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menge ab, d. h. von der Anzahl der Batteriemodulesowie dem effektiven Profil desAntriebszyklus.AnwendungsbeispieleUntenstehend werden zwei beispielhafteGroßfahrzeuge beschrieben, in denen Ni-MH-Batterien eingesetzt werden.Hybridstraßenbahn:Genau wie bei konventionellen Systemennutzt die Hybridstraßenbahn während desGroßteils der Fahrt die Energie der Fahrleitung.In der Innenstadt oder in historischenStadtteilen kann dann aber für Streckenbis zu 1 km auf das fahrzeugeigeneBatteriesystem umgeschaltet werden. DieBatterie liefert unabhängig Energie bis dasFahrzeug die nächste externe Versorgungsleitungerreicht. Tatsächlich entspricht dasBetriebsprofil einem Dualbetrieb, d. h. dasFahrzeug wird entweder über eine konventionelleEnergieversorgung angetrieben(Fahrleitung, prinzipiell sind aber auchandere Energiequellen möglich), oder fürkurze, aber häufige Phasen durch die Batterie.Bei einem typischem Fahrzeuggewicht von30 bis 60 t und Strecken von 200 bis 800 mliegt die notwendige Batterieleistung zwischen80 und 200 kW für eine Antriebsdauervon 100 bis 200 Sekunden, 15 bis 30Mal täglich. Wichtig ist dabei, dass mehrereaufeinander folgende Anfahrzyklen durchführbarsind, da die Straßenbahn mehrmalsinnerhalb eines Streckenabschnittsohne Oberleitung halten und anfahrenmuss, bedingt durch starken Verkehr, Stausoder Fußgänger. Typische Batteriekennwertezeigt Tab. 1.Hybridmüllwagen:Es gibt bislang nur wenige Müllsammelfahrzeugemit Elektroantrieb, obwohl dieVorteile eines geräuscharmen und umweltfreundlichenBetriebs, der sogar nachtsmöglich wäre, auf der Hand liegen. EinBeispiel ist der FCC-Hybridmüllwagen, derin Spanien unter dem Eureka-Label gebautwurde. Das Fahrzeug kann während desEinsammelns des Mülls im reinen Elektrobetriebfahren. Daher ist eine bestimmteEnergiemenge nötig, damit der Wagen dieerforderliche Strecke fahren kann. Zusätzlichkann der Müllwagen im Vollhybridbetriebgenutzt werden, wobei die Batterie beiLeistungsspitzen beim Anfahren und Beschleunigenzur Unterstützung zugeschaltetwird und mit einem Dieselgenerator dieelektrische Antriebskette des Fahrzeugs mitEnergie versorgt wird. Die Batterie speichertzusätzlich regenerative Bremsenergie.Um mit einer einzigen Batterieladungden 15 t schweren Wagen über die nötigeStrecke von 3 km zu bringen, sind 4 bis5 kWh erforderlich. Zusätzlich werdenLithium-Ion High Power● Leistungszyklen➞ > 500 000 Zyklen mit 2,5 % DOD➞ > 12 000 x Kapazitätsumsatz➞ Kontrollzyklus 500 A / 12 sec,alle 20 Tage● kalendarische Lebensdauer➞ 20 Jahre bei 20° C➞ 10 – 15 Jahre bei 40° C● Leistungsdichte➞ High Power Zelle➞ Ultra High Power Zelle3000 W/l; 1500 W/kg10 000 W/l; 5000 W/KgAbb. 5: Eigenschaften von Lithium-Ionen-Batterien13 kWh zum Betrieb des Hydrauliksystemswährend des Einsammelns benötigt.Im Hybridmodus beträgt die erforderlicheSpitzenleistung 130 kW über 10 Sekunden.Abschließend kann die Batterie währenddes Bremsens für einige Sekunden mit derMaximalleistung von 90 kW aufgeladenwerden.Lithium-IonenLithium-Ionen-Batterien wurden Anfangder 1990er Jahre als erstes wiederaufladbaresSystem eingeführt, das nicht mit Wassergefüllt war. Grundsätzlich können Li-Ionen-Batterienmit verschiedenen elektrochemischenKomponenten gebaut werden,unterschiedlich sind dabei jeweils Art undVerbindung der Metallionen in den positivenElektroden. Die wichtigsten Grundeigenschaftensind eine bemerkenswerthohe spezifische Energie, eine hohe Energiedichtesowie eine hohe Spannung derEinzelzellen, durch die für den Bau einerHochspannungsbatterie weniger Zellen benötigtwerden. Mit dünnen Elektroden undSeparatoren können Hochleistungsbatterienmit sehr hoher Leistung gebaut werden.Li-Ionen-Zellen werden in Massenfertigungfür Verbraucheranwendungen in Größenvon 1 bis 3 Ah produziert. Die weltweitenProduktionskapazitäten für großformatigeLi-Ionen-Zellen für Industrieanwendungensind nach wie vor begrenzt, so dass dieKosten noch vergleichsweise hoch sind.VL20P, Leistung im KontrollzyklusEs wird erwartet, dass Li-Ionen-Batterienökonomisch konkurrenzfähig werden,sobald die Kosten durch größere Produktionsvoluminasinken und mittelfristigwerden sie vermutlich die heute gebräuchlichenNi-MH-Batterien ersetzen [3].Bereits heute sind verschiedene prismatischeund zylindrische Versionen im Handelverfügbar und werden auch schon ineinigen fortschrittlichen Industrieanwendungeneingesetzt.Langfristig stellt die Lithium-Ionen-Technologiedie vielversprechendste Optionfür Hybrid-Elektrofahrzeuge dar. ModerneLi-Ionen-Zellen auf Nickelbasis verbindenhohe Leistung und hervorragendes LadeundEntladeverhalten mit einer Betriebsdauer,die die Haltbarkeit von Verbraucherbatterienweit übersteigt, so dass die Zellenmit der Lebensdauer von Industrieanlagen(10 bis 20 Jahre) mithalten können. Zudemzeichnet sich diese Technologie durch hoheEnergieeffizienz, geringe Größe und geringesGewicht sowie Wartungsfreiheit aus.Die Herausforderung bei der Nutzung vonLi-Ionen-Batterien ist die Konzeption desGesamtsystems. Sicherer Batteriebetriebmuss durch elektronische Kontrollfunktionen,die die Kosten nur minimal steigerndürfen, ebenso sichergestellt sein, wie Zuverlässigkeitund Robustheit.Zur Einführung von Lithium-Ionen-Technologieim Bereich von Elektro- und Hybridfahrzeugenwurden große öffentlichBatterie 44 bis 68 Module NHP 10-340Nominalspannung530 bis 820 VBatteriesystemgewicht800 bis 1100 kgBatterieenergie18 bis 28 kWhBatterieleistung90 bis 200 kWEntladetiefe 8 bis 20 %Zyklenlebensdauer14000 bis 60000 ZyklenGebrauchsdauer6 bis 8 JahreTab. 1: Beispiel für typische Anforderungen an Ni-MH-Batterien für HybridstraßenbahnenEI-Eisenbahningenieur | Juli 20085