Gelenkbus Mercedes-Benz eCitaro G Elektrobus Daimler Buses Daimler Truck AG
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Elektro-Bus Mercedes eCitaro G

Hier fährt die Feststoffbatterie in Serie

Daimler bietet seinen elektrisch angetrieben Bus jetzt wahlweise mit Feststoffbatterie an. Die erste Serienanwendung der neuen Akkutechnik bietet mehr Reichweite und weniger Gewicht.

Die Feststoffbatterie debütiert nicht heimlich, aber doch vergleichsweise still und leise mit der Gelenkbus-Variante des eCitaro. Der eCitaro G startet mit der Lithium-Ionen-Batterie aus dem Solobus eCitaro. Noch 2020 will Mercedes eine neue Generation dieses NMC-Akkus (Nickel-Mangan-Kobalt) bringen, mit der die Kapazität von 292 kWh auf bis zu 396 kWh steigt. Entsprechend höher ist die Reichweite des Gelenkbusses. Im Ganzjahreseinsatz soll er 200, bestenfalls sogar 270 Kilometer weit kommen. Dafür wiegt der Stromspeicher (aus 12 Modulen à 33 kWh) insgesamt 3,4 Tonnen.

Festkörperakku vom Zulieferer

Noch bemerkenswerter: Trotz der gesteigerten Kapazität bei normalen Lithium-Ionen-Akkus mit flüssigem Elektrolyt wird es den Citaro G alternativ mit Festkörperbatterien geben, "als zweiter Technologiepfad", wie Daimler sagt. Der hier feste statt flüssige Elektrolyt – daher die Bezeichnung – macht sie zudem weniger brandgefährlich als der flüssige herkömmlicher Lithium-Ionen Akkus. Vorteile des Festkörper-Akkus aus Sicht von Mercedes: hohe Energiedichte und besonders große Lebensdauer. Den Akku kauft Mercedes bei Blue Solutions, einer Tochterfirma des französischen Bolloré-Konzerns.

Feststoffbatterie VW Feststoff Akku
Alternative Antriebe

Dort stellt man Lithium-Polymer-Batterien her, der Elektrolyt ist also noch elastisch, nicht keramisch fest. Aber Bolloré setzt auf Lithium-Eisenpohospaht, darum braucht der Batterietyp keine Rohstoffe wie Kobalt, Nickel oder Mangan. Mit sieben Batteriepaketen kommt der Festkörperakku im eCitaro G mit 7 Modulen à 63 kWh auf eine Gesamtkapazität von 441 kWh. Ein Modul wiegt etwa 450 kg, der Akku insgesamt kommt auf 3,2 Tonnen. Mehr Kapazität, weniger Gewicht – die Festkörper-Batterie kommt auf eine höhere Energiedichte als die Alternative mit flüssigem Elektrolyt – 0,14 kWh/kg statt 0,11 kWh/kg. Weil seine Wohlfühltemperatur bei etwa 80 Grad (im Vergleich zu 25 Grad bei herkömmlichen Akkus) liegt, muss er gut isoliert sein. Darum braucht er etwas mehr Raum, was aber im Bus kein Problem ist.

Mehr Reichweite, langsamer Laden

Die Reichweite von etwa 230 Kilometer im Ganzjahreseinsatz und etwa 320 Kilometer genügt für einen stadtbustypischen Einsatz. Der Durchschnittswert Wert für den Ganzjahreseinsatz liegt bei der LiNMC Batterie bei ca. 200 km, günstigenfalls bei 270 km. Warum die höhere Energiedichte nicht noch mehr Reichweiten-Plus bringt? "Die Reichweite ist bei Bussen stark von der Klimatisierung und Beheizung abhängig, was durch die niedrigen Durchschnittsgeschwindigkeiten (teils nur etwa 15 km/h) nochmals verstärkt wird. Vor diesem Hintergrund kommt dem effizienten thermischen Energiemanagement eine besondere Bedeutung zu", weiß Daniel Vorgerd, Gesamtprojektleiter eCitaro bei Mercedes.

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Mit der Festkörperbatterie kann der eCitaro mit maximal 80 kW laden. Eine volle Ladung dauert mehr als 5 Stunden.

Die überschaubare Schnellladefähigkeit macht den eCitaro G mit Festkörper-Batterie allerdings zum typischen so genannten Depotlader. Die maximale Ladeleistung leitet sich aus der Kapazität der Batterie ab. Bei der Konfiguration mit 441 kWh Kapazität sind nur etwas mehr als 80 kW Ladeleistung möglich; damit ist Stromtanken während des Einsatzes wenig sinnvoll – eine 80-Prozent Ladung dauerte so gut vier Stunden, nach einer halben Stunde laden wäre die Reichweite rein rechnerisch gerade mal um etwa 25 Kilometer gestiegen – die ganze Nacht im Depot mit weniger Leistung Laden passt besser zum Feststoffakku.

Schneller laden mit flüssigem Elektrolyth

Wenn die Infrastuktur auf den Strecken der Busse passt und die Standzeiten im Depot kürzer sind, ist der herkömmliche Lithium-NMC-Akku mit flüssigem Elektrolyth besser geeignet. Er kann mit etwa laden, das allerdings nur an Ladeschienen oder einer Oberleitung. Doch selbst am Stecker sind mit ihm 150 kW Ladeleistung möglich.

Im eCitaro G gibt es beide Technologien für die unterschiedlichen Einsatzstrategien der Verkehrsunternehmen. Neben dem Fahrprofil sind Faktoren wie Depotsituation, Infrastruktur und Anschlussleistung entscheidend. Weil das gar nicht so einfach einzuschätzen ist, bietet Mercedes zur Technik auch die entsprechende Beratung (E-Mobility Consulting) für Verkehrsbetriebe an. Da geht es auch um die jeweils kostengünstigere Lösung. Überraschenderweise ist die in der Anschaffung teurere Festkörper-Batterie für den Kunden über die Lebensdauer des Fahrzeugs günstiger, weil sie mit ihrer höheren Zyklusfestigkeit erheblich länger hält.

Aiways U5
Tech & Zukunft

Ab 2022 will Mercedes die Reichweite des Feststoffakku-eCitaro (G) zudem mit einer Brennstoffzelle als Range-Extender weiter steigern. Sie soll Zwischenladungen und die dafür notwendige aufwendige Infrastruktur in nahezu allen Fällen überflüssig machen – allerdings braucht es dann die Möglichkeit Wasserstoff nachzutanken.

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Fazit

30 Prozent mehr Energiedichte für den Feststoffakku – das klingt noch nicht nach Quantensprung, aber nach einem großen Schritt. Und auch wenn die Busabteilung von Mercedes nichts zur Übertragbarkeit der Technologien im eCitaro auf Lkw oder gar im bauraumkritischeren Pkw sagen will: Ein Festkörperakku in Serie lässt genauso aufhorchen, wie ein Brennstoffzellen-Range-Extender. Angesichts von neun Milliarden Euro an Investitionen der Bundesregierung in Wasserstofftechnologien könnte man sich gut vorstellen, dass der ÖPNV bald mehr und mehr Zugriff auf "grünen" Wasserstoff bekommt und auch Busse ohne fossile Energieträger auskommen.

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