Hybrid-Batterie

Aus Prius Wiki

Aktuelle Version vom 6. September 2024, 09:58 Uhr

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.

Funktion

Die Hybrid-/Traktions-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, ab Prius II);
  • 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.

Batterielüftungssystem und dessen Wartung

Die besten elektrischen Eigenschaften hat eine NiMH 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 im Bereich der hinteren Kotflügel. Die Steuerung des Batterielüfters übernimmt die Batterie-ECU.

Bild: P2 Batterielüftungssystem ... ... Detail-Bild: P2 Batterielüfter

Die Ansaugschlitze des Batterielüftungssystems findet man beim P1 in der Hutablage, beim P2 und P3 in Fahrtrichtung rechts neben der Rückenlehne sowie beim P4 rechts unter der Rücksitzbank bzw. beim P4 PHEV links und rechts außen neben den Rückenlehnen. Da beim P+ der LiIon-Akku mittig zwischen den Vordersitzen positioniert ist, befindet sich dort das Ansauggitter unter dem Beifahrersitz rechts außen: P+, Beifahrerfußraum mit Blickrichtung hintere rechte Seitentür
Sie dürfen um eine Überhitzung und somit verbundene Leistungseinbuße zu vermeiden, nicht mit Decken, Gepäck o.a. abgedeckt werden.

• Wartung = Reinigung der Ansaugschlitze und ggfs. des Filters mittels Staubsauger:

Hinter der Abdeckung befindet sich zumindest beim P4 ein Filter, den man laut aktuellen Betriebsanleitungen "regelmäßig" prüfen und ggfs. reinigen soll bzw. wenn “Wartung erforderlich an Kühlteilen der Traktionsbatterie, siehe Anleitung.” auf dem Multi-Informationsdisplay angezeigt wird.
In der Betriebsanleitung des P4 gibt es seit etwa 2017 im Abschnitt 6-3 (P4 PHEV: 7-1) "Wartung in Eigenregie" ein eigenes Kapitel dazu (Bsp.: OM47F05M). Zunächst mit dem Titel "Lufteinlassöffnung der Hybridbatterie (Traktionsbatterie)", in späteren Versionen "Reinigen der Lufteinlassöffnung und des Filters der Hybridbatterie (Traktionsbatterie)". Die Vorgehensweise wird dort ausführlich und bebildert beschrieben und könnte auch für ältere Prius sowie weitere Hybrid-Modelle als grobe Orientierung dienen:

Reinigung im eingebauten Zustand ... bzw. ... Ausbau / Reinigung im ausgebauten Zustand / Einbau

Die Ansaugschlitze und Filter des P4 (Teilenummer G92DH-47070, Juni 2022 = 13,45€) bzw. die des P4 PHEV (Teilenummer ?) sind unterschiedlich ausgeführt.

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.

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 €

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€.

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.

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 HEV-Version 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 PHEV LiIon Hybrid-Batterie siehe: [2]

56 Zellen (angeordnet in 8 Packs zu je 7 Zellen) à 3,7 V / 3,6 Ah ergeben eine Gesamtspannung von 207,2 V. Das Gewicht des Akkupacks beträgt 24,5 kg.

Prius +

Der Prius + verfügt neben dem Plugin als erster Prius einen Lithium Ionen Akku anstelle des bewährten NIMH-Akkus.

Die HV-Batterie ist von einem Metallgehäuse umschlossen, das in der Zentrumskonsole (Mittelkonsole) fest montiert ist. Das Metallgehäuse ist hochspannungsisoliert.

Lithium Ionen 56 Zellen a 18Wh 3.6V = 201.6V und 1kWh.

Abmessungen: 830 x 220 x 370 mm

Abmessungen Zelle: 111 x 14 x 112 mm

Gewicht: 31,5 kg

Gewicht Zelle: 0,25 kg

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.

Yaris Cross Hybrid

• Lithium Ionen
• 48 Zellen
• 177.6 V
• 0,764 kWh

Hersteller

Panasonic

Hersteller der Prius-Batterien ist Panasonic.

Nachrüstpacks

Bosch bietet seit einiger Zeit Nachrüstpacks mit Zylindrischen Zellen an. Der Zellhersteller ist nicht bekannt. Die mechanische Konstruktion ist eine variante der NHW10 Packs und den Honda-Packs, und weisen verblüffende Ähnlichkeiten zu Packs auf die auf Aliexpress gehandelt werden.

Die Original-Akkus mit Panasonic-Zellen funktionieren bis zu -30 °C und überstehen über 8000 Zyklen bei 80 % DOD, wurden auf einem Schüttler getestet und halten Crash-Belastungen stand. Es ist höchst unwahrscheinlich, dass diese zylindrischen Zellen die OEM-Spezifikation erfüllen werden, da zylindrische Zellen von der Toyota Motor Corporation bereits vor Jahrzehnten abgeschafft wurden. Darüber hinaus gibt es in der BMS-ECU ein Batteriemodell, das neu programmiert werden muss.

Es gibt sehr gute Zellen, z.B. ARTS Energy Ni-MH 33600 VHP6 mit 6Ah liefert bis zu +230 A – 180 A und kann 3000 Zyklen bei 80 % DOD überstehen. Sofern jedoch nicht bestätigt, haben das Bosch Mobility-Paket und die bei Alibaba Group, AliExpress oder Banggood Wholesale angebotenen Pakete das gleiche Problem, die Spezifikation der Zellen, der Hersteller und wie das Pack getestet wurde ist nicht bekannt.

Weblinks

• Elwiki: Bilder des Akkus und Kontaktreinigung
• Bild Relais der HV-Batterie Prius 2
• Infos über die Hybrid-Batterie-Module bei Panasonic
• Homepage von Johnson Controls, Inc. mit Varta als Tochterunternehmen
• Batterielüfter Geschwindigkeit setzen und anzeigen per Scangauge (Priuschat, english)