eCitaro: LFP statt NMC und…

Weniger Gewicht, längere Lebensdauer und mehr Wirtschaftlichkeit: Mit der nächsten Generation des eCitaro vollzieht Mercedes-Benz einen grundlegenden Technologiewechsel. Statt der bislang verwendeten NMC-Zellen (Nickel-Mangan-Kobalt) kommt künftig die Zellchemie LFP (Lithium-Eisenphosphat) zum Einsatz. Damit rücken nicht mehr allein Reichweite und Energiedichte, sondern zunehmend die Wirtschaftlichkeit über den gesamten Lebenszyklus in den Mittelpunkt.

Lithium-Ionen-Batterie ist nicht gleich Lithium-Ionen-Batterie. Insbesondere die Zellchemien NMC und LFP unterscheiden sich hinsichtlich Energiedichte, thermischer Stabilität, Lebensdauer und Kosten. Welche Technologie die bessere Wahl ist, hängt deshalb entscheidend vom jeweiligen Einsatzgebiet ab. Für die Elektromobilität sind Batterien schließlich eine Schlüsseltechnologie – und ihre Auslegung bestimmt maßgeblich die Wirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs.

Grundbaustein der neuen eCitaro-Generation ist ein einheitliches Batteriepaket mit rund 50 kWh nominaler Speicherkapazität. Daimler Buses bezeichnet diese Baugruppe als Kompaktbatterie. Je nach Fahrzeuglänge und Einsatzprofil lassen sich Solobusse mit sechs bis zwölf dieser Batteriepakete ausstatten. Für die Gelenkbusvariante sind acht bis 14 Pakete vorgesehen. Die Batterien werden jeweils auf dem Fahrzeugdach und im Unterbodenbereich verteilt.

Die neue Batteriegeneration soll ab 2028 zum Einsatz kommen. Der 12-Meter-Solobus wird mit 300, 400, 500 oder 600 kWh erhältlich sein, der Gelenkbus mit einer Gesamtkapazität von 400 bis 700 kWh. Genaue Angaben zu den endgültigen Konfigurationen und zur Reichweite will Daimler Buses nach Abschluss der derzeit laufenden Testfahrten veröffentlichen. Doch was steckt hinter dem Wechsel der Zellchemie? Bei NMC-Batterien besteht das Kathodenmaterial aus Nickel, Mangan und Kobalt.

Je nach Zusammensetzung kommen unterschiedliche Varianten zum Einsatz, beispielsweise NMC 111, NMC 622 oder NMC 811. Die Zahlen beschreiben das jeweilige Verhältnis der drei Metalle. Vor allem der Nickelanteil beeinflusst die Energiedichte. Moderne NMC-Zellen können deshalb vergleichsweise viel Energie bei geringem Gewicht und Bauraum speichern. Das ist insbesondere bei Elektrofahrzeugen von Vorteil, bei denen eine möglichst große Reichweite mit einem möglichst geringen Batteriegewicht kombiniert werden soll.

NMC eignet sich daher vor allem für Anwendungen, bei denen Platz und Gewicht entscheidende Faktoren sind. Dazu gehören Elektroautos mit hohen Reichweitenanforderungen ebenso wie Nutzfahrzeuge, bei denen jedes zusätzliche Kilogramm die verfügbare Nutzlast beeinflussen kann. Nachteilig sind die vergleichsweise hohen Rohstoffkosten und die Abhängigkeit von Nickel und Kobalt. Hinzu kommt eine geringere thermische Stabilität gegenüber LFP-Zellen.

Ein entsprechend leistungsfähiges Batterie- und Temperaturmanagement ist deshalb besonders wichtig. Bei LFP-Batterien besteht das Kathodenmaterial aus Lithium-Eisenphosphat (LiFePO₄). Nickel und Kobalt werden dafür nicht benötigt. Das reduziert die Abhängigkeit von diesen Rohstoffen und kann sich positiv auf die Materialkosten auswirken. Ein wesentlicher Vorteil der LFP-Technologie ist ihre hohe thermische Stabilität. Die chemische Struktur des Eisenphosphat-Kathodenmaterials ist besonders robust.

LFP: Sicherheit und Langlebigkeit im Mittelpunkt

Dadurch liegt die Schwelle für ein thermisches Durchgehen (Thermal Runaway) höher als bei NMC-Zellen. Das bedeutet allerdings nicht, dass LFP-Batterien grundsätzlich brand- oder gefahrlos sind. Auch sie benötigen ein leistungsfähiges Batteriemanagementsystem, eine geeignete Temperaturüberwachung und ein umfassendes Sicherheitskonzept. Ein weiterer Pluspunkt ist die hohe Zyklenfestigkeit. Abhängig von Zellqualität, Betriebsbedingungen und Entladetiefe erreichen LFP-Zellen häufig mehrere tausend Lade- und Entladezyklen.

Damit eignen sie sich besonders für Anwendungen, bei denen Batterien regelmäßig und intensiv genutzt werden. Der Nachteil ist die geringere Energiedichte. Für dieselbe Speicherkapazität benötigen LFP-Batterien in der Regel mehr Gewicht und Bauraum als vergleichbare NMC-Systeme. Zudem können sie insbesondere beim Laden bei niedrigen Temperaturen stärker eingeschränkt sein.

NMC oder LFP: Die Anwendung entscheidet

Beide Zellchemien haben ihre Berechtigung. NMC bietet Vorteile bei Energiedichte, Gewicht und Bauraum. LFP überzeugt durch thermische Stabilität, Zyklenfestigkeit und eine geringere Abhängigkeit von kritischen Rohstoffen. Als grobe Orientierungswerte werden für NMC häufig etwa 1.000 bis 2.000 Vollzyklen und für LFP etwa 2.000 bis 5.000 Vollzyklen genannt. Die tatsächliche Lebensdauer hängt allerdings wesentlich von Temperatur, Ladezustand, Ladeleistung und Entladetiefe ab.

Auch im Nutzfahrzeugbereich ist deshalb eine differenzierte Betrachtung notwendig: Während bei Langstreckenfahrzeugen die hohe Energiedichte von NMC Vorteile bieten kann, können bei Stadtbussen, Verteilerfahrzeugen oder anderen Fahrzeugen mit regelmäßigen Ladezyklen die Langlebigkeit und Robustheit von LFP entscheidende Argumente sein.

Neue Ladetechnik: Bis zu 450 kW

Nicht nur bei den Batterien, auch beim Ladesystem hat Mercedes-Benz die neue eCitaro-Generation grundlegend weiterentwickelt. Die Fahrzeuge können über einen CCS2-Anschluss mit bis zu 400 kW oder mittels Pantograf beziehungsweise Ladeschienensystem mit bis zu 450 kW geladen werden. Ein einzelner Bus lässt sich mit bis zu drei Ladeschnittstellen ausstatten – wahlweise mit drei CCS2-Anschlüssen oder einer Kombination aus zwei CCS2-Anschlüssen und einem Pantografensystem.

Bei den Hochvoltkomponenten setzt Daimler Buses teilweise auf Technik aus dem Lkw-Baukasten. Dazu gehören beispielsweise Stromverteiler (Power Distribution Unit, PDU), Hochvoltkabel, Ladestecker und Kompressor, die für den Buseinsatz angepasst werden. Die Kompaktbatteriemodule, die Ladeschiene, der Pantograf und die Antriebsachse wurden hingegen speziell für den Einsatz im Omnibus entwickelt und konfiguriert.

Weniger Gewicht – mehr Nutzlast?

Besonders interessant ist der Blick auf das Fahrzeuggewicht. Der neue eCitaro als Solobus soll ein Leergewicht von rund 13.050 Kilogramm erreichen. Die aktuelle Generation kommt mit fünf NMC4-Batteriepaketen auf rund 13.800 Kilogramm. Das entspräche einer Gewichtsreduzierung um etwa 750 Kilogramm. Für Verkehrsunternehmen ist das mehr als eine technische Kennzahl: Weniger Eigengewicht bedeutet grundsätzlich mehr Spielraum bei der verfügbaren Nutzlast und damit bei der möglichen Fahrgastkapazität.

Gerade im Stadtverkehr kann dieser Aspekt wirtschaftlich relevant sein. Hinzu kommt ein weiterer Vorteil der LFP-Technologie: Sie verträgt unter geeigneten Betriebsbedingungen einen höheren Ladezustand. Während NMC-Batterien im Alltag häufig nicht vollständig geladen werden, um die Alterung zu begrenzen, kann bei LFP ein größeres Ladefenster genutzt werden. Das kann die tatsächlich verfügbare Energiemenge erhöhen und einen Teil des Nachteils bei der Energiedichte ausgleichen.

Wirtschaftlichkeit statt maximaler Reichweite?

Warum wechselt Mercedes-Benz von NMC zu LFP? Eine längere Lebensdauer, geringere Materialkosten und eine höhere thermische Stabilität dürften wesentliche Gründe sein. Gerade bei Elektrobussen, die täglich über viele Betriebsstunden eingesetzt werden und regelmäßig Lade- und Entladezyklen absolvieren, kann die hohe Zyklenfestigkeit von LFP ein entscheidender Vorteil sein. Eine langlebigere Batterie kann die Kosten für Ersatzbatterien reduzieren, die Fahrzeugverfügbarkeit verbessern und ungeplante Batteriewechsel vermeiden.

Damit lässt sich die Wirtschaftlichkeit über die gesamte Nutzungsdauer verbessern – ein wichtiger Faktor bei der Berechnung der Total Cost of Ownership (TCO). Der Wechsel ist deshalb mehr als eine technische Weiterentwicklung. Er zeigt auch eine veränderte Prioritätensetzung: Nicht mehr ausschließlich die größtmögliche Reichweite steht beim Elektrobus im Vordergrund. Entscheidend ist zunehmend, wie wirtschaftlich sich ein Fahrzeug über seine gesamte Einsatzdauer betreiben lässt.

Mit der neuen eCitaro-Generation setzt Mercedes-Benz damit ein deutliches Zeichen: Die Zukunft des Elektrobusses entscheidet sich nicht allein an der Batteriekapazität, sondern ebenso an Lebensdauer, Nutzlast, Ladeleistung und Gesamtbetriebskosten. (DaimlerBuses/omnibus.news/Sr)