Mercedes bereitet sich darauf vor, einzelne Zellen in der Batterie zu steuern. Mikrocontroller, direkte Steuerung von Gleich- und Wechselstrom.

Mercedes arbeitet an einem Projekt namens Power Converter, bei dem jedes [kleine] Zellmodul in der Batterie über einen eigenen Mikrocontroller mit Mikroumwandler verfügen würde. Dieser würde den Energiefluss so steuern, dass am Ausgang der Batterie genau die benötigten Spannungen und Ströme entstehen. Die Technologie befindet sich noch in einer sehr frühen Phase, ermöglicht aber bereits heute eine Leistung von bis zu 3 kW. Die Entwicklungsrichtung sieht vielversprechend aus.

Parallele Verbindungen und Mikrocontroller. Das klingt überhaupt nicht so teuer, wie man annehmen könnte.

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Parallele Verbindungen und Mikrocontroller. Das klingt überhaupt nicht so teuer, wie man annehmen könnte.

Und wie sieht es heute aus?

Beginnen wir mit dem, was der Hersteller verspricht: Durch die parallele Verbindung der Zellgruppen – vermutlich zusammen mit den Kommunikationsmodulen – kann das gesamte System so abgestimmt werden, dass die Batterie unabhängig vom Ladezustand und vom Alter der Zellen direkt den Motor versorgen kann (Quelle), natürlich innerhalb der von der Physik vorgegebenen Grenzen. Das Unternehmen müsste dann kein Auto mehr um eine bestimmte Architektur (400 V, 800 V usw.) herum entwerfen, denn darüber entscheidet die Software in der Batterie.

Steuerungen, die sich im Gehäuse des Pakets befinden, würden dazu führen, dass die Wechselrichter eine der Schlüsselfunktionen in Elektrofahrzeugen nicht mehr erfüllen könnten. Der Akku würde „von selbst“ Energie an die Hauptverbraucher liefern, da Mikroumwandler an ihrem Ausgang entweder Gleichstrom (DC) oder Wechselstrom (AC) bereitstellen können. Dasselbe gilt für externe Geräte (V2L) sowie für den Energiefluss in die andere Richtung, also das Laden. Die Mikroumwandler würden Wechselstrom aufnehmen und ihn ohne Zwischenschaltung von Bord-AC-DC-Ladegeräten in Gleichstrom umwandeln, der dann zu den Zellen gelangt.

Der Konzern Stellantis hat eine ähnliche Idee, um teure Wechselrichter loszuwerden: Jeder Batteriemodul würde über sein eigenes Steuersystem (einen Mikrowechselrichter) verfügen, wodurch die Motoren direkt an den Batterieanschluss angeschlossen werden könnten.

Doch das ist noch nicht alles: Da sich die Li-Ionen-Zelle von einem einfachen Metallzylinder in einen Zylinder mit Kommunikationsinterface verwandeln würde, könnte jede Zelle ein anderes Alter und eine andere Chemie haben. Die Elektronik würde darauf achten, dass der Strom am Ausgang bestimmte Parameter erfüllt. Sollte sich herausstellen, dass eine Zelle abgenutzt ist und nicht mehr in den vorgegebenen Grenzen bleibt, würde sie dauerhaft getrennt werden. Für den Fahrer wäre der Wandel unsichtbar, denn es geht um das Trennen eines der mehreren hundert oder tausend Elemente aus dem System.

Und wie sieht es heute aus?

Heute sieht die Situation völlig anders aus: Schon ein einziges Zell, das von den anderen abweicht, kann dazu führen, dass die gesamte Batterie nur unter solchen Bedingungen funktioniert, die für sie sicher sind. Ein großer Spannungsunterschied sorgt dafür, dass sich die Batterie nur auf 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität auflädt [denn einige Zellen erreichen dann gefährlich hohe Spannungen] und auf 40 Prozent entlädt [denn andere Zellen erreichen dann gefährlich niedrige Spannungen]. Das bedeutet, vom ursprünglichen Kapazitätsniveau von 100 Prozent bleiben dem Benutzer tatsächlich nur 40 Prozent übrig.

Fügen wir hinzu, dass die Kombination von Zellen mit unterschiedlichen Chemien kein neuer Gedanke ist – das chinesische Unternehmen CATL verfügt bereits über solche Pakete (CATL Freevoy, Abbildung unten). Doch sie werden mit großer Sorgfalt entworfen und verfügen über verschiedene Betriebsstrategien für unterschiedliche Chemien. Im Konzept von Mercedes müsste das Haupt-BMS nicht einmal wissen, womit es genau umgeht, denn die Mikrosteuerung würde vom Mikrocontroller auf Zellen- oder mehrerer Zellen-Ebene übernommen.

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