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verlässigkeit am geeignetsten ist. Die Leistungsanforderungenentsprechen prinzipielldenen für andere Hybridantriebe, wobeimehr Energie und Leistung erforderlichsind.Zusammenfassung derAnforderungenArt und Größe des Hybridfahrzeugs bestimmendie Eigenschaften des passendenBatterietyps und der jeweiligen Technologie.Dabei sind folgende Parameter zu beachten:• erforderliche Energie für den reinenElektrobetrieb, abhängig von Fahrzeuggewichtund Reichweite,• erforderliche Leistung beim Start undbeim Beschleunigen,• Leistung, die beim regenerativen Bremsengenutzt werden soll,• Häufigkeit von Tiefentladungen,• Häufigkeit und Entladetiefe von leichtenEntladungen,• Ladezustand, in dem leichte Entladungendurchgeführt werden müssen und• Systemspannung.Batterietechnologien fürAntriebssystemeBlei-SäureDurch die relativ geringe Energiedichtevon Blei-Säure-Batterien ist die Reichweitevon Fahrzeugen im reinen Elektrobetrieb(Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge,Hybrid-Dualsysteme und Oberleitungsbusse)erheblich eingeschränkt.In Hybrid-Elektrofahrzeugen werden Batterienhäufig im teilentladenen Zustand(PSOC – partial-state-of-charge) genutzt.Beim Betrieb von Hybrid-Elektrofahrzeugensind die Lade- und Entladeraten sehrhoch. Dabei entstehen Spannungsabfälleüber Breite und Höhe der Platten, so dassdas aktive Material ungleichmäßig beanspruchtwird. An wenig genutztem Materialentstehen große und harte Sulfatkristalle,primär an der negativen Elektrode,die letztendlich zum Ausfall der Batterieführen.VRLA-Batterien zeigen in dieser Hinsichtein etwas besserer Verhalten als belüfteteBatterien, da die Sauerstoffrekombinationan der negativen Elektrode die Ungleichheitder Platten verhindert, die durch ungleicheLadungseffizienz von positiver undnegativer Platte entsteht. Allerdings sinddie Probleme der heutigen Blei-Säure-Batterienim PSOC-Betrieb ein Haupthindernisbei der breiten Einführung von Mild-Hybridfahrzeugen.Blei-Säure-Batterien werden daher eherfür Mikro-Hybridfahrzeuge gewählt, wosie für Stop-und-Start und beim Kaltstarteingesetzt werden, wo häufige, aber kurzeHochleistungszyklen bei meist hohen Temperaturen(Motorraum) nötig sind. AGM-Nickel-Cadmium● gute Zyklenlebensdauer> 3000 volle Zyklen (80 % DOD)> 50000 Zyklen bei 10 % DOD➞ bei 1 C Entladung➞ und C/2 Ladung● sehr robustunempfi ndlich gegenüber falscher Handhabung undextremen Temperaturen● sehr gute Leistungsdichte, auch bei niedrigem Ladezustand● Industriebatterien sind nur wartungsarmAbb. 2: Eigenschaften von Nickel-Cadmium-BatterienVRLA-Batterien eignen sich gut für dieseAnwendung und erreichen eine Lebensdauervon drei bis fünf Jahren, die durchKorrosion des positiven Gitters aufgrundder hohen Temperaturen und Sulfatablagerungenan der negativen Platte begrenztwird. Wenn höhere Leistung und längereLebensdauer erforderlich sind, sind Zellenmit spiralförmiger Wicklung und dünnenElektroden geeigneter.Die größte Herausforderung stellen Mikro-Hybridfahrzeuge mit regenerativer Bremsfunktiondar. Die Batterien müssen beimBremsen große regenerative Energiemengenaufnehmen, wodurch eine Überladungmöglich ist, die zur Austrocknung der Batterieführt. Abhilfe bietet die Verbindungder Batterie mit Superkondensatoren.Nickel-CadmiumIn den 1980er und 1990er Jahren entwickeltedie Firma Saft die ersten Ni-Cd-Batterien für moderne Elektrofahrzeuge.Mit einer spezifischen Energie von bis zu55 Wh/kg verbindet diese Batterie eine hervorragendeLebensdauer (3000 Lade-/Ent-Ni-MH-Produkte● höhere Energie- und Leistungsdichte● wartungsfreies Design (interne Rekombination)➞ benötigt Ladesteuerung und➞ Spannungs- und Temperaturüberwachung● NHE-Modul-Reihe – High Energy➞ prismatisches Modul für EV-Anwendungen entwickelt➞ 12 V – 100 Ah; 6 V – 200 Ah; 2,4 V – 500 AH; 1,2 V – 1000 AhAbb. 3: Eigenschaften von Nickel-Metallhydrid-Batterienladezyklen bei 80 % Entladetiefe) mit hoherund stabiler spezifischer Leistung. DieEntladung erfolgt typischerweise bei einerpermanenten Entladerate von 1 C, mitSpitzen von 2 C. So ist in kleinen Elektrofahrzeugenfür gewöhnlich eine Reichweitevon 80 km möglich.Es existieren auch Ni-Cd-Batterien inHochleistungsbauweise, die für den Einsatzin Hybrid-Elektrofahrzeugen geeignetsind. Im Gegensatz zu Blei-Säure-Batterienist der PSOC-Betrieb für Ni-Cd-Batterienkein Problem. Batteriekonzepte mit gesintertenpositiven Platten und kunststoffummanteltennegativen Platten (S/PBE-Technologien) bieten hohe Leistung undhervorragendes Lade-/Entladeverhaltenbei gleichzeitig geringem Wartungsaufwand.Dabei ist die Fähigkeit der Batterie,eine große Zahl von Zyklen mit geringerEntladung im teilentladenen Zustand zuüberstehen, von besonderer Bedeutung.S/PBE-Zellen können 3500 Zyklen bei80 % Entladetiefe bieten, aber – und dasist entscheidend – bei 10 % Entladetiefe50 000 Zyklen überstehen. Die S/PBE-Ni-● NHP-Modul-Reihe – High Power➞ prismatisches Modul für Hybrid-Anwendungen bei schweren Fahrzeugenentwickelt (Busse, Straßenbahnen …)➞ 12 V – 34 Ah; 6 V – 68 AhEI-Eisenbahningenieur | Juli 20083