Hybrid-Batterie

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Die Hybrid-Batterie des Prius ist eine NiMH-Batterie. Unter NiMH-Batterie ist die Technologie von NiMH-Batterien und die Daten der Batterie im Prius beschrieben. Die Hybrid-Batterie wird manchmal auch "Traktionsbatterie" genannt, weil sie für den Antrieb des Fahrzeugs eine wesentliche Rolle spielt.

Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Funktion

Die Hybrid-Batterie hat folgenden Nutzen:

  • Pufferung der Energie, die bei der Rekuperation, also beim Bremsen und im Schiebebetrieb entsteht
  • Pufferung der Überschussenergie des Verbrennungsmotors (ICE)
  • Speisung des E-Motors (MG2):
    • im HV-Modus (automatisch ausgelöste "Schleichfahrt" ohne Benziner bis ca. 70 km/h);
    • im EV-Modus (manuell per EV-Taste ausgelöste "Schleichfahrt" bis ca. 48 km/h, nur Prius II und III);
    • bei der Unterstützung des Verbrennungsmotors (z.B. bei Volllastbetrieb).
  • Speisung des Generators MG1, wenn dieser als Anlasser für den Verbrennungsmotor genutzt wird.
  • Speisung der 12-Volt-Anlage über einen Inverter und damit auch Aufladung der 12-Volt-Batterie.

Der Prius verfügt über ein rigides Lademanagement, das den Ladezustand (SOC) der Hybrid-Batterie so konstant wie möglich hält. Der obere bzw. untere Schwellwert liegt bei 40% bzw. 80%. Eine Tiefentladung oder eine Überladung der Hybrid-Batterie ist damit im Normalbetrieb nicht möglich.

Ein SOC von ca. 60% wird von der HV-Steuerung als Idealzustand angestrebt. Eine darüber hinaus gehende Ladung wird durch den verschärften Einsatz von MG2 abgebaut. Zu wenig Ladung wird durch den verstärkten Einsatz und eine erhöhte Drehzahl des Verbrennungsmotors kompensiert, der via MG1 die Batterie nachlädt.

Das rigide Lademanagement des Prius führt dazu, dass die Lebensdauer der Hybrid-Batterie mit der Fahrzeuglebensdauer Hand in Hand geht. Daher gibt es beim Prius eine mehrjährige Garantie auf viele Hybridkomponenten einschließlich der Hybrid-Batterie. Die Hybrid-Batterie ist wartungsfrei und soll ein ganzes Fahrzeugleben durchhalten.

Die Batterie besteht aus einzelnen wechselbaren Modulen. Prinzipiell ist eine Reparatur der Batterie durch Austausch einzelner Module möglich. Jedoch sind die Module von Toyota nicht einzeln als Ersatzteil erhältlich, sondern nur die komplette Batterie. Eine Quelle für Einzelmodule sind daher z.B. Unfallfahrzeuge.

Die Hybrid-Batterie ist am sichersten Platz - nämlich über der Hinterachse - montiert. Bei einem Unfall wird der Elektrostromkreis durch den integrierten Sensor sofort unterbrochen, noch bevor die Airbags voll gefüllt sind.

Die besten elektrischen Eigenschaften hat die Hybrid-Batterie bei einer Temperatur von 35-40°C.Das ist auch der Bereich, wo der Prius am sparsamsten ist. Darunter bzw. darüber sinkt die Effektivität der Hybridbatterie, hohe Ströme aufzunehmen bzw. abzugeben. Zur Temperierung ist die Batterie mit einen eigenen Lüftungssystem versehen. Aus der Fahrgastzelle angesaugte Luft umspült die Batterie und verlässt das Fahrzeug durch Austrittsöffnungen unter den hinteren Kotflügeln. Die Steuerung des Batterielüfters übernimmt die Batterie-ECU. Die Ansaugschlitze des Batterielüftungssystems findet man beim P I in der Hutablage, beim P II und PIII in Fahrtrichtung rechts neben der Rückenlehne. Sie sollte um eine Überhitzung und somit verbundene Leistungseinbuße zu vermeiden, nicht mit Decken etc. abgedeckt werden.

[Bearbeiten] Technische Daten

Ni-MH Batterie im Prius I

Die Hybrid-Batterien für Prius I und Prius II werden von Panasonic geliefert. Die Entwicklung geschah in einem Joint-Venture zwischen Panasonic und Toyota. Die Batterie selbst ist durch ca. 60 Patente speziell geschützt. Einige Experten gehen davon aus, dass in der Entwicklung dieser Batterie ein Hauptgrund für den Vorsprung von Toyota bei Hybridfahrzeugen steckt. Das notwendige Know-how bzw. die Batterie wird daher auf dem Markt nicht einfach zu erhalten sein. Die Firma Johnson Controls arbeitet jedoch ebenfalls an der Entwicklung von Hybridfahrzeug-tauglichen Batterien.

[Bearbeiten] Prius I

Die 38 Module enthalten 6 Zellen à 1,2 V / 6,5 Ah = 7,2 V, ergibt 273,6 V. Die Kapazität (Größe) der Hybrid-Batterie beim Prius I ist 1,8 kWh. Preis (als Originalersatzteil, 7/2008): 2500 €

[Bearbeiten] Prius II

Ni-MH Batterie im Prius II Kofferraum
Ni-MH Batterie im Prius II

Die 28 Module enthalten 6 Zellen à 1.2 V = 7.2 V, ergibt 201,6 V. Der maximale Energiegehalt der Hybrid-Batterie beim Prius II ist 1,3 kWh, was sich aus der niedrigeren Spannung ergibt. Das Gewicht beträgt 39 kg.

Gleichzeitig wurde aber wohl beim Prius 2 das Ladezustands-"Fenster" wahrscheinlich erweitert, sodass etwa die gleiche effektive Energie zur Verfügung steht.

Die Zellen sind beim Prius II an 2 Punkten miteinander verbunden, um den Innenwiderstand der Hybrid-Batterie zu verringern. Dadurch treten weniger ohmsche und auch coloumbmetrische Verluste beim Laden / Entladen der Batterie auf, und es können höhere Leistungen von der Batterie verlangt werden (ca. 40 kW statt 20 kW Spitzenleistung). Negativ wirkt sich dabei nur die verminderte rein elektrische Reichweite aus, die beim Prius I unter idealen Voraussetzungen bis zu 8 km betragen kann, beim Prius II max. 3 km.

Die Hybrid-Batterie des Prius ist ebenfalls von der Werksgarantie auf die Hybridkomponente abgedeckt: beim P2 8 Jahre bzw. 160.000km (je nachdem, was zuerst eintritt). Falls die Garantie erloschen ist, kostet ein Originalteil netto 2.000 Euro. Mit Steuern und Einbau beläuft sich die Sache auf knapp 3000€.

[Bearbeiten] Prius III

Ni-MH Batterie im Prius III Kofferraum


Der Prius III verfügt ebenfalls (wie der Prius II) über eine NiMH-Batterie. Sie ist von den elektrische Daten (Kapazität/Spannung) unverändert zum PII geblieben. Das Gewicht der Hybridbatterie für den Prius 3, inklusive Gehäuse, beträgt ca. 41,00 kg. Das Gewicht der Batteriezelle beträgt 39,00 kg.

Die Werksgarantie gilt auch für die Hybrid-Batterie: fünf Jahre oder 100.000 km.

Die Plug-in-Version des Prius III ist (2012) mit einer LiIon-Batterie ausgerüstet. Diese besteht aus Lithium-Ionen-Zellen des japanischen Herstellers Panasonic. Sie wiegt etwa 80 Kilogramm und speichert 4,4 Kilowattstunden. Das reicht bis 25 km rein elektrischer Fahrt Zeitungsartikel. Damit sinkt der Durchschnittsverbrauch auf 2,6 Liter pro 100 Kilometer im europäischen Testzyklus.

[Bearbeiten] Prius IV

Gen 4-Modul im Vergleich zu Gen 2

Bilder und Informationen zur Prius IV NiMH Hybrid-Batterie siehe: [1]

Der Prius IV verfügt in der Grundversion wieder über eine NiMH-Batterie. Sie ist von den elektrische Daten (Kapazität/Spannung) und Abmessungen der Module unverändert zum PII und PIII geblieben. Das Gewicht der Hybridbatterie für den Prius IV, inklusive Gehäuse, beträgt ca. 40,3 kg. Wesentliche Verbesserungen wurden bei der Rückspeisefähigkeit durch eine veränderte Zellchemie erreicht.



Bilder und Informationen zur Prius IV LiIon Hybrid-Batterie siehe: [2]

56 Zellen à 3,7 V / 3,6 Ah ergeben eine Gesamtspannung von 207,2 V. Das Gewicht des Akkupacks beträgt 24,5 kg.


[Bearbeiten] Prius +

Der Prius + verfügt neben dem Plugin als erster Prius einen Lithium Ionen Akku anstelle des bewährten NIMH-Akkus. Die Baugröße ist deutlich kompakter und in der Mittelkonsole untergebracht. Lithium Ionen 56 Zellen a 18Wh 3.6V = 201.6V und 1kWh.

[Bearbeiten] Yaris

Der Yaris verfügt über eine NiMH-Akku mit einer Kapazität von 0,9 KWh bei 144 Volt. Es handelt sich um 20 in Reihe geschaltete Module je 7,2 Volt mit insgesamt 120 Zellen. Das Gewicht beträgt 31 kg. Der Akku ist in einem Metallgehäuse eingebaut und unter dem Rücksitz angebracht.

[Bearbeiten] Hersteller

Hersteller der Prius-Batterien ist Panasonic. Andere Unternehmen, die High-Tech-Batterien entwickeln, sind Johnson Controls mit der Unternehmenstochter Varta und das US-Unternehmen Valence.

[Bearbeiten] Weblinks