Lithium-Ionen-Akku Neuer Speicher für Hybridantriebe

Das Rennen um das erste Serienauto mit Hybridantrieb eines deutschen Herstellers geht in die heiße Phase. Ab Sommer 2009 will Mercedes die Luxus-Limousine S 400 Hybrid verkaufen– als erstes Hybridmodell soll der Wagen einen Lithium-Ionen-Akku besitzen.


Das Hybridrennen ist voll im Gange: Porsche will das Edel-SUV Cayenne ab Ende des Jahrzehnts als Hybridversion auf die Straße schicken, Audi hat eine Kleinserie des Q7 mit Hybridantrieb für Ende dieses Jahres angekündigt, und BMW arbeitet ebenfalls am elektrounterstützten Antrieb. Auch Mercedes will einen Hybrid anbieten. Im Sommer 2009 soll der S 400 Hybrid verfügbar sein. Die Stuttgarter werden wohl nicht die ersten sein, die ein Hybridfahrzeug aus Deutschland auf die Räder stellen, dafür aber der weltweit erste Hersteller, der den Elektromotor aus einem Lithium-Ionen-Akku speist.

Powerklotz: Der Mercedes-Benz S 400 Hybrid wird als erstes deutsches Serienfahrzeug einen Lithium-Ionen-Akku bekommen

Powerklotz: Der Mercedes-Benz S 400 Hybrid wird als erstes deutsches Serienfahrzeug einen Lithium-Ionen-Akku bekommen

Bei der S-Klasse mit dem kombinierten Verbrennungs- und Elektroantrieb handelt sich um einen sogenannten Mild-Hybrid, bei dem der Elektromotor den Ottomotor lediglich unterstützt. Im Gegensatz dazu wollen Porsche und Audi ihre Modelle als Full-Hybrid mit einer rund 70 Kilogramm schweren Nickel-Metallhydrid-Batterie bauen. Bei geringen Geschwindigkeiten oder beim Anfahren kann ein Full-Hybrid allein durch den Elektromotor angetrieben werden.

Die bisher verfügbaren Benzin-Elektro-Motor-Kombinationen, wie etwa der Prius von Hybridpionier Toyota, arbeiten mit einem Nickel-Metallhydrid-Akku. Und der hat gegenüber den aus Mobiltelefonen und Notebooks bekannten Lithium-Ionen-Batterien einen entscheidenden Nachteil. "Ein Nickel-Metallhydrid-Akku hat eine deutlich geringere Energiedichte, also ein schlechteres Verhältnis zwischen Größe der Batterie und Leistungsfähigkeit", sagt Dieter Rogge, Leiter der Division Powertrain von Fahrzeugelektronikzulieferer Continental. Je größer die Leistungsfähigkeit der Batterie, desto mehr herkömmlicher Kraftstoff wird eingespart. Zudem ist der neue Energiespeicher leichter: Bei gleicher Leistung wie im Porsche Cayenne mit herkömmlichen Akku wiegt er nur noch rund 46 Kilogramm.

Akkus in Flammen

Doch der Bau einer für das Auto geeigneten, leistungsstarken Lithium-Ionen-Batterie ist weitaus komplexer als für mobile Unterhaltungselektronik. Der Energiespeicher für das Auto muss viel haltbarer sein. Ein Mobiltelefon wird häufig nach rund zwei Jahren ausgetauscht, die Batterie für den Elektromotor im Fahrzeug muss acht bis zehn Jahre halten. Auch die Sicherheitsvorkehrungen sind komplexer. Bei Akkumulatoren in Handys, Notebooks oder MP3-Spielern kommt es immer wieder zu Bränden, die durch einen Kurzschluss im Akku ausgelöst werden. Kein Autohersteller kann sich einen solchen Fehler leisten, denn ein brennender Akku im Auto hat vermutlich schwerwiegendere Folgen als ein in Flammen stehendes Handy.

Daimler ist es zusammen mit Continental gelungen, eine Lösung zu finden. Gemeinsam haben sie eine Lithium-Ionen-Batterie entwickelt, die für den Einsatz im Mild-Hybrid geeignet ist. "Der Anspruch an Lithium-Ionen-Batterien im Fahrzeug ist in Bezug auf Umweltbedingungen und Sicherheit noch höher als in der Unterhaltungselektronik. In einem Hybridauto muss der Akku etwa auch bei extremer Vibration sowie Hitze und Kälte acht bis zehn Jahre fehlerfrei funktionieren", erklärt Rogge.

Klimatisierter Energiespeicher

Ein Problem bei der Entwicklung war unter anderem die Temperatur des Akkus. Wird dieser zu heiß, schmelzen im Inneren die Trennungen zwischen dem Plus- und Minuspol. Das hat einen Kurzschluss zur Folge aus dem ein Brand entstehen kann. Um dies zu verhindern, wurde die Batterien in den Klimakreislauf des S 400 Hybrid integriert. So wird der Akku gekühlt.

Häufig werden bestimmte Ladezyklen für Akkus in Haushaltsgeräten empfohlen, damit die Speicher die optimale Leistung entfalten und möglichst lange halten. Akkumulatoren reagieren empfindlich auf Überladung, vollständige Entladung oder Teilentladung. Dies kann unter Umständen die Lebensdauer verkürzen. Weil das auch für Lithium-Ionen-Akkus gilt, kümmert sich eine elektronische Schaltung um den stets optimalen Ladezustand der Batterie. Die überwacht auch die Ladespannung, so dass eine gefährliche Überladung ausgeschlossen ist. Bei einem Fehler wird die Spannungszufuhr unterbrochen und ein Defekt verhindert.

Hybridantrieb nur eine Zwischenlösung

Durch den Einsatz des Mild-Hybrid-Antriebs soll die Mercedes-Luxuslimousine 7,9 Liter auf 100 Kilometer verbrauchen, das entspricht einem Ausstoß von 190 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer. Das Hybridmodul aus Verbrennungs- und Elektromotor leistet maximal 299 PS und entwickelt ein Drehmoment von 275 Newtonmeter. Die Verbrauchswerte könnten noch weiter gesenkt werden, wenn das Elektroaggregat mit einem Dieselmotor kombiniert würde. Die 2007 auf der IAA gezeigte Studie mit dieser Technik soll den Verbrauch auf 5,4 Liter reduzieren.

Auch wenn Mercedes das Rennen um das erste Hybridfahrzeug mit Lithium-Ionen-Akku zu gewinnen scheint, ist der Wettlauf um ein wirklich ökologisch verträgliches Antriebskonzept noch lange nicht entschieden. Denn der Hybridantrieb wird von Experten nur als Zwischenstufe gesehen.



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