Technik: So kühlen Teams die Formel-E-Batterie

Spätestens seit der Hitzeschlacht von Malaysia 2015 wissen die Formel-E-Teams um die Wichtigkeit der Batteriekühlung. Damals blieben beide e.dams-Piloten aufgrund von Batterieproblemen kurzzeitig am Streckenrand liegen, Antonio Felix da Costa (damals: Aguri) rollte wegen Überhitzung gleich zweimal aus und Sam Birds Batterieladegerät explodierte wegen der Hitze.

Um eine Wiederholung des Putrajaya-Chaos zu verhindern, arbeiten die Strategie-Beauftragten von Batterielieferant Williams seitdem an eigenen Kühlungsstrategien für die Batterieaggregate. Die anstehenden Hitzerennen in Buenos Aires und Mexiko-Stadt sind Grund genug für uns, die Kühlung einer Formel-E-Batterie genauer unter die Lupe zu nehmen.

Die 28-kWh-Batterie der Elektroboliden (tatsächlich speichert die Batterie 32 kWh, wovon aber nur 28 abgerufen werden können) ist in ihrer Grundstruktur recht ähnlich zu den Akkus von Produktionsfahrzeugen: Das Aggregat besteht aus insgesamt 165 Beutelzellen (eng.: "pouch cells") in fünf "Modulen", die dem Motor die nötige Energie zur Verfügung stellen. Jede einzelne Zelle hat 400-mal mehr Leistung als ein Smartphone-Akku.

Trotz des ähnlichen Grundgerüsts weicht die gängige Formel-E-Kühlmethode stark von den bekannten Wegen bei E-Straßenautos ab. Schließlich wäre es fatal, wenn die Batteriezellen auf der Rennstrecke reihenweise abgeschaltet würden, wie es beispielsweise Tesla bei hohen Temperaturen handhabt. 

Mit Kühlakkus gegen die Hitze

Um Leistungsverlust und ein Überhitzen der Batterie auf der Strecke zu verhindern, müssen die Einheiten aktiv gekühlt werden. Die in der Formel E genutzte Methode stammt aus dem Hause Williams Advanced Engineering (WAE), dem Hersteller der Batterie. Die einzigartige Strategie hat sich Williams sogar patentieren lassen.

Dabei ist der Prozess an sich sehr ähnlich zum Kühlen des Verbrennungsmotors im Privatwagen. Allerdings kühlt WAE nicht mit destilliertem Wasser, sondern mit einer speziellen dielektrischen Flüssigkeit, die keine elektrische Ladung leitet. Das Fluid wird von einer Pumpe, die für ständige Rotation der Flüssigkeit sorgt, zu einem Kühlradiator im rechten Seitenkasten des Autos gepumpt, wo sich das Kühlmittel durch den Fahrtwind abkühlen kann.

Die Flüssigkeit fließt anschließend in einen von mehreren Beuteln, die zwischen den Batteriemodulen mit den Zellen eingelagert sind. So werden die Batteriezellen "von außen" auf Temperatur gehalten. Der Kreislauf ist also, salopp ausgedrückt, vergleichbar mit einem Kühlakku aus dem Gefrierfach, der zwischen den Modulen steckt und den man durch Fahrtwind abkühlt.

Läuft der Elektromotor,  während der Formel-E-Bolide steht, müssen die Mechaniker Luftpumpen und Behälter mit Trockeneis (mindestens -78°C) in den Seitenkästen installieren, um so kühlenden Fahrtwind zu simulieren und den Radiator künstlich auf Temperatur halten.

Das magische Temperaturfenster

Doch was passiert, wenn die Kühlung durch den Radiator und eine Anpassung der Rekuperationsstrategie (das Aufladen der Batterie während der Fahrt erhitzt das Aggregat ebenfalls) nicht ausreicht? Dann bleibt WAE leider nur eine Option: Bei zu hohen Zelltemperaturen wird erst die Leistung reduziert, dann schaltet die Batterie irgendwann ab. Bevor es soweit kommt, bekommt jedes Team allerdings eine frühzeitige Temperaturwarnung der Batteriesoftware, sodass das Auto sicher zum Stopp in die Garage gerufen werden kann.

Ziel der Batteriekühlung ist es also, die Zellen ständig im magischen Temperaturfenster von weniger als 57 Grad zu halten. Dass sich dies bei heißen und humiden Rennen wie in Malaysia, wo die Außentemperatur bereits häufig bei über 40 Grad liegt, als durchaus schwierig gestaltet, überrascht wenig.

Dank der ausgeklügelten Williams-Technologie, die in den vergangenen Jahren immer weiter verbessert wurde, gab es seit Putrajaya 2015 übrigens keine schwerwiegenden Vorfälle mit überhitzenden Batterien. Auch fing noch nie eine Formel-E-Batterie Feuer. Und selbst wenn es einmal soweit kommen sollte: Jedes Auto verfügt über einen eigenen Batterie-Feuerlöscher, der im Ernstfall automatisch auslöst. Entwarnung also für die nächsten Rennen: Die Formel-E-Autos sind bestens auf die Hitze in Argentinien und Mexiko vorbereitet.