Energiespeicher von Hybridfahrzeugen

Ein Hybridfahrzeug hat gegenüber konventionellen Fahrzeugen den Vorteil, dass es die Bremsenergie zu einem großen Teil (bis auf den Wirkungsgradverlust) zurückgewinnen kann. Für die Zwischenspeicherung der Energie benötigt ein Hybridfahrzeug einen Energiespeicher.

In den meisten Fällen werden elektrische Energiespeicher eingesetzt, da diese hinsichtlich der Leistungs- und Energiedichte sowie der Verfügbarkeit im Automotive Bereich am geeignetsten sind und daher auch in zahlreichen Prototypen und Serienfahrzeugen verwendet werden.

Zuweilen werden auch mechanische Energiespeicher in Form eines Schwungrads oder hydraulische Speicher für Hybridantriebe verwendet. Hinsichtlich der Langzeitspeicherfähigkeit sind aber bislang alle Systeme im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftstoff, der die gespeicherte Energie nur durch Verdunstung verliert, wenig geeignet.

	Elektrische Energiespeicher

	Elektrische Energiespeicher setzen sich aus einer Reihenschaltung vieler Batteriezellen zusammen. Bei einer handelsüblichen Autobatterie mit einer Nennspannung werden 6 Zellen mit einer Zellnennspannung von 2,0 Volt in Reihe geschaltet dies ergibt dann die Batterienennspannung von 6*2V =12V. Wesentliche Parameter von elektrischen Batterien sind die Zellenspannung, die Zyklenfestigkeit, die Leistungs- und Energiedichte, die Umweltverträglichkeit, die Langzeitspeicherfähigkeit sowie das Tief- temperaturverhalten.

Üblicherweise wird der Energieinhalt in Ampère Stunden [Einheit Ah] angegeben; dies ist zunächst irreführend, da die Watt Stunde [Einheit Wh] eine gebräuchliche Einheit für die gespeicherte Energie ist. Berücksichtig man jedoch die Nennspannung [Einheit V] der Batterie, so stimmen die Einheiten wieder denn: Ah*V= Wh.

Im folgenden ein Überblick über verschiedene Batterietypen:

		Bei konventionellen Fahrzeugen hat sich die 12 Volt Bleisäure Batterie seit Jahrzehnten etabliert und ist in allen gängigen Werkstätten und vielen Tankstellen erhältlich. Bleisäure Zellen weisen eine Nennspannung von 2,0 Volt auf. Hinsichtlich der Energiedichte ist dieser Batterietyp wenig geeignet um eine Traktionsbatterie für ein Hybridfahrzeug darzustellen. Langfristig soll der umweltschädliche Stoff Blei vollkommen aus dem Fahrzeug vermieden werden. Falls überhaupt, dann nur für Micro-Hybrid Systeme geeignet.
		In Handys und Notebooks ist der Siegeszug der Lithium-Ionen Batterie nicht mehr aufzuhalten. Aufgrund der hohen Zellenspannung von 3,6 Volt und idealen Werten hinsichtlich der Leistungs- und Energiedichte wird die Lithium-Ionen Batterie auch im Hybridantriebstrang vermehrt eingesetzt. Hauptproblem bei automobilen Anwendungen ist die Problematik bei Deformierung von Li-Ionen Akkus wodurch eventuell ein massiver Kurzschluss (dadurch Brandgefahr) entstehen kann. Die Lithium-Ionen Batterie ist für alle Hybridsysteme gleichermaßen geeignet.
		Die Nickel-Cadmium Batterie weißt eine Zellenspannung von 1,2 Volt auf. Vor allem durch hohe Werte bei der Energiedichte kann dieser Batterietyp überzeugen. Hinsichtlich des umweltschädlichen Stoffes Cadmium ist ein Serieneinsatz dieser Batterie Technologie ungewiss. Um den Memory-Effekt bei diesem Batterietyp zu vermeiden, darf dieser Batterie nicht unterhalb von ca. 0,85 Volt fallen. Ein weiterer positiver Aspekt dieser Batterie ist das gute Tiefsttemperaturverhalten. Auf Grund der hohen Energiedichte ist die Nickel-Cadmium Batterie für Mild- und Voll Hybridsysteme eine mögliche Wahl
		Derzeitige Hybridbatterien wie im Toyota Prius oder im Honda Civic setzen Nickel-Metallhydrid Batterien ein. Typischerweise, beträgt die Zellenspannung 1,2 Volt. Im Gegensatz zu umweltschädlichen Nickel-Cad- mium Zellen ist die Energiedichte von Nickel-Metallhydrid Zellen ungefähr doppelt so hoch. Der Memory-Effekt tritt bei diesem Batterietyp auf. Nachteilig ist die relativ hohe Selbstentladung sowie das Tieftemperatur- verhalten. Auf Grund der hohen Energiedichte ist die Nickel-Metallhydrid Batterie für Mild- und Voll Hybridsysteme die richtige Wahl
		Vor allem in den Power-Hybrid Prototyp Fahrzeugen von BMW (wie im X3 Efficient Dynamics und X5 Efficient Dynamics) werden Super Caps eingesetzt. Je nach Hersteller werden diese auch als UltraCaps bezeichnet . Letztlich sind SuperCaps Zwei-Schicht Kondensatoren (im englischen Dual Layer Capacitors gennannt). Sehr hohe Leistungsdichten sorgen für Spitzenwerte im Automobil. Die Energiedichte ist dabei aber sehr niedrig und markiert das Schlusslicht in diesem Vergleich. Die Zellenspan- nung liegt bei ca. 2,5 Volt. Hinsichtlich der Umweltverträglichkeit können SuperCaps ohne Bedenken eingesetzt werden. Bei Tiefsttemperaturen unter -25°C muss man bei SuperCaps Abstriche im maximal möglichen entnehmbaren Strom hinnehmen. Für Mild- und Power Hybridsysteme geeignet.

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Anbei noch ein paar lesenswerte Bücher, um den Einstieg in die Thematik elektrische Energiespeicher bzw. Batterien zu erleichtern: