elektronischer Leiter, der aus aktiven und inaktiven Materialien besteht

Elektrolyt: Flüssigkeit, die den elektrischen Strom zwischen den Elektroden durch Wanderung von Ionen leitet

Energiedichte: Energiespeicherkapazität einer Zelle oder eines Batteriesystems, wodurch sie als ein Maß für die Reichweite von Elektrofahrzeugen fungiert. Es wird zwischen gravimetrischer Energiedichte (Wh kg-1) und volumetrischer Energiedichte (Wh l-1) unterschieden.

Entladeschlussspannung: Minimale Spannung, bei der der Entladevorgang gestoppt wird, um eine Überentladung der Zelle zu verhindern

Entladetiefe (DOD; Depth of Discharge): Gibt den prozentualen Anteil der Kapazität eines entladenen Akkus im Verhältnis zur Gesamtkapazität des Akkus an und beeinflusst die Zyklenlebensdauer einer Batterie, wobei ein hoher DOD-Wert negativ assoziiert ist

European Battery Alliance: 2017 gegründete Gemeinschaft mit dem Ziel, allen Europäern sichere Batterietechnologien zur Verfügung zu stellen

Hochvoltsysteme: Systeme, die mit Wechselspannungen von mehr als 30 Volt bis zu einem Kilovolt oder mit Gleichspannungen von mehr als 60 Volt bis zu 1,5 Kilovolt betrieben und für mobile oder stationäre Anwendungen genutzt werden

Hydrometallurgie: Gesamtheit der Verfahren zur Metallgewinnung und -raffination aus Batterien, die unter geringen Temperaturen die stoffspezifische Löslichkeit und unterschiedliche Benetzbarkeit der Elemente und deren Verbindungen ausnutzen. Aus der Schwarzmasse lassen sich so etwa die Metalle Kobalt, Lithium, Nickel und Mangan sowie Graphit zurückgewinnen.

Kalendarische Lebensdauer: In Jahren gemessener Lebenszeitraum einer Batterie, der bemisst, wie lange eine Batterie bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Ladezustand inaktiv gelagert werden kann, bis sie nur noch über 80 Prozent ihrer Anfangskapazität verfügt

Kapazität: In Amperestunden angegebenes Maß für die Menge elektronischer Ladung, die von einer Energiequelle geliefert werden kann, beeinflusst durch Entladestrom, Ruhespannung, Temperatur und die aktiven Materialien

Kathode: Positive Elektrode, an der Ionen während des Ladevorgangs eintreten

Ladeschlussspannung: Maximale Spannung, die während des Ladevorgangs auf die Zelle angewendet wird

Lithium-Ionen-Batterie: Wiederaufladbare Batterie, bei der Lithium für den Transport von Ionen zwischen den Anoden und Kathoden während des Lade- und Entladevorgangs genutzt wird

Lithium-Ionen-Batterie-Interkalationsreaktionen: Reversible Einlagerung von Ionen in eine feste Wirtsmatrix

Pouch-Zelle: Zelle mit einem flexiblen Zellgehäuse aus einer Kunststoff-Aluminium-Verbundfolie

Precursor: Vorprodukte für die Batteriefertigung; Grundrohstoffe, die bereits in jener Form vorliegen, in der sie sich in der pCAM- oder CAM-Produktion zur Reaktion nutzen lassen, beispielsweise Nickelsulfat oder Lithiumhydroxid für NMC-Kathoden und Eisenphosphat oder Lithiumkarbonat für LFP-Kathoden

Precursor Cathode Active Material (pCAM): Nickel-Mangan-Cobalt (NMC)-Hydroxid, das als Vorprodukt zu NMC-CAM dient und noch kein Lithium enthält

Primärbatteriezelle: Batterie, die nicht wiederaufladbar ist

Prismatische Zelle: Zelle mit einem prismatischen, festen Zellgehäuse einschließlich elektrischer Anschlüsse und OPSD

Pyrometallurgie: Gesamtheit der Verfahren zur Metallgewinnung und Metallraffination, die hohe Temperaturen zwischen 200 und 3.000 Grad Celsius erfordern und unter Ausschluss von Sauerstoff ablaufen. Dabei entsteht eine Legierung, aus der mit einem hydrometallurgischen Verfahren Eisen, Kupfer, Cobalt und Nickel aufbereitet werden. Restbestandteile wie Mangan, Lithium und Aluminium werden als Schlacke ausgetragen.

Recycling: Hier: Aufbereitung von Altbatterien im Sinne einer Kreislaufwirtschaft zur Sicherung kritischer Rohstoffe, da Batterien wertvolle sowie gefährliche Materialien enthalten. Um Umweltschäden zu verhindern und Sekundärrohstoffe wiedergewinnen zu können, müssen alte und defekte Batterien getrennt entsorgt werden. Rücknahmestellen in Handel, Kommunen und Gewerbe sortieren die Batterien, bevor sie dem Recycling zugeführt werden.

Redox-Flow-Batterie: Galvanische Zelle mit zwei gelösten Redox-Paaren, die in externen Elektrolyttanks gespeichert sind, wobei chemische Energie durch eine Redoxreaktion reversibel in elektrische Energie umgewandelt wird und diese dadurch entsteht, dass der flüssige Elektrolyt durch Durchflusselektroden in einen Zellstapel gepumpt wird

Remanufacturing: Demontage von Batterien bis zu einer optimalen Tiefe und Austausch bestimmter Teile, um die Spezifikationen und die Zuverlässigkeit des Originalprodukts wiederzuerlangen

Rezyklat: Sekundärmaterialien, das in der Batterieproduktion genutzt werden kann

Schwarzmasse (Black Mass): Elektroschrott, der aus zerkleinerten und geschredderten Batteriezellen und -modulen besteht und der eine Mischung aus wertvollen Metallen wie Lithium, Mangan, Kobalt und Nickel enthält

Sekundärbatteriezelle: Wiederaufladbare Batterie, deren Zelle elektrische Energie als chemische Energie speichert und bei der chemische Reaktionen innerhalb der Zelle reversibel sind. Die ursprüngliche Zusammensetzung der Zelle lässt sich durch Zufuhr von elektrischer Energie wiederherstellen.

Separator: Poröse Membran, die in flüssigen Elektrolyten Kathode und Anode mechanisch voneinander isoliert, um physischen Kontakt und dadurch Kurzschlüsse zu verhindern. Innerhalb des Separators ist ein Ionentransfer möglich, ein Elektronentransfer jedoch nicht.

Solid Electrolyte Interface (SEI): Passive Grenzschicht, die sich bei einigen Akkus an der Grenzfläche zwischen der aus Kohlenstoff bestehenden Anode und dem Elektrolyten bildet, und die durch die Zersetzung des Elektrolyten entsteht

Sperrschichttemperatur: Höchste Betriebstemperatur des tatsächlichen Halbleiters in einem elektronischen Gerät

State of Charge (SOC): Ladezustand einer elektrischen Batterie im Verhältnis zu ihrer Kapazität

State of Health (SOH): Alterungszustand einer Batteriezelle, allgemein definiert als Quotient aus tatsächlicher Kapazität und Nennkapazität, wobei auch andere Definitionen möglich sind, etwa über Innenwiderstände

Strukturelle Zelle: Multifunktionale Materialien oder Strukturen, die als elektrochemisches Energiespeichersystem fungieren und gleichzeitig eine mechanische Integrität besitzen

Strukturelles Batteriesystem: Energiespeicher aus mindestens einer strukturellen Batteriezelle sowie elektrischem Stromkreis und Elektronik

Volumetrische Energiedichte: Maß für die Energiekapazität pro Volumeneinheit, bestimmt durch das Produkt aus volumetrischer Kapazität und Zellspannung

Zelle: Eine einzige in einem Gehäuse untergebrachte elektrochemische Einheit, die eine positive und eine negative Elektrode enthält, zwischen denen ein Spannungsdifferential besteht

Zellenbaugruppe: Wird gebildet, indem mehrere Zellen miteinander verbunden, mit einer mechanischen Stützstruktur, einer thermischen Schnittstelle und mit Anschlüssen versehen werden

Zellproduktion: Prozess zur Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen, der die Verfahrensschritte der Materialvorbereitung, Elektrodenfertigung, Zellassemblierung und Zellfinalisierung umfasst

Zellspannung: Elektrische Spannung zwischen der Anode und der Kathode in einer Batteriezelle, die den Ladezustand anzeigt

Zyklische Lebensdauer: Wird durch die Anzahl der Lade- und Entladezyklen bestimmt, die eine Batterie durchlaufen kann, bis sie nur noch über 80 Prozent ihrer Anfangskapazität verfügt. Ein Zyklus gilt als vollständiges Laden inklusive der folgenden Entladung, womit die Zyklenlebensdauer auch Rückschlüsse darüber erlaubt, wie viel Energie – gemessen in Wattstunden – eine Batterie bis zum Ende ihrer Lebensdauer laden und entladen kann.

Zylindrische Zelle: Zelle mit einem zylindrischen, festen Zellgehäuse

 
Montage einer Brennstoffzelle Urheberrecht: © PEM RWTH Aachen

Brennstoffzelle

Adsorptionsspeicher: Wasserstoffspeicher, der aus hochgradig porösen Materialien besteht, an denen der Wasserstoff angelagert werden kann

Alkaline Fuel Cell: Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle mit einer konzentrierten wässrigen Lauge als Elektrolyten

Anodenkreislauf: Gewährleistet die Zufuhr der PEM-Brennstoffzellen mit Wasserstoff als Brennstoff, inklusive der Druckregulierung und der Rezirkulation überschüssigen Wasserstoffs

Balance of Plant (BoP): Gesamtheit der Systeme, die die für den Betrieb einer Brennstoffzelle notwendigen Komponenten konsolidiert – etwa des Kühl-, Anoden-, und Kathodenkreislaufs. Der Anodenkreislauf stellt die Versorgung der Brennstoffzelle mit dem Brennstoff (Wasserstoff) und der Kathodenkreislauf die Versorgung mit Sauerstoff sicher.

Bipolarplatte: Kernkomponente der Brennstoffzelle, die für die Zufuhr der Reaktionsgase und die Abfuhr des Wasserprodukts über eingelassene Strömungskanäle sorgt. Bei serienverschalteten Zellen (siehe „Fuel Cell Stack“) wird das System mit Hilfe der Bipolarplatte gekühlt, die eine elektrische Leitfähigkeit, Gasdichtigkeit, Korrosionsstabilität und mechanische Stabilität erfordert. Diese Anforderungen erfüllen metallische Bipolarplatten aus Edelstahl, die mit einem Korrosionsschutz beschichtet sind, oder Grafit-Kunststoff-Composite-Bipolarplatten. Meistens werden Bipolarplatten aus jeweils zwei Bipolarhalbplatten gefügt.

Brennstoffzelle: Elektrochemischer Energiewandler, der die chemische Energie eines Brennstoffs – häufig Wasserstoff – kontinuierlich und direkt in elektrische Energie umwandelt

Brennstoffzellenkomponenten: Bestandteile einzelner galvanischer Zellen. Bei der Polymerelektrolytmembran (PEM)-Brennstoffzelle besteht der sandwichartige Aufbau aus jeweils zwei Bipolarhalbplatten, zwei Gasdiffusionslagen und einer katalysatorbeschichteten Membran in der Mitte der Zelle.

Brennstoffzellensystem: Gesamtheit aller Bestandteile von Stack und BoP-Komponenten

Cell Voltage Monitoring (CVM): System zur Überwachung der Spannung jeder einzelnen Zelle zur Sicherstellung der einwandfreien Funktion der gesamten Brennstoffzelle

Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC; Direct Methanol Fuel Cell): Brennstoffzelle, die Methanol als Brennstoff verwendet und in kleinen mobilen Anwendungen sowie zur Off-Grid-Stromerzeugung genutzt wird. Als Vorteil gilt ihre einfachere Speichermöglichkeit des Methanols gegenüber Wasserstoff, wobei jedoch die Toxizität von Methanol zu berücksichtigen ist. Durch die Verwendung von Methanol entsteht zusätzlich zum Wasser CO2 als Produkt. Der Aufbau und die verwendeten Materialien der DMFC sind nahezu analog zur PEM-Brennstoffzelle.

Elektrifizierung mobiler Antriebe: Abkehr von konventionellen Antrieben und Wechsel zur Elektromobilität mit dem Ziel der Dekarbonisierung des Verkehrs- und/oder Transportsektors. „Elektrifizierung“ bedeutet dabei die Verwendung elektrischer Antriebssysteme wie Batterie (BEV) und Brennstoffzelle (FCEV und/oder FC-REX), wobei im Lkw-Bereich ein Trend zum FCEV beobachtbar ist.

Elektrolyse: Aufspaltung einer chemischen Verbindung mit Hilfe von elektrischem Strom (siehe auch „Wasserelektrolyse“)

Flüssigwasserstoff (LH2; Liquid Hydrogen): Die Verflüssigung von Wasserstoff bei einem Umgebungsdruck von 1 bar und unterhalb des Siedepunkts bei minus 253 Grad Celsius. Als Vorteil von Flüssigwasserstoff gelten die höhere volumetrische Energiedichte im Vergleich zum gasförmigen Zustand und die Tatsache, dass die Tanks von Flüssigwasserstoff keinem hohen Druck standhalten müssen. Als nachteilig gelten der zusätzliche Aufwand für die Isolation der Tanks sowie Verdampfungsverluste (boil-off), die trotz Isolation durch Wärmeeintrag in den Tank entstehen.

Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV): Elektrofahrzeuge, deren Antrieb mit Hilfe eines Elektromotors erfolgt, wobei die benötigte elektrische Energie durch die elektrochemische Reaktion der Brennstoffzelle bereitgestellt wird. In der Regel ist zusätzlich eine Batterie verbaut, die den erzeugten Strom zwischenspeichert, um Differenzen zwischen angeforderter und bereitgestellter Leistung zu überbrücken.

Fuel Cell Stack: Ein Stapel serienverschalteter Zellen. Da die Leistung einzelner Brennstoffzellen etwa für den Betrieb eines Elektrofahrzeugs nicht ausreichen, werden hunderte Zellen zu einem Brennstofzellen-Stack gestapelt, wobei die Anzahl der Zellen von der benötigten Leistung abhängig ist. Neben den einzelnen Zellen besteht der Stack aus Endplatten, Verteilerplatten und einer Überwachungseinheit.

Gasdiffusionsschicht (GDL; Gas Diffusion Layer): Bestehend aus porösem Substrat auf Kohlenstoffbasis in Form von Karbonpapier oder -gewebe sowie einer Schicht aus Graphitpartikeln mit polymerem Bindemittel, sorgt sie für eine gleichmäßige Diffusion der Reaktionsgase durch sowie in der Ebene und verbessert den Wassertransport aus der Zelle

Katalysator: Stoff, der die Aktivierungsenergie einer Reaktion senkt, dabei jedoch nicht umgesetzt wird. Die katalytische Schicht der Anoden- und Kathodenseite ist der Ort der elektrochemischen Reaktion. Ihre Aufgaben sind der Massentransport der Reaktanten, die Grenzflächenreaktion an den elektrochemisch aktiven Stellen, der Protonentransport in die Elektrolytphase und die Elektronenleitung. Platin ist das Metall mit der besten katalytischen Aktivität für die kathodische und anodische Reaktion der PEM-Brennstoffzelle und wird deshalb an Kathode und Anode verwendet. Da Platin ein teures Edelmetall ist, werden meist feine Platinpartikel auf Kohlenstoffpartikeln verteilt, um die Platinnutzung zu erhöhen und die -beladung zu reduzieren.

Kathodenkreislauf: Umfasst die Aufbereitung der zugeführten Verbrennungsluft, wozu deren Filterung und Komprimierung ebenso zählt wie die Regulierung des Feuchtegehalts

Kryogentechnik: Verfahren, bei denen Materialien unterhalb von minus 160 Grad Celsius hergestellt, gelagert, transportiert und angewendet werden

Kühlkreislauf: Bei der Brennstoffzelle ähnlich wie bei einer Verbrennungskraftmaschine aufgebaut, wobei es zusätzlich eines Ionentauschers bedarf, um die Leitfähigkeit des Kühlmittels zu steuern. Im Vergleich zu einem leistungsäquivalenten Verbrennungsmotor muss der Kühlmittelvolumenstrom signifikant größer sein, da der Wärmeaustrag über das Abgas nicht im gleichen Ausmaß möglich ist.

Membran-Elektroden-Aufbau (MEA; Membrane Electrode Assembly): Kernkomponente von PEM-Brennstoffzellen, die aus katalysatorbeschichteter Membran, Gasdiffussionslage sowie etwaiger Subgaskets besteht. Der MEA trennt Kathoden- sowie Anodenraum einer Zelle und dient unter anderem dem Protonentransport.

PEM-Brennstoffzelle (PEMFC; Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell): Die aktuell aussichtsreichste Brennstoffzellenart für den Einsatz in mobilen Anwendungen. Namensgebend für Brennstoffzellen ist der verwendete Elektrolyt. Als Protonenaustauschmembran der PEM-Brennstoffzelle fungiert ein Elektrolyt in fester Form, der aus einer Polymermembran besteht. Die Betriebstemperatur der Niedertemperatur-PEMFC liegt zwischen 60 und 85 Grad Celsius. Als Brennstoff kommt Wasserstoff zum Einsatz.

PEM-Elektrolyse: Variante der Wasserelektrolyse, wobei der Aufbau des Elektrolyseurs dem der PEMFC ähnelt. Vorteile gegenüber anderen Elektrolysetechnologien liegen vor allem im dynamischen Betriebsbereich.

Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC): Mitteltemperatur-Brennstoffzelle mit Phosphorsäure als Elektrolyten

Produktionsprozess Brennstoffzelle: Sämtliche Fertigungsschritte, die zur Herstellung der katalysatorbeschichteten Membran, der GDL und der Bipolarplatte benötigt werden. In der Regel werden die beschichtete Membran und die GDL in einem weiteren Schritt zur MEA verbunden.

Proton Exchange Membrane (PEM): Die Protonenaustauschmembran (auch „Polymerelektrolytmembran“) ist eine Kernkomponente der PEM-Brennstoffzelle. Als Leiter von Protonen dient sie deren Transport von der Anode zur Kathode sowie gleichzeitig als elektrischer Isolator und Barriere zur Trennung der Reaktionsgase. Durch ihre beidseitige Beschichtung mit einem Katalysator ermöglicht sie eine kontrollierte Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Die Membranen werden üblicherweise aus Perfluorsulfonsäure (PFSA) hergestellt und verfügen über eine Verstärkungsschicht, deren Dicke zwischen neun und 25 Mikrometern liegt.

Purge-Ventil: Ventil, durch das Stickstoff aus dem Brennstoffzellen-Stack gelassen wird

Range Extender (REX): Im FCEV-Kontext eine Antriebsstrangkonfiguration, bei der ein Brennstoffzellensystem mit relativ geringer Leistung verbaut ist, das unter anderem zum Laden einer Traktionsbatterie dient, die als Haupt-Energiespeicher dimensioniert ist

Schmelzkarbonatbrennstoffzelle (MCFC; Molten Carbonate Fuel Cell): Hochtemperatur-Brennstoffzelle mit einer Alkalicarbonat-Mischschmelze als Elektrolyten

Wasserstoff (Hydrogen): Das chemische Element mit der geringsten Dichte und der Ordnungszahl 1, unter Normalbedingungen als molekularer Wasserstoff in farbloser und geruchloser Gasform vorliegend

Wasserstoff, blauer: Mittels Dampfreformation aus fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdgas oder Öl erzeugt, wobei im Gegensatz zu grauem Wasserstoff das abgespaltene CO2 mittels „Carbon Capture and Storage“ (CCS)-Technik unterirdisch eingelagert wird

Wasserstoff, grauer: Mittels Dampfreformation aus fossilen Brennstoffen wie Kohle, Erdgas oder Öl erzeugt, wobei das abgespaltene CO2 ungenutzt in die Atmosphäre geleitet wird (siehe „Wasserelektrolyse“)

Wasserstoff, grüner: Mittels Wasserelektrolyse unter Verwendung erneuerbarer Energiequellen wie Wind, Wasser oder Sonne gewonnen (siehe „Wasserelektrolyse“)

Wasserstoffbrennstoffzelle: Brennstoffzellen, die Wasserstoff als Brennstoff verwenden. Eine Ausnahme bildet die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC), wobei auch Modelle wie die Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC) existieren, die sowohl mit Wasserstoff als auch mit Methan oder methanhaltigen Gasen betrieben werden können.

Wasserelektrolyse: Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe elektrischer Energie und dem Ziel der Wasserstoffherstellung. Sie findet in einem Elektrolyseur etwa mittels alkalischer Elektrolyse oder PEM-Elektrolyse statt.

Wasserstoffinfrastruktur: Erzeugung, Distribution, Bereitstellung und Vertankung von Wasserstoff für Anwendungen in jeglichen Sektoren

Wasserstoffkosten: Zentraler Faktor für den potenziellen Erfolg von Brennstoffzellen im Massenmarkt mobiler Anwendungen. Aktuell gilt die Herstellung von grauem Wasserstoff aufgrund relativ geringer Produktionskosten als die wirtschaftlichste Lösung.

 
Hairpin-Stator eines Elektromotors Urheberrecht: © PEM RWTH Aachen

Elektrischer Antrieb

Asynchronmotor: Asynchronmaschine im Motorbetrieb, bei der der Rotor dem magnetischen Drehfeld des Stators mit geringerer Drehzahl folgt

Axialflussmotor: Bauweise von Elektromotoren, bei der der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator parallel zur Drehachse verläuft

Blechpaket: Auch als (Magnet-) Kerne bezeichnetes Paket aus gestapelten Einzelblechen, das sowohl Bestandteil des Rotors als auch des Stators ist

Elektrischer Antriebsstrang: Bauteil, das über einen oder mehrere Elektromotoren verfügt, die von einem elektrischen Energiespeicher – zumeist eine Batterie – mit Energie versorgt wird

Fremderregter Synchronmotor: Synchronmotor, bei dem das Magnetfeld des Rotors durch ein bestromtes Wicklungssystem erzeugt wird

Getriebe: Maschinenelement aus einer Kombination von Zahnrädern zur Übertragung und Wandlung von Bewegungsgrößen wie des Drehmoments, der Drehzahl und der Drehrichtung von Elektromotoren

Hairpin-Wicklung: Wicklungssystem aus rechteckigen Leitern (meist aus Kupfer), die in ein Blechpaket gesteckt, gegeneinander verschränkt und anschließend verschweißt werden, wobei zwischen U-Pins und I-Pins unterschieden wird (siehe „Wellenwicklung“)

Leistungselektronik: Komponenten im elektrischen Antriebsstrang zur Ansteuerung der elektrischen Maschine und Wandlung des Gleichstroms aus der Batterie in einen dreiphasigen Wechselstrom zum Antrieb des Elektromotors

Nutisolation: Isolation, die die Wicklung vom Blechpaket trennt und elektrische Überschläge in der Statornut verhindert

Permanenterregter Synchronmotor: Synchronmotor, bei dem das Magnetfeld des Rotors durch Permanentmagnete erzeugt wird

Proximity-Effekt: Verlusteffekt in elektrischen Spulen (auch als „Stromverdrängungseffekt“ bezeichnet), wobei die Stromverteilung sich in einem Leiter aufgrund von Wirbelströmen ändert, die durch Magnetfelder umliegender Leiter verursacht werden

Radialflussmotor: Elektromotor, bei dem der magnetische Fluss zwischen Rotor und Stator radial zur Drehachse verläuft (häufigste Bauweise)

Radnabenmotor: Direkt in ein Rad eines Fahrzeugs eingebauter Motor

Rotor: Sich bewegender, magnetisch wirkender Teil eines Elektromotors, der die Motorachse dreht

Stator: Feststehender, magnetisch wirkender Teil eines Elektromotors

Synchronmotor: Synchronmaschine im Motorbetrieb, bei der der konstant magnetisierte Rotor dem magnetischen Drehfeld des Stators mit gleicher Drehzahl folgt

Transversalflussmaschine: Elektrische Maschine mit Umfangswicklung, die konzentrisch zur Welle der Maschine angeordnet ist, wobei der magnetische Fluss transversal zur Drehebene verläuft

Wellenwicklung: Wicklungssystem aus rechteckigen Leitern (meist aus Kupfer), bei dem eine mäandernde Drahtmatten oder mehrere geformt und in das Blechpaket eingeführt werden. Die Technologie der Wellenwicklung wird auch als „Continuous Hairpin“-Technologie bezeichnet.

 
Pedelec-Station Urheberrecht: © Velocity Mobility

Mikromobilität

Backend: Teil der Software-Landschaft, die von Flottenbetreibern zur Verwaltung genutzt wird, um Benutzerdaten, Fahrzeugdaten, Zahlungen etc. zu speichern und somit den gesamten Verleihprozess zu steuern

Cargo Pedelec: Lasten-Pedelec mit Fokus auf Gütertransport als zentralem Verwendungszweck. Das gängigste Lastenbike-Konzept stellen einspurige Zweiräder mit einer großen Cargo-Box zwischen Lenkstange und Vorderrad dar. Dafür ist eine spezielle Rahmenkonstruktion notwendig, die die zusätzlichen Transportmöglichkeiten sicher in das Fahrzeug integriert. So müssen etwa auch die Wandstärken der Rohrmaterialen des Rahmens den größeren Kräften beim Transport von Gütern gerecht werden. Weitere Konzepte umfassen eine Transportvorrichtung hinter dem Sattelrohr mit zwei Rädern hinten und einem Rad vorne. Diese zweispurigen Fahrzeuge werden als „Lasten-Trikes“ bezeichnet und bilden eine Unterart der Lasten-Pedelecs.

Dock: Auch als „Port“ bezeichneter physischer Mechanismus, der ein Fahrzeug festhält, bis es von einem Fahrer ausgeliehen wird

Dockless: Auch als „Free-floating“ bezeichnetes Verleihsystem, das keine Station benötigt und dessen Fahrzeuge stattdessen innerhalb eines bestimmten Bereichs oder auf dem Gehweg geparkt werden können

E-Scooter: Stehend genutzte einspurige Elektrofahrzeuge, deren Antrieb – anders als bei klassischen Tretrollern – durch einen Elektromotor erfolgt, wodurch keine Kraftaufbringung des Nutzers notwendig ist. Ähnlich wie Sharing-Pedelecs, zeichnen sich „Sharing E-Scooter“ durch ein robustes Design aus, wobei eine möglichst gute Integration und Kapselung anfälliger und kritischer Komponenten rund um die Bereiche Elektronik, Antrieb und Bremssysteme beabsichtigt ist.

Erste Meile/Letzte Meile: Die „erste Meile“ beschreibt die Auftakt-Etappe einer Reise vom Ausgangspunkt – häufig die Wohnung oder der Arbeitsplatz – etwa zur Haltestelle des öffentlichen Personennahverkehrs (ÖPNV). Die „letzte Meile“ hingegen kennzeichnet die Abschluss-Etappe einer Reise, etwa von der Haltestelle zum Zielort. Beide Wege lassen sich mit Verkehrsmitteln der Mikromobilität zurücklegen.

Geofence: Die in einer Software-Plattform erstellten digitalen Grenzen, die einen bestimmten Bereich oder Parkzonen markieren

IOT Device: Elektronisches Gerät, das beispielsweise ein Elektrokleinfahrzeug, mit dem Internet (of Things, IOT) verbindet. Das Gerät überträgt GPS-Daten sowie den Batterieladestand und ermöglicht die Steuerung der Fahrzeuge aus der Ferne, wodurch dies als zentrale Technologie für den autonomen Betrieb von Flotten gilt.

(Lade-) Station: Ansammlung von Docks, die als Abstellfläche für einen Flottenanteil dienen; bei elektrischen Fahrzeugen auch als Ladestation genutzt

Light Electric Vehicle (LEV): Elektrokleinfahrzeug, wobei der Fokus europäischer Sharing-Systeme auf Pedelecs, Lasten-Pedelecs und E-Scootern liegt, während in asiatischen Systemen auch Hybridfahrzeuge zu dieser Kategorie zählen

Mikromobilität (Micromobility): Kurzstreckenverkehr mit leichten, meist Ein-Personen-Fahrzeugen von unter 500 Kilogramm, die mit menschlicher Kraft und/oder batterieelektrischen Elektromotoren angetrieben werden. Mikromobilität soll eine nachhaltige Option für die Bewältigung kurzer Strecken und Nutzungsszenarien anbieten, die keiner größeren und leistungsstärkeren Fahrzeuge bedürfen.

Mobility as a Service (MaaS): Vernetzung unterschiedlicher Mobilitätsdienstleistungen öffentlicher und privater Anbieter mittels einer zusammenführenden Plattform, um den Gesamtprozess einer flexiblen Alltagsmobilität für den Endnutzer zu erleichtern

Rebalancing: Prozess, bei dem Leihfahrzeuge im gesamten Angebotsgebiet neu verteilt werden, um sicherzustellen, dass jede Station beziehungsweise jeder Bereich über eine optimierte Anzahl von Fahrzeugen verfügt

Sharing-Pedelec: Die Nutzenden trittkraftabhängig und elektrisch bis 25 Stundenkilometer unterstützendes Fahrrad („Pedal Electric Cycle“, Pedelec), das zum Verleih steht. Neben den üblichen Komponenten eines Fahrrads enthält es einen Akku mit intelligentem Batterie-Management-System (BMS) und einen Elektromotor. Nicht gleichzusetzen mit E-Bikes, die eine kraftunabhängige elektrische Unterstützung ermöglichen. Die durchschnittliche Motorleistung ist in vielen europäischen Ländern auf 250 Watt beschränkt.

Sharing-System: Verleihmodell mit der zentralen Idee, den langfristigen individuellen Besitz von Verkehrsmitteln in kollektiv genutzte Mobilitätslösungen ohne eigenen Besitz zu überführen, um Ressourcen effizienter zu nutzen

User Frontend: Teile der Software-Landschaft, mit denen Nutzende von Systemen direkt interagieren können – etwa eine Smartphone-App, die die Abfrage von Fahrzeugstandorten und die Verwaltung persönlicher Verleihvorgänge inklusive der Übersicht vergangener Transaktionen und damit verbundener Rechnungen sowie die Registrierung oder kurze Schadensmeldungen für Defekte an Fahrzeugen und Peripherie ermöglicht