E-Auto Akku richtig laden - Lebensdauer verlängern

Die modernen Akkus heutiger Elektrofahrzeuge sind für ca. 2000-3000 Ladezyklen ausgelegt, Tendenz steigend. Die Anzahlzahl der Ladezyklen bitte nicht mit Ladevorgängen verwechseln. Ein Ladezyklus entspricht immer einer kompletten Ladung von 0-100%. Lädt man z.B. in der Woche mit 2 Ladevorgängen den Akku jeweils um 50% nach, entspricht dies einem kompletten Ladezyklus.

Besitz der Akku des E-Autos eine Reichweite von 400km, entspricht dies einer theoretischen Lebensdauer von 800.000 km (2000 Ladezyklen x 400km Reichweite). Je mehr Reichweite bzw. Kapazität der Akku hat, desto länger die theoretisch mögliche Gesamtkilometerleistung. Die wenigsten Fahrzeuge werden diese hohe Streckenleistung jemals erreichen, doch leider ist die Lebensdauer, neben der Anzahl der maximalen Ladezyklen, noch von weiteren Faktoren abhängig.

Forscher: Akku in VW ID.3 hält viel länger als garantiert, als Nächstes ist Tesla Model 3 dran

Bei jedem Elektroauto der Marke Volkswagen gilt für den Akku eine Garantie über 8 Jahre und 160.000 Kilometer, bei Tesla nur für das kleinste Model 3, während bei den Modellen mit mehr Kapazität bis zu 240.000 Kilometer mindestens 70 Prozent zugesichert werden. Das geht aus einer Übersicht des ADAC von vergangenem Juni hervor und entspricht ungefähr den Werten, die nach älteren Studien von Elektroauto-Batterien mindestens zu erwarten sind. In Wirklichkeit scheinen sie aber schon viel besser zu sein.

Forscher kaufen VW ID.3 und Module

Die Annahmen zur Lebensdauer von Akkus in Elektroautos spielen eine wichtige Rolle nicht nur für Kunden, sondern auch in der politischen Diskussion: Von ihnen hängt stark ab, welche CO2-Emissionen aus der Batterie-Herstellung sich pro Kilometer ergeben – je länger ein Akku hält, desto niedriger sind sie. Schon für relativ bescheidene Laufleistungen kommen die meisten aktuellen Untersuchungen zu dem Schluss, dass Elektroautos klimaschonender sind als Verbrenner oder auch Wasserstoff-Fahrzeuge.

Mit der zunehmenden Zahl moderner Elektroautos verschiedener Hersteller liegen längst neuere Tests mit technisch verbesserten Batterien vor – aber öffentliche Daten darüber sind rar, weil sie als wettbewerbskritisch gelten. Ein Team der Technischen Universität München hat deshalb zur Selbsthilfe gegriffen. Für eigene Untersuchungen kauften die Forscher einen VW ID.3 (s. Foto oben) und zusätzlich drei Module aus dem Akku-Paket eines Unfallwagen desselben Typs. Als Nächstes haben sie das Gleiche mit einem Tesla Model 3 vor, berichteten aber jetzt erst einmal erste Ergebnisse ihrer Beschäftigung mit dem VW-Elektroauto.

Mäßige Akku-Degradation bei hoher Leistung

Dass es hier Fortschritte gibt, zeigt sich schon an dessen Energie-Dichte. Für das komplette Akku-Paket ermittelten die Münchener Forscher 173 Wattstunden pro Kilogramm. Als Vergleich nennen sie den älteren Audi e-tron, wo jedes Kilogramm Akku nur für 136 Wattstunden reichte. Darüber hinaus berechneten sie unter anderem anhand von Tests mit einzelnen Zellen deren Haltbarkeit in unterschiedlich anspruchsvollen Zyklen. Diese Versuche laufen noch, aber die ersten Daten sprechen laut einem Fachbeitrag der Forscher dafür, dass der VW-Akku seine garantierte Haltbarkeit weit überschreiten wird.

Bisherige Studien sagen demnach zunächst einen raschen Kapazitätsverlust voraus, dann eine Weile einen linearen und danach wieder einen beschleunigten. Die ersten beiden Phasen konnten die TU-Forscher ebenso bestätigen wie die Erfahrung, dass schnelleres Laden Akkus stärker beansprucht. Eine erneut beschleunigte Degradation ab mehreren hundert Zyklen stellten sie aber nicht fest.

Selbst bei denkbar aggressivem vollständigem Laden und Entleeren mit 1C (beim VW-Elektroauto ID.3 Pro Performance mit 58 kWh Akku entsprechend 58 Kilowatt) nahm die Kapazität nach bislang 600 Zyklen nur auf knapp unter 90 Prozent ab. Bei einem realistischeren Autobahn-Szenario mit Gleichstrom-Laden nur bis 80 Prozent schaffte das Team vor der ersten Veröffentlichung gut 500 Zyklen, und die Kapazität lag noch merklich über 90 Prozent. Und bei Laden nur mit 11 Kilowatt Wechselstrom nach jeweils wenigen Kilometern Fahrt (200 Zyklen berücksichtigt) blieb der Verlust mit etwa 2 Prozent zunächst minimal.

Nächste Tests mit Tesla Model 3 und LFP

Umgerechnet in Kilometer würde das bedeuten, dass der Akku eines VW ID.3 selbst bei unrealistisch schnellem 1C-Leerfahren und -Laden noch kurz vor Erreichen der 160.000 Kilometer im Rahmen der vom Hersteller gegebenen 70-Prozent-Garantie nahezu 90 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität hat. Für die anderen beiden Szenarien erwartet das TU-Team entsprechend noch bessere Werte. „Von der Batterie kann eine Kilometerleistung und Lebensdauer weit oberhalb der Garantie (…) erwartet werden“, schreibt es.

Das sind gute Nachrichten für Kunden (der Hersteller dürfte es ja schon wissen) und Sachlichkeit in der politischen Elektroauto-Diskussion. Als Nächstes wollen die Forscher über die weiteren Ergebnisse ihrer Zyklen-Tests mit dem VW berichten und dann eine neue Reihe mit einem Tesla Model 3 mit LFP-Akku beginnen. Diese Zellchemie gilt ohnehin als besonders langlebig und könnte im Praxis-Versuch entsprechend noch bessere Werte zeigen.

Elektroauto-Batterie: Lebensdauer, Kapazität & Preis

Eine Elektroauto-Batterie ist – ähnlich wie der Tank bei einem Wagen mit Verbrennungsmotor – gewissermaßen das Herzstück eines Personenkraftwagens, der Strom zum Antrieb des Motors nutzt. Die bisher verwendeten Akkumulatoren ermöglichen jedoch nicht immer eine befriedigende Reichweite. Allerdings arbeiten bereits zahlreiche Unternehmen an der nächsten Generation von Akkus für E-Autos.

Der Elektroauto-Akku ist das Kernelement eines jeden E-Autos

Viele betrachten die Elektroauto-Batterie als den zentralen Bestandteil eines E-Autos. Schließlich beeinflusst sie einerseits die Reichweite des Fahrzeugs und andererseits die Ladezeit. Für den Erfolg der Elektromobilität im Allgemeinen ist es wichtig, dass die Reichweiten von E-Autos möglichst hoch und ihre Ladezeiten möglichst kurz sind.

Ein E-Auto-Akku ist eine Traktionsbatterie, welche aus mehreren parallel und seriell geschalteten Zellenblöcken beziehungsweise Akkumulator-Zellen zusammengesetzt ist. Sie befindet sich in den meisten Fällen im Fahrzeugboden. Auch wenn die Hersteller für Elektroauto-Akkus unterschiedliche Materialien verwenden, basieren die Batterien fast immer auf der Lithium-Ionen-Technik. Das chemische Element kommt sowohl in Anode und Kathode zum Einsatz als auch in der Elektrolytflüssigkeit. Derartige Batterien zeichnen sich durch gleich mehrere Vorteile aus:

Hohe Energiedichte

Große Anzahl an Ladezyklen möglich

Kein Memory-Effekt (keine Kapazitätsverringerung durch Teilentladungen)

Für die Herstellung einer Elektroauto-Batterie werden zahlreiche Rohstoffe benötigt, von denen es weltweit nur verhältnismäßig kleine Vorkommen gibt. Deshalb erprobt die Industrie bereits seit einiger Zeit auch Herstellungsverfahren, bei denen beispielsweise Kunststoffe, Schwefel oder Silizium zum Einsatz kommen.

Der Preis einer Elektroauto-Batterie

Für die vergleichsweise hohen Anschaffungskosten von Elektroautos ist größtenteils der Akku verantwortlich. Dieser ist nämlich nicht nur das schwerste Bauteil, sondern auch das teuerste. Prinzipiell gilt: Je höher die Kapazität der Elektroauto-Batterie, desto mehr Geld kostet das E-Fahrzeug. Für gewöhnlich wird der Preis für eine E-Auto-Batterie in Euro je Kilowattstunde angegeben. 2010 kostete eine Kilowattstunde durchschnittlich noch etwa 600 Euro. Allerdings fallen die Preise für Elektroauto-Batterien von Jahr zu Jahr. Zum aktuellen Zeitpunkt müssen Interessenten noch etwa 200 Euro für eine Kilowattstunde bezahlen.

Wie teuer eine Elektroauto-Batterie letztlich ist, unterscheidet sich aufgrund der verschiedenen Akkukapazitäten von Modell zu Modell. Beim Smart ForTwo Electric Drive fällt die Kapazität mit 17,6 Kilowattstunden vergleichsweise gering aus. Hier liegen die Kosten bei etwas mehr als 3.500 Euro. Ein Tesla Model S verfügt dagegen über einen E-Auto-Akku mit 100 Kilowattstunden. Folglich liegen die Kosten für die Batterie in diesem Fall bei rund 20.000 Euro.

Elektroauto-Batterie-Lebensdauer: Wie lange hält der Energiespeicher?

Üblicherweise liegt die Lebensdauer von Akkus für Elektroautos bei rund acht bis zehn Jahren. Für gewöhnlich geht eine E-Auto-Batterie jedoch nicht kaputt, sondern büßt lediglich, wie auch die Akkus von Handys und Laptops, mit der Zeit einen Teil ihrer Ladekapazität ein. Dies geschieht in kleinen Schritten, wodurch sich die Kapazität auf 70 bis 80 Prozent reduziert. Die Folge ist eine deutlich geringere Reichweite. Wie lange der Energiespeicher im Einzelfall hält, hängt von mehreren Faktoren ab:

Anzahl der Ladezyklen

Art der Aufladung (Normalladepunkt oder Schnellladestation)

Fahrstil

Äußere Einflussvariablen wie die Temperatur

Um die Lebensdauer des Akkus zu erhöhen, empfiehlt es sich, extreme Ladestände zu vermeiden. Achten Sie in diesem Zusammenhang nach Möglichkeit darauf, dass der Akkustand nicht unter 20 Prozent fällt.

Elektroauto-Batterie-Kapazität: Wie viel Energie speichern die Akkus?

Auch hinsichtlich der Akkukapazität lassen sich große modellspezifische Unterschiede beobachten. Die größten derzeit erhältlichen Elektroauto-Batterien speichern etwa 100 Kilowattstunden. Bei einem Verbrauch von 15 bis 25 Kilowattstunden pro 100 Kilometer kommen Elektrofahrzeuge wie der Tesla Model S/X, der Jaguar I-Pace oder der Audi e-tron mit einer Akkuladung zwischen 400 und 600 Kilometer weit. Allerdings gibt es zahlreiche Modelle, bei denen die Kapazität der Batterie wesentlich niedriger ausfällt. Beispiele hierfür sind der e-Golf von Volkswagen mit 35,8 Kilowattstunden oder der BMW i3 (94 Ah) mit 27,2 Kilowattstunden.

Elektroauto-Batterie: Mieten oder kaufen?

Mancher Hersteller bietet seinen Kunden beim Kauf eines Elektroautos die Möglichkeit, den Akku lediglich zu mieten. Ob es sich dabei um eine lohnenswerte Option handelt, lässt sich jedoch nicht pauschal beantworten. Ein Vorteil beim Mieten des Akkus besteht darin, dass der Kaufpreis des Autos niedriger ausfällt. Von Nachteil ist jedoch, dass monatliche Raten anfallen. Wer sich für den Kauf einer Elektroauto-Batterie entscheidet, profitiert in der Regel von einer verlängerten Garantiezeit. Diese liegt häufig zwischen fünf und acht Jahren. Falls Sie den Akku dagegen mieten, kümmert sich im Schadensfall das entsprechende Unternehmen um Ersatz.

Die Feststoffbatterie: Der nächste Technologiesprung

Aktuell unternehmen die Autohersteller große Anstrengungen, um die Entwicklung leistungsfähigerer Akkus voranzutreiben. Vielversprechend sind vor allem sogenannte Feststoffbatterien. Anders als Lithium-Ionen-Akkus benötigen derartige Batterien keine gelartige Flüssigkeit zur Aufrechterhaltung des Spannungsflusses zwischen den Elektroden. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, eine Feststoffbatterie mit Flüssigkeit zu kühlen.

Diese neuartigen Akkus besitzen eine höhere Energiedichte, was für eine höhere Reichweite und kürzere Ladezeiten sorgt. Erste E-Auto-Modelle mit Feststoffbatterie sollen 2020 erscheinen. Andere Schätzungen gehen allerdings davon aus, dass noch etwa fünf Jahre vergehen werden, bis die Technologie serienreif ist.