Batterie im Elektroauto: Wie bleibt der Speicher lange fit?

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Im Handy ist manchmal schon nach zwei Jahren Schicht: Der Akku lässt in der Leistung nach, das Gerät muss auch tagsüber geladen werden. Beim E-Auto will man dies auf keinen Fall, denn der Akku ist das teuerste Einzelteil eines Elektroautos. Die gute Nachricht: Dieser oft gezogene Vergleich hinkt gewaltig, dennoch gehört zur Wahrheit selbstverständlich, dass auch eine Traktionsbatterie im Elektroauto einem gewissen Verschleiß unterliegt.

Mit einem deutlich reduzierten Energiegehalt zu leben, ist auch keine Lösung, wenn das Auto plötzlich zwar noch den Weg in die Arbeit, aber am Abend nur noch halb wieder heim oder auf der Autobahn nur noch 80 km/h schafft. Bevor es so weit kommt, wird das Elektroauto aber einen defekten Speicher vermelden. Für den Kunden kostensparend bei nachlassender Leistung lieber die verfügbare Fahr- und Ladeleistung zu reduzieren, hat den Herstellern bislang nur Ärger eingebracht. Wird die Leistung jedoch nicht beschränkt und eine alternde Batterie ebenso wie eine neue behandelt, besteht die Gefahr einer Überhitzung bis zum Brand: Ein nachlassender Speicher hat einen erhöhten Innenwiderstand, was bei starkem Stromfluss, ob zum Laden oder Fahren, zu zusätzlicher Erwärmung führt und das thermische „Durchgehen“ auslösen kann.

Was macht der Hersteller?

Die Autohersteller sind sich all dessen bewusst und versuchen zu optimieren. So wird der Speicher vom Batteriemanagement gar nicht bis zur restlosen Entladung freigegeben und das Laden und Entladen auch je nach Umgebungstemperatur und Ladezustand beschränkt. Dass am teuren Schnelllader an der Tankstelle die Ladegeschwindigkeit ab Erreichen eines bestimmten Ladezustands immer weiter absinkt, liegt nicht daran, dass Ladestation oder Auto es nicht besser könnten, sondern der Akku andernfalls überhitzen und geschädigt würde. Ebenso wird bei rasanter Autobahnfahrt im Sommer mitunter das Temperament des Wagens heruntergeregelt.

In der Ruhe liegt die Kraft

Richtig wohl fühlt sich ein Lithium-Ionen-Akku bei etwa 20 Grad Celsius Umgebungstemperatur, etwa halb gefüllt und nur mäßiger Stromzufuhr oder -entnahme. Auch bei längerer Nichtbenutzung ist dies der beste Zustand, wobei dann auch tiefere Temperaturen kein Problem sind. Wohl aber bei der aktiven Benutzung: Auch ein kalter Akku hat einen höheren Innenwiderstand, was dann zwar zur schnelleren Erwärmung führt, doch auch zu verstärktem Verschleiß. Man sollte also mit kaltem Speicher nicht „Vollstrom“ geben.

Leider ist auch der Verbrauch bei kaltem Akku höher, weil die Verluste ansteigen. Im Winter braucht ein E-Auto leicht bis zu 30 Prozent mehr Strom für dieselbe Strecke als im Sommer, und das liegt nicht nur an der Heizung. Auf Kurzstrecken kann es sogar noch mehr sein. Auch das ist beim Verbrenner nicht anders.

Standheizung ist nicht nur für den Fahrer angenehm

Die Verluste lassen sich jedoch verringern, wenn die Batterie vorgeheizt wird. Wie des funktioniert, hängt vom Modell ab. Beim VW ID.3 reicht es, eine Viertelstunde vor Abfahrt die Standheizung einzuschalten. Optimal ist es, wenn er dabei mit Wärmepumpe ausgerüstet ist und noch an der Steckdose hängt, doch auch unterwegs kann es sinnvoll sein, mit Strom aus der Batterie vorzuheizen, auch wenn dies absurd klingt: Die zum Heizen benötigte Strommenge ist geringer als zum Fahren und der Speicher arbeitet anschließend effektiver und wird weniger verschlissen.

Bis 40 Grad Celsius wäre Hitze zunächst kein Problem, doch kommt die Erwärmung durch die Benutzung hinzu und die Batterie muss im Sommer bei der Fahrt unbedingt gekühlt werden, damit sie nicht noch heißer wird. Dies passiert bei guten E-Autos zwar automatisch, kann aber zu unerwartetem Abregeln führen. Hinzu kommt der Zusatzverbrauch für Klimaanlage. Schatten- oder Garagenparken ist also auch im Sommer sinnvoll.

Das Tempo!

Es spielt bei E-Autos eine deutlich größere Rolle als bei Verbrennern. Tempo 120 führt leicht zu 30 Prozent mehr Stromverbrauch als 90 bis 100 km/h und eine Geschwindigkeit von 160 km/h mindestens nochmal zu 30 Prozent mehr Verbrauch. Neben der Physik, dem steigenden Widerstand lässt auch die Effizienz der heutigen Elektromotoren bei höherer Geschwindigkeit etwas nach. Auch wem Umwelt und Kosten egal sind, wird sich möglicherweise ärgern, wenn er die durchs Schnellfahren gesparte Zeit in häufigere Ladestopps stecken muss.

Temperament verursacht Verschleiß

Das Temperament des E-Autos, das aus dem Stand fix beschleunigt, verführt zu flottem Fahren. Ein BMW i3 zeigt dann schon mal nach 20 km solcher Manöver 30 Prozent weniger Reichweite an, was deutlich macht, wie sehr die Fahrweise sich auf die Reichweite niederschlägt. Jene, die mit ihrem ersten E-Auto sofort mit Höchstgeschwindigkeit die gesamte Familie in den Urlaub bringen wollten, dann nach knapp über 100 km schon nachladen mussten und anschließend langatmig in der Presse darüber jammerten, was für ein fürchterlicher Mist so ein Elektroauto doch sei, hätten besser erst mal eine 20-km-Testfahrt unternommen.

Danach weiß man, was alles Tolles mit einem Elektroauto möglich ist, aber auch, wie heftig es sich auf die verbleibende Reichweite auswirken kann. Natürlich gehen solche Spurts auch auf die Akkulebensdauer, weil dieser zwar nur kurzfristig, aber dennoch stark belastet wird und eventuell bereits schwächere Zellen so rasch erhitzen, dass die Kühlung kaum noch nachkommen kann. Eine Entladung bis zu 3 C (dreifache Leistungsentnahme im Vergleich zum Energiegehalt) und höher ist hier durchaus normal, wenn der Motor beispielsweise 150 kW hat und der Akku 50 kWh.

Zu Hause laden

Es muss nicht die „Schnarchladung“ an der 230-Volt-Steckdose sein, die den Speicher in einer Nacht gar nicht komplett füllt, dafür die Installation stark belastet und wegen hoher Leitungsverluste zudem vergleichsweise teuer ist. Es reicht schon, an der 11-kW-Wallbox das Auto mit „reduziertem Ladestrom“ saugen zu lassen – es ist am nächsten Morgen trotzdem geladen. Doch auch der reguläre 11-kW-Ladevorgang ist schonender als das zudem teurere Schnellladen an der Tankstelle. Deren regelmäßige Nutzung wird ohnehin nur in den wenigsten Fahrprofilen notwendig sein.

Pech hat man allerdings, wenn man zu Hause nicht laden kann. Dann ist zu hoffen, dass der Arbeitgeber oder beispielsweise der Parkplatz am Bahnhof eine Alternative anbietet, bei der man auch nicht nach zwei Stunden „Strafgebühren“ für das Belegen der Ladesäule zahlen muss. Im Verlauf eines Arbeitstages ist ein E-Auto auf jeden Fall ebenso schonend zu laden wie über Nacht daheim.

Die C-Rate

Als Faustregel sind Ladungen mit mehr als 1 C zu vermeiden. Ist man unterwegs, so will man natürlich am Schnelllader wenig Zeit verbringen und dies bringt den Akku auch nicht um. Es ist nur keine gute Dauerlösung. Exakt ist die Definition von C übrigens das Verhältnis von Lade- bzw. Entladeleistung zum Energiegehalt der Batterie. Ein Speicher mit 50 kWh an einer 50 kW starken Ladestation wird mit 1 C geladen. Tatsächlich wird dieser dann aber länger als eine Stunde zur Vollladung benötigen, einerseits durch Ladeverluste, andererseits wegen der Abregelung, die meist ab 50 Prozent SoC einsetzt.

Kein Memoryeffekt

Die ersten neben dem Bleiakku gebräuchlichen Batteriezellen waren Nickel-Cadmium-Akkus. Diese waren bei der Mondlandung mit an Bord und ersetzten später immer öfter normale 1,5-V-Trockenbatterien. Bei NiCd-Akkus – und nur hier – zeigt sich der sogenannte „Memory-Effekt“: Die Zelle „merkt sich“, wie weit sie regelmäßig entladen wird und wird „faul“: Sie senkt nach einer Weile bereits bei dieser Teilentladung ihre Ausgangsspannung deutlich ab und verzichtet darauf, die restliche Kapazität korrekt bereitzustellen.

Dabei handelt es sich um keine permanente Beschädigung: Wird die NiCd-Zelle einige Male vollständig entladen und wieder aufgeladen, zeigt sie wieder ihre ursprüngliche Leistungsfähigkeit. Deshalb wurde früher in vielen Ladegeräte beim Nachladen teilentladener Akkus zunächst ein automatischer Entladevorgang gestartet, bevor die Speicher wieder aufgeladen wurden.

Empfehlungen

NiCd-Akkus werden jedoch wegen der Giftigkeit des Schwermetalls Cadmium seit Jahren nur noch in Sonderanwendungen verbaut. Ansonsten finden Nickel-Metallhydrid-Zellen mit ähnlichen Eigenschaften Anwendung, oder Lithium-Ionen-Akkus, die allerdings die dreifache Ausgangsspannung liefern und anders geladen werden müssen. Mittlerweile sind sie wegen ihrer höheren Kapazität in fast allen Geräten, ob Smartphone, Notebook oder eben E-Auto verbaut, wo die älteren Akkusysteme mit Blei oder Nickel auch viel zu schwer sind und das E-Auto zum Panzer werden lassen.

Bei beiden neueren Systemen, Ni-Mh und Li-Ion, gibt es keinen Memory-Effekt mehr. Somit ist es auch absolut überflüssig und für die Energiebilanz und die Lebensdauer des Akkus zudem sehr schädlich, ihn komplett zu entladen. Das E-Auto darf durchaus nach jedem Gebrauch wieder geladen werden, aber…:

Nicht ganz voll und nicht zu leer…

Wie schon erwähnt, Li-Ionen-Akkus fühlen sich halb geladen am wohlsten. Allgemein wird empfohlen, einen E-Auto-Akku im Normalfall nicht über 80 Prozent zu laden und nicht unter 20 Prozent zu entladen. Letzteres wird man schon vermeiden, um nicht liegenzubleiben, doch wenn man nicht gerade Langstrecken vor sich hat, sollte der Speicher auch nicht auf 100 Prozent vollgeladen werden und anschließend vor allem nicht längere Zeit so hoch geladen oder so tief entladen herumstehen. An der Schnellladesäule wird man ohnehin bei spätestens 80 Prozent aufhören zu laden, weil der Ladestrom zur Akkuschonung darüber sehr stark reduziert wird und man kaum wegen ein paar mehr Prozent mal eben eine weitere Dreiviertelstunde anhängen will.

VW empfiehlt beim ID.3, nur im Sommer von 80 bis 20 Prozent Ladung zu fahren; im Winter sollte schon bei 40 Schluss sein. Das ist nun wirklich ungünstig, denn gerade im Winter benötigt das E-Auto ja mehr Strom. Mit täglich 160 km Fahrtstrecke ist ein ID.3 damit bereits überfordert und man benötigt eigentlich ein E-Auto mit 500 km Reichweite oder muss zumindest auf 90 Prozent laden, um nicht am Ende nicht nur unter 40, sondern sogar unter 20 Prozent Ladung zu fallen.

Nicht leer stehenlassen

Was ist nun bei einer gegebenen Strecke besser, wenn die Spanne von 80 bis 40 Prozent nicht ausreicht, lieber höher zu laden oder tiefer zu entladen? Vom Aspekt der Fahrsicherheit her sicher ersteres, damit man nicht unerwartet ohne Reserve dasteht. Kennt man seine tägliche Fahrstrecke, so kann man dann schon etwas sparsamer laden. Wichtig ist nur, einen unter 40 Prozent entladenen Akku dann sofort wieder zu laden und den Wagen nicht leergefahren herumstehen zu lassen. Zumal das Laden eines noch vom Fahren warmen Akkus für diesen schonender ist als dies erst später mit einem winterlich kalten Akku zu tun.

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Wenn 80 Prozent Ladung reichen, sollte man es dann im Normalfall auch dabei belassen und das Auto entsprechend programmieren, ansonsten dürfen es auch mal 90 sein, täglich 100 Prozent sollte man allerdings tunlichst vermeiden. Falls diese benötigt werden, kann man auch versuchen, das Auto über einen Timer zu laden, wenn seine Software dies bietet, sodass es erst kurz vor Abfahrt der volle Energiegehalt erreicht wird. Dies birgt allerdings das Risiko, dass es dann doch noch nicht voll geladen ist, wenn man eher fahren muss oder sich mit der Ladezeit verschätzt hat.

Fazit: Ein teurer, kurzer Spaß?

Wer vernünftig mit dem Speicher umgeht, wird an seinem Elektroauto lange Freude haben. Zehn Jahre Lebensdauer bei sechsstelligen Kilometerzahlen sind absolut kein Problem und auch Kurzstecken und Stop & Go schaden dem E-Auto weit weniger als einem Verbrenner. Neben den mechanischen Teilen eines Autos wie Lenkung, Stoßdämpfern oder Radlager ist der Akku der einzige stark verschleißanfällige Anteil beim E-Auto – die Motoren sind es nicht, Krümmer, Auspuff & Co. gibt es ja gar nicht und die Elektronik ist nicht störanfälliger als bei modernen Verbrennern.

Lange Standzeiten über viele Wochen oder gar Monate ohne Nachladen und Fahren sollten allerdings vermieden werden. Zumal manche E-Autos die 12-V-Hilfsbatterie nur bei Laden und Benutzung nachladen. Diese kann plötzlich leer sein kann und ein Starten verhindern. Auch kann der E-Auto-Akku durch das herumstehen in die Tiefentladung kommen und Schaden nehmen. Hier sollte man zumindest alle zwei bis drei Wochen kontrollieren und ggf. auf 60 Prozent nachladen – bei diesem Wert ist der Akku auch über längere Zeit im optimalen Bereich.

(mfz)