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Zehn Jahre Serienhybridtechnologie feierte Toyota – und gab in diesem Rahmen Anhaltspunkte, welche Innovationen in den kommenden zehn Jahren zu erwarten sind.

Batterien: leichter, leistungsfähiger

Ein Nickel-Metallhydrid (NIMH)-Akku – das bisher gängige Batteriesystem für Fullhybrids – bestand ursprünglich aus einer Vielzahl zylinderförmigen Batterien (aus dem Konsumerbereich bekannt), die in einem sperrigen Gehäuse untergebracht waren. Noch während der ersten Generation des Prius integrierten Panasonic und Toyota eine aus einzelnen Zellen bestehenden Akku. Deren flexiblere Anordnung ermöglichte Akkugehäuse, die sich der Form des Fahrzeugbodens anpassen.

In den kommenden zehn Jahren kann man davon ausgehen, dass Batterien in der Formgebung noch variabler werden. Begrenzt wird dies möglicherweise durch einen höheren Aufwand an Kühlung, da die Akkus leistungsfähiger werden und mehr Hitze erzeugen. Unterstützt wird das bessere Packaging hingegen durch die weitere Reduzierung der Baugröße und des Gewichtes der Energiespeicher: Der Hochvolt-Akku der ersten Prius- Fahrzeuge wog 70 Kilogramm und in späteren nur noch 48 Kilogramm. Im Prius II schafften Detailverbesserungen weitere neun Kilogramm Gewichtsreduzierung – und diese bei einer Leistungssteigerung von insgesamt 35 Prozent durch bessere Kühlung und 15 Prozent weniger Volumen.

Der Trend zu mehr Leistungsdichte bei vergleichsweise weniger Gewicht und Volumen setzt sich in den Lexusgenerationen fort. Heute werden 45 Kilowatt Batterieleistung erreicht. Die Japaner verfolgen bei Akkus auch in Zukunft ihren konservativen Ansatz: Sie entnehmen den Batterien in einem sehr engen ,Entladungsfenster‘ nur rund 15 Prozent der Kapazität – und bewegen sich so auf der sicheren Seite. Ziel ist es, dieses ,Fenster‘ weiter zu öffnen und somit mehr von der vorhandenen Energie zu nutzen.

Technologiesprung LiIon-Akku

Bei den annähernd dreimal leistungsfähigeren Lithium-Ionen (LiIon)-Batterien, wird diese Toyota-Strategie voraussichtlich nicht geändert. Der OEM plant LiIon-Technologie voraussichtlich 2008 in einem ersten Serienfahrzeug zu verbauen. Die Leistungssteigerung werden die Japaner vorerst nicht dafür nutzen, die Batteriekapazität weiter zu erhöhen. Der Fokus liegt eher auf der Entwicklung kleinerer, leichterer, fertigungsoptimierter und preiswerterer Batterien. Zudem stellen sich die Herausforderungen laut Toyota in der Entwicklung von praxistauglichen Systemen zur Druck- und Temperaturkontrolle der neuen Speichergeneration.

Dem elektrischen Fahren über größere Reichweiten (mehr als zwei Kilometer) werden sich die Japaner traditionsgemäß vorsichtig nähern. Möglicherweise lässt sich diese Reichweite mit derzeitigen Fahrzeugstrukturen etwas mehr als verdoppeln und dabei auch die Fahrgeschwindigkeit erhöhen. 45 Stundenkilometer können derzeit bei konstantem elektrischen Fahren realisiert werden. In den kommenden zehn Jahren werden Plug-In-Hybrids auch bei Toyota ins Spiel kommen – den künftigen Umweltauflagen und Rahmenbedingungen in Ballungsräumen folgend. Batterien lassen sich bei dieser Variante sowohl am externen Stromanschluss laden wie auch bisher über den Verbrennungsmotor. Toyota rechnet: Für rund 30 Kilometer ausnahmslos elektrisches Fahren ist die sechsfache Batteriekapazität der im Prius eingesetzten Batterien notwendig – und demzufolge für heutige Fahrzeuge unrealistisch.

Es ist anzunehmen, dass die Japaner deswegen die größeren Energiespeicher in neue Fahrzeugkonzepte steckt: Sandwichboden- Konstruktion mit Unterfluranordnung der Speicher in optimaler Schwerpunktlage. Das höhere Gewicht der Batterien lässt sich durch teuren Leichtbau kompensieren – aber auch durch kleinere Autos. Das Stadtauto wird in zehn Jahren das Bild in den Metropolen bestimmen. Die IAA 2007 wird zeigen, dass die Japaner diesen Trend nicht alleine bestimmen.

Hybrid-Evolution der Komponenten

Batterien: Leistungsdichte wurde bei vergleichbaren Baumaßen um das 2,5-fache erhöht. Die Nickelmetallhydrid-Technologie kommt an ihre Grenzen – 1400 Watt pro Kilogramm lassen sich noch auf 1 500 steigern (bei 50 Prozent State of Charge). Die Lithium-Ionen-Batterie leistet laut Toyota heute 2 500 und ,Morgen‘ über 3500 Watt pro Kilogramm. Steuergeräte: Ein Beispiel für eine der Fortschritte liefert die Steuereinheit des Lexus GS 450 h, die 63 Prozent kleiner (Größe einer 12 Volt-Batterie) und 43 Prozent leichter als im noch jungen SUV Lexus RX 400 h ist.

Eine noch kompaktere Steuerung wird im Laufe der kommenden zehn Jahre möglicherweise in der Motor-/ Getriebeeinheit integriert. Elektromotoren: von 20 Kilowatt im Prius I auf 165 Kilowatt im LS 600 h. Dabei erhöhte sich das Gewicht der Hybrideinheit (ohne Batterie) von 107 nur um rund 15 Kilogramm. Einen Technologiesprung ist in zirka zehn Jahren zu erwarten: Radnabenmotoren werden die jetzigen Technologie – inklusive der Fahrzeugkonfiguration – komplett auf den Kopf stellen. Mit dem Stadtauto FineX stellt Toyota diesen Weg vor.

Steuereinheit des Lexus LS 600 h: Den großen, motorraumbestimmenden Baukasten im Lexus RX 400 h konnte Toyota auf das Baumaß einer 12 Volt-Batterie verkleinern.

Bilder: Toyota