FAQs

Hybrid-Fahrzeuge wie Mild-Hybrids, die auch Bremsleistung in Form von elektrischer Energie speichern (Rekuperation) und hierfür eine Kombination aus Blei-Batterien und Super Caps verwenden, benötigen hierfür ein entsprechendes Batteriemanagement-System.

Was ist Energiemanagement?
Energiemanagement ist im weitesten Sinne ein System, das die richtige Menge an elektrischer Energie aus unterschiedlichen Quellen bedarfsgerecht auf Energie-Speicher und Energie-Verbraucher in einem Fahrzeug verteilt. Es sorgt dafür, dass sich zu jedem Zeitpunkt ausreichend elektrische Energie an Bord befindet, damit der Start und der Betrieb eines Fahrzeuges sicher und zuverlässig möglich ist. Das setzt voraus, dass Ladezustand (SOC) und der Alterungsgrad (SOH) der Batterie(n) als Speichermedium bekannt sind. Bei iQ Power heißt ein solches System „SEM Smart Energy Manager“ (SEM™).

Der Smart Energy Manager wacht auch darüber, dass in kritischen Energiesituationen Verbraucher, die für den sicheren Betrieb des Fahrzeugs nicht benötigt werden (z.B. Sitzheizungen oder Klimaanlagen) notfalls entsprechend zurückgestuft oder ganz abgeschaltet werden (hierarchische Verbraucherabschaltung), um in jedem Fall einen sicheren Betrieb des Fahrzeugs zu gewährleisten.

Ein Energiemanagement-System muss darüber hinaus eine zuverlässige Aussage ermöglichen, wie lange bei einem bestimmten Betriebszustand und Energieverbrauch eines Fahrzeugs die elektrischen Energievorräte für einen sicheren Fahrbetrieb noch ausreichen (Vorhersage).

Als übergeordnetes Kontroll- und Entscheidungsorgan beinhaltet ein Energiemanagement-System meist auch ein entsprechendes Batteriemanagement-System (Battery Energy Manager – BEM™), sobald mehrere Batterien zum Einsatz kommen.

Fahrzeuge mit Drive-by-Wire benötigen zwangsläufig ein geeignetes Batterie- und Energiemanagement-System.

Mit Beginn dieses Jahrtausends kommen erste Fahrzeuge mit alternativen Antrieben wie Hybride auf den Markt. Hybride verwenden zum Speichern der elektrischen Energie meist andere Batterie-Technoloien wie Lithium-Ionen, Nickel-Metallhydrid oder auch Nickel-Cadmium. Diese Speicher verfügen über eine höhere spezifische Energiedichte als Blei/Säure-Batterien und eignen sich wegen ihres höheren Leistungsgewichtes sehr viel besser als Energiespeicher für Elektroantriebe. Die Kosten derartiger Batterien sind jedoch sehr viel höher, die Technik aufwendiger oder auch problematischer zu recyclen.

Dass in Automobilen, die den Verbrennungsmotor als alleinigen Antrieb nutzen, die heute übliche Autobatterie (Starterbatterie) durch Batterien auf der Basis Lithium-Ionen oder Lithium-Polymer abgelöst wird, ist allein schon aus Kostengründen wenig vorstellbar. Eher schon eines Tages die Möglichkeit einer Kombination der beiden Batteriearten.

Die Grenzen der Blei/Säure-Batterie sind jedoch durch die Entwicklung neuartiger Technologien wie die von iQ Power längst noch nicht ausgeschöpft. Das gibt dem Lebenszyklus der Blei/Säure-Batterie eine neue Perspektive und Dynamik.

Als Generator für den elektrischen Strom ist die heutige Lichtmaschine dem zunehmend höheren Strombedarf im Auto schon in wenigen Jahren nicht mehr gewachsen. Die Automobilindustrie arbeitet daher an neuen Konzepten. Beispielsweise dem leistungsfähigeren Kurbelwellen-Startergenerator, der auch als Elektromotor genutzt werden kann, oder auch an kompakten, kleinen Brennstoffzellen mit rund fünf Kilowatt Leistung, die mit Benzin und eines Tages auch mit Wasserstoff betrieben werden sollen.

Der Vorteil solcher kleinen Brennstoffzellen: Sie erzeugen unabhängig von einem laufenden Motor elektrische Energie. So kann künftig beispielsweise auch im Stand und bei abgeschaltetem Motor eine Klimaanlage oder die Multimedia-Anlage im Auto betrieben werden ohne die Autobatterie zu belasten oder gar zu entladen.

Auch solche kleinen Brennstoffzellen ersetzen keineswegs die Batterie, sondern übernehmen künftig die Aufgabe der heutigen Lichtmaschine.

Die Grafik verdeutlicht die Relation: Während bei warmen +20 Grad Celsius eine fabrikneue Blei/Säure-Batterie 100 Prozent Startleistung abgeben kann, sinkt diese Fähigkeit bei kalten -20 Grad Celsius auf nur noch 40 Prozent. Zugleich steigt wegen des kalten Motors der nötige Leistungsbedarf auf mehr als das Doppelte.

Wie gut und agil der elektrochemische Prozess einer Blei/Säure-Batterie funktioniert, ist stark abhängig von der Temperatur des Elektrolyt in der Batterie. Die ideale Temperatur für den elektrochemischen Prozess liegt bei +20 Grad Celsius. Je kälter die Temperatur desto gehemmter der elektrochemische Prozess. Der Verlauf ist dabei nicht linear, sondern nimmt überproportional stark ab. Deutliche Einbußen hauptsächlich in der Ladefähigkeit einer Batterie stellen sich bereits ab +5 Grad Celsius abwärts ein.

Bereits sehr massiv eingeschränkt ist die Aufnahme elektrischer Ladung (Ladefähigkeit) einer Blei/Säure-Batterie bei kalten -18 Grad Celsius. Um eine ausgeglichene Ladebilanz erzielen zu wollen muss man immerhin rund eine Stunde Autofahren, um allein die beim Starten verbrauchte Energie wieder in die Batterie rückladen zu können. Energieverbraucher beim Fahren, die eine Batterie zusätzlich belasten, sind hierbei auszuschließen. Häufiges Kurzstreckenfahren (Berufspendler) im Winter führt zu einer fortgesetzten negativen Ladebilanz einer Batterie.

Die schlechte Ladungsaufnahme der Batterie bei kalten Temperaturen bewirkt darüber hinaus die Gefahr der Sulfatierung der Bleiplatten (Bildung von Sulfatkristallen). Dies wirkt sich nachteilig auf die Batterie aus. Sulfatkristalle wirken wie elektrische Isolatoren. Sie hemmen die Ladungsaufnahme einer Batterie zusätzlich und drosseln ungewollt beim Kaltstart den Strom.

Die Vielzahl an Komfort-Verbrauchern in modernen Automobilen beschleunigt durch häufiges Laden und Entladen einer Batterie den Vorgang der Stratifikation zusätzlich. So kann eine neue Batterie bereits nach 3 bis 6 Monaten Dienst im Auto bis zu 40 Prozent ihrer Nennkapazität (Ah) einbüßen – und damit gleichbedeutend 40 Prozent an aktivem Blei. Dieser Verlust an Speicherkapazität ist dauerhaft. Weil das restliche Blei (60 Prozent) jetzt die gesamte Leistung übernehmen muss, reduziert sich die Lebensdauer der Batterie deutlich.

Säureschichtung fördert zudem die Sulfatierung, was die Ladungsaufnahme einschränkt und den Kaltstartstrom reduziert. Auch erhöht die Stratifikation die Leerlaufspannung und täuscht so einen höheren Ladezustand (SOC) der Batterie vor. Abweichungen bei der SOC-Berechnung sind die Folge.

Werden die Schichtenbildung und andere negative Einflüsse wie die der Temperatur von einer Batterie ferngehalten, lassen sich Performance und Lebensdauer einer Blei/Säure-Batterie um ein Mehrfaches steigern.

In der gesamten Batterie herrschen gleiche stöchiometrische Verhältnisse. Das Blei ist überall gleich aktiv, vorzeitige Korrosion wird unterbunden.

• Keine elektrische Energie erforderlich
• Keine bewegten Teile
• Keine Stratifikation
• Konstante elektrochemische Bedingungen
• Kein Temperaturgradient innerhalb der Batterie (in Verbindung mit Isolation)

• Höhere Leistungsfähigkeit
• Höhere Zuverlässigkeit 
• Längere Lebensdauer
• Kontrollierbare Energieversorgung (Vorhersage, State of Function SOF)

Mehr dazu auf dieser Website in der Rubrik "Technologie" unter  » Die iQ-Technologie.

Die iQ-Batterie ist daher mit einer Heizung ausgestattet. Sie ist Bestandteil der iQ-System-Technologie. Grundsätzlich arbeitet die Heizung nur bei winterlichen Temperaturen und nach dem Startvorgang des Automobils. Die elektronisch gesteuerte Heizung erwärmt den Elektrolyt in kurzer Zeit und bewirkt eine rasche Rückladung der Batterie selbst bei kurzen Fahrstrecken. Der Vorteil: Ein stets sehr hoher Ladezustand, keine Sulfatierung der Platten und eine hohe Kaltstartfähigkeit auch bei kalter Batterie.

Gesteuert wird die Heizung über eine winzige Mikroelektronik und die Software des Batteriemodells am Akkumulator. Ab welchen Temperaturen die Heizung einsetzt und wie lange oder ob überhaupt temperiert wird ergibt sich aus einer Vielzahl von Parametern und dem aktuellen Status (SOC/SOH) der Batterie. Begrenzt ist die Innentemperatur der Batterie nach oben hin auf maximal +20 Grad Celsius. Dies entspricht der optimalen Temperatur für den Blei/Säure-Prozess.

Heizwirkung, Wärmeverteilung und thermische Isolation der Batterie sind aufeinander abgestimmt. So bleibt der Energieverbrauch für die Heizleistung sehr gering.

Die geringere Menge an Blei erscheint zunächst als Nachteil. Die Sachverhalte müssen jedoch differenziert betrachtet werden:

Herkömmliche Batterien büßen aufgrund von Säureschichtung (Stratifikation) mit der Zeit einen erheblichen Teil ihrer aktiven Ladungsfläche ein. Die Vielzahl an Komfort-Verbrauchern in modernen Automobilen beschleunigt durch häufiges Laden und Entladen einer Batterie den Vorgang der Stratifikation zusätzlich. So kann eine neue herkömmliche Batterie bereits nach 3 bis 6 Monaten Dienst bis zu 40 Prozent ihrer Nennkapazität (Ah) einbüßen. Das ist gleichbedeutend mit einem Verlust von 40 Prozent an aktivem Blei. Dieser Verlust an Kapazität ist dauerhaft. Die Leistung, die das Bordnetz der Batterie abverlangt, muss nun von den restlichen 60 Prozent der ursprünglichen Bleimenge erbracht werden. Verschleiß ist die Folge.

Die Leistungsfähigkeit der verbleibenden aktiven Bleimenge wird im Winter durch den Einfluss niedriger Temperaturen, durch Teilentladung und Sulfatierung weiter geschwächt. Nicht selten stehen je nach Fahrzeug und Fahrprofil nur noch 45 bis 35 Prozent der in der Batterie enthaltenen Bleimenge als aktive Masse für den Ladungsaustausch zu Verfügung.

Um den hohen Verlust („totes“ Blei) zu kompensieren sind herkömmliche Batterien von Haus aus erheblich überdimensioniert.

Weil in der iQ-Batterie das Phänomen der Stratifikation gar nicht erst auftritt und damit auch kein „totes“ Blei anfällt, kommt die Batterie von vorn herein mit weniger Blei aus. Durch das Zusammenspiel der iQ-Technologie ist unter dem Strich gesehen in einer iQ-Batterie mehr Blei aktiv am elektrochemischen Prozess beteiligt als in einem herkömmlichen Akkumulator.

Der System bezogene Ansatz der iQ-Technologie vereinfacht die komplexen Abhängigkeiten, wie sie in einer Blei/Säure-Batterie auftreten, sehr erheblich. Als Folge daraus ergibt sich eine sehr viel einfachere und auch zuverlässigere Lösung für die Elektronik und die Software (Batteriemodell), als dies mit anderen Vorgehensweisen möglich ist. Die Kosten für die Elektronik an der iQ-Batterie sind im Vergleich zu anderen Lösungsansätzen daher sehr viel niedriger.

Weil Akkus mit Hilfe der iQ-Technologie eine im Schnitt mehrfach längere Lebensdauer aufweisen, relativieren sich die Kosten für die Elektronik. Bezogen auf die durchschnittliche Lebensdauer eines Automobils ergeben sich klare Kostenvorteile für die iQ-Lösung.