Warum Akkus bisher als Ganzes angesteuert werden

Bei den meisten Elektroautos besteht die Hochvoltbatterie aus Tausenden einzelnen Zellen. Diese Zellen sind zu Modulen und Gruppen gebündelt. Das Batteriemanagementsystem misst die Spannung jeder Zelle oder jedes Moduls, doch beim Laden und Entladen werden alle Zellen gleich behandelt. Verlangt der Elektromotor 100 kW, liefert das gesamte Paket 100 kW. Lädt das Auto mit 150 kW, wird jede Zelle gleich belastet.

Mercedes-Benz will dieses Modell mit dem Power Converter durchbrechen. Die Technologie befindet sich noch in der Entwicklungsphase, doch das Grundprinzip ist klar. Jede Zelle oder Zellgruppe erhält einen eigenen, programmierbaren Mikro-Umrichter. Damit wird nicht nur die Spannung überwacht, sondern auch der Strom beim Laden und Entladen geregelt. Für die Branche bedeutet das eine Verlagerung von passiver Messung hin zu aktiver Steuerung.

Eine defekte Zelle muss nicht mehr das ganze Paket ersetzen

Ein Akku eines Elektroautos fällt meist nicht als Ganzes aus. In der Regel kann eine oder wenige Zellen die Spannung nicht mehr halten, während ihre Nachbarn intakt bleiben. Das Fahrzeug zeigt dann eine Fehlermeldung, und eine Werkstatt rät häufig zum kompletten Akkutausch. Außerhalb der Garantie kann das erhebliche Kosten verursachen. Mit dem neuen Ansatz lässt sich laut Mercedes-Benz eine schwache Zelle über den zugehörigen Mikro-Umrichter einfach abschalten. Die Gesamtkapazität sinkt dann etwas, doch das Auto fährt weiter wie bisher.

Für den Gebrauchtwagenmarkt ist das relevant. Ein Akku mit beispielsweise 80 kWh, der durch eine verschlechterte Zelle unbrauchbar geworden ist, würde in einem System mit Zellregelung größtenteils nutzbar bleiben. Der Unterschied zur heutigen Situation ist groß, da ein Austausch bisher oft schnell mehrere tausend Euro kostet. Zudem ließen sich Zellen unterschiedlicher Chemie oder unterschiedlichen Alters in einem Paket kombinieren, wobei die Umrichter jede Zelle auf dem eigenen Niveau laden.

Weniger Komponenten und ein modulares Akkusystem

Im bisherigen Aufbau übernimmt separate, schwere Leistungselektronik die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom. Beim Power Converter übernehmen mehrere Umrichter diese Aufgabe parallel. Dadurch ist ein einzelner großer Umrichter nicht mehr nötig. Auch die Hochspannung am Ausgang ist nicht mehr an die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen gekoppelt, sondern an die Umrichter und ihre softwaregesteuerte Ansteuerung. Das macht die Auslegung eines Akkus flexibler.

Mercedes-Benz nennt außerdem eine modulare Nutzung. Angenommen, ein Besitzer fährt im Schnitt nur 80 km am Tag. Das Auto kann dann einen Teil des Pakets in den Standby-Betrieb versetzen, sodass diese Zellen auf einem geeigneten Niveau bleiben. Für eine lange Reise steht die volle Kapazität wieder zur Verfügung. So wird der Akku nicht täglich vollständig ausgereizt, was die Alterung auf lange Sicht begrenzen kann.

Darüber hinaus ist im Power Converter das bidirektionale Laden integriert. Die Umwandlung zwischen Wechsel- und Gleichstrom erfolgt dann direkt in den Mikro-Umrichtern. Das bietet mehr Kontrolle darüber, wie der Akku genutzt wird, etwa beim Laden über eine heimische Installation oder bei der Rückspeisung von Energie ins Netz.

Die Kehrseite: Tausende zusätzliche Komponenten

Mercedes-Benz erklärt, die Technologie könne Reichweite und Effizienz künftiger Plug-in-Modelle verbessern. Das Unternehmen lässt jedoch einen wichtigen Punkt außen vor. Mit Tausenden Mikro-Umrichtern in einem Akkupaket steigt die Zahl möglicher Fehlerquellen deutlich. Jeder Umrichter muss zuverlässig, hitzebeständig und gegen Vibrationen und Feuchtigkeit gut geschützt sein. Wie sich diese Zuverlässigkeit langfristig entwickelt, ist derzeit noch offen.

Für den E-Auto-Markt ist das die entscheidende Frage. Verlängert der Power Converter die Lebensdauer im großen Stil, zahlt sich das durch geringere Kosten pro Kilometer aus. Fällt die Elektronik selbst häufiger aus, verlagert sich das Problem nur von der Zelle zum Umrichter. Es lohnt sich daher zu beobachten, ob Mercedes-Benz die Technologie in die Serienproduktion bringt und wie die Garantiebedingungen aussehen. Für Käufer eines Elektroautos wird sich in den kommenden Jahren zeigen, ob es sich um echte Innovation handelt oder um eine komplexe Lösung, die vor allem auf dem Papier überzeugt.