Batterie statt Benzin

Lithium-Ionen-Batterien sollen endlich den Durchbruch für Elektroautos bringen. Werkstattmitarbeiter, die diese Fahrzeuge warten wollen, müssen entsprechend ausgebildet sein.

Elektroautos haben viele Vorteile: Sie produzieren keine Schadstoffe, weil sie abgasfrei unterwegs sind, und sie verursachen wesentlich weniger Geräusche als ein Auto mit Verbrennungsmotor. Außerdem lässt der elektrische Antrieb den Ingenieuren mehr Freiheit bei der Konstruktion eines Fahrzeugs, weil die Elektromotoren zum Beispiel direkt in die Räder wandern können. Bei so vielen Vorteilen stellt sich die Frage, warum wir nicht schon lange mit Elektroautos unterwegs sind. Die Antwort: Es gab bisher nicht die richtigen Energiespeicher. Die als Starterbatterien bekannten Bleiakkus sind zu groß und zu schwer, auch wenn sie nur die Energie für 50 Kilometer Reichweite speichern sollen. Auch die aus Hybridfahrzeugen bekannten Nickel-Metallhydrid-Akkus (NiMH) haben nicht die Energiedichte, die für einen reinen Elektroantrieb notwendig wäre.

Den Durchbruch für die Elektroautos sollen nun die Lithium-Ionen-Akkus bringen. Denn sie bieten die Batterietechnik mit der bisher höchsten Leistungsfähigkeit. Lithium-Ionen-Batterien haben rund 50 Prozent weniger Gewicht und etwa 30 Prozent weniger Volumen als vergleichbare NiMH-Batterien. Auch die Zyklenfestigkeit, also die Zahl der möglichen Ladungen, ist deutlich höher als bei NiMH Batterien. Bekannt sind diese Speicher bisher vor allem aus Mobiltelefonen, Laptops und Akkugespeisten Werkzeugen. Die kleinen Zellen aus diesen Geräten wären jedoch allenfalls für Kleinstfahrzeuge wie das Twike geeignet. Ein Autoantrieb braucht große Zellen mit viel Energieinhalt. Dafür eigen sich die bisher verwendeten Materialien nicht. Denn bei den Antriebsbatterien ist die Energiedichte so hoch, dass der herkömmlich hergestellte Akku explodieren kann, wenn eine Zelle beschädigt wird. Und Schäden können bei einem Unfall oder durch Fehlbehandlungen wie Überladen und Überhitzung entstehen. Abhilfe soll ein neuer, vom Evonik-Konzern entwickelter Separator bringen. Der so genannte Separion trennt laut Unternehmensangaben die Batterie-Elektroden auch unter extremen Bedingungen voneinander. So kommt es nicht zum Kurzschluss.

Doch das Separator-Material darf die Elektroden des Akkus nicht hermetisch voneinander abschotten, denn es muss die Lithium-Ionen passieren lassen, damit die Batterie funktioniert. Das keramische Material von Evonik ist laut Hersteller porös genug, um Lithium-Ionen durchzulassen, und stabil genug, um die Sicherheit der Zellen zu gewährleisten.

Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt für Antriebsbatterien ist das Batteriemanagement. Hier haben die Hersteller noch Nachholbedarf, da Langzeiterfahrungen mit großen Lithium-Ionen–Akkus bisher fehlen.

Bei den meisten herkömmlichen Autos reicht für die Batterie im Auto die Lichtmaschinenregelung. So einfach ist es bei den Elektroautos nicht mehr, weil die Lithium-Ionen-Batterie im Hochvoltbereich arbeitet und eine neue Ladestrategie erfordert. Einfach gesagt: Die Elektronik muss die Temperatur und den Ladungszustand jeder einzelnen Zelle überwachen und dann zellspezifisch laden. Die Software dafür kann nicht mehr in einem kleinen Steuergerät ablaufen. Diese Aufgabe sollen künftig Einzelplatinen übernehmen, die mit den entsprechenden Temperatursensoren in integrierten Schaltungen zusammengefasst sind und schließlich in einem Gesamtbatteriesteuergerät zusammenlaufen. Erste Serienbatterien für Hybridfahrzeuge sollen 2009 auf den Markt kommen, 2010 sollen sie dann die Energie für Elektroautos liefern.

Weiterbildung gefordert

Werkstattmitarbeiter, die an Elektrofahrzeugen arbeiten, müssen sich weiterbilden. Denn bei gewöhnlichen Autos haben es Kfz-Mechatroniker mit Spannungen von maximal 48 Volt zu tun. Die Antriebe in Hybrid- und Elektroautos arbeiten dagegen mit Spannungen von bis zu 1.000 Volt. An solchen Hochvolt-Anlagen darf ein Kfz-Mechatroniker erst arbeiten, wenn er vorher eine entsprechende Fachausbildung absolviert hat – das ist eine Vorschrift der Berufsgenossenschaften. Solche Schulungen führt beispielsweise die TÜV Süd Akademie durch.

Grundlage für die Lehrgänge ist die BGG 944 (Ausbildungsanweisung für elektrische Betriebsmittel). In dieser Anweisung hat die Berufsgenossenschaft alle Anforderungen niedergelegt, die eine Elektrofachkraft für festgelegte Tätigkeiten erfüllen muss, sollte sie an Hochvoltsystemen arbeiten. Die Grundausbildung dauert mindestens 80 Stunden. Da viele in der BGG 944 aufgeführten Themen aber sowieso in einer Ausbildung zum Kfz-Mechatroniker enthalten sind, will die Organisation einen abgespeckten Leitfaden für die Arbeit an Hybrid- und Elektroantrieben erstellen.

Laut Wolfgang Humburg von der TÜV Süd Akademie in Filderstadt bei Stuttgart fragen derzeit vor allem Autohersteller die Schulungen nach. Werkstätten hätten die Notwendigkeit bisher noch nicht erkannt. Doch für Humburg ist klar: „Die Ausbildung lohnt sich auf jeden Fall. Denn immer mehr Fahrzeughersteller bringen künftig Hybrid- oder Elektrofahrzeuge auf den Markt. Werkstätten, die diese Fahrzeuge warten und reparieren wollen, brauchen dafür elektrotechnisch ausgebildetes Fachpersonal.“ ?

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