Der Strom speichernde Akkumulator ist bei Elektroautos ein für die Funktion entscheidendes Bauteil, und teuer ist es obendrein. Etwa 150 bis 200 Euro kostet eine Kilowattstunde Kapazität bei einem Lithium-Ionen-Akku im Moment. Bei Kapazitäten von 30 bis zu 100 kWh, die in die gängigen Autos verbaut werden, bezahlt man also für den Akku allein 5.000 bis 20.000 Euro. Das ist zwar insgesamt erheblich weniger als noch vor fünf Jahren, als der Preis noch doppelt so hoch war, aber auch heute bleibt der Akku der entscheidende Kostentreiber bei der Preisgestaltung von Elektroautos.
Da kann es nicht verwundern, dass insbesondere dieser Bestandteil den Wert eines gebrauchten Elektroautos in Zukunft wesentlich bestimmen wird. Die aktuell benutzten Lithium-Ionen-Systeme haben nämlich eine Eigenschaft, die nicht unbedingt zum Werterhalt beiträgt: Sie verlieren verfügbare Kapazität. Konkret bedeutet Kapazitätsverlust für ein Akku-System, das meist aus vielen einzelnen Akkuzellen zusammengebaut wird sowie über eine elektronische Überwachung (ein so genanntes Batteriemanagementsystem, BMS) verfügt: Im Lauf der Zeit lässt sich damit immer weniger Ladung speichern.
Stephan Rohr
Die „Gesundheit“ eines Akku-Systems wird von ganz unterschiedlichen Faktoren beeinflusst. Diese Faktoren wirken einzeln oder zusammen auf die Physik des Akkus ein und bestimmen unterschiedlich stark dessen fortschreitenden Kapazitätsverlust. All das korrekt zu berechnen, ist aufgrund der Komplexität keine Kleinigkeit, daher haben wir uns Expertenrat von Stephan Rohr eingeholt, der als Wissenschaftler an der Technischen Universität München tätig ist. Dort leitet Rohr ein Team von 10 Mitarbeitern am Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik (FTM), um der Lebensdauer von Akkus sowie deren Beeinflussung durch unvermeidliche physikalische Vorgänge bzw. vermeidbare Fehler beim Gebrauch auf den Grund zu gehen.
Die Physik eines Lithium-Ionen-Akkus
In einem Lithium-Ionen-Akkumulator aktueller Bauart wandern Lithium-Ionen je nachdem, ob der Akku geladen oder entladen wird, von der Kathode zur Anode und natürlich umgekehrt. Die beiden Spannungspole sind getrennt durch eine Separator-Membran, durch die Ionen hindurch müssen. Kobalt, Graphit, Nickel, Silicium – neben dem Lithium kommen viele Metalle in Reinform oder als Metalloxide zum Einsatz. Der elektrochemische Prozess, der sich in einem Akku vollzieht, ist nicht für alle Zeit statisch, sondern die Materialien und deren Zusammensetzungen verändern sich, reagieren miteinander und natürlich auf äußere Einflüsse.
Stressfaktor 1: Die kalendarische Zeit
Die Menge des gespeicherten Stroms verschlechtert sich bei Lithium-Ionen-Akkus auch ohne Benutzung allein mit fortschreitender Zeit. Es treten so genannte parasitäre, unumkehrbare chemische Reaktionen auf, die bei Akkus der ersten Generation sogar schnell zum Totalverlust führten. Inzwischen hat man das viel besser im Griff. Die reine Zeit spielt daher inzwischen eine geringere Rolle bei der Kapazitätsverschlechterung. Trotzdem kann man sagen: Je älter ein Akku, desto geringer seine Kapazität.
Stressfaktor 2: Die Temperatur
„Die Temperatur eines Akkus bei der Lagerung, beim Aufladen sowie beim Entladen ist entscheidend für dessen Gesundheit“, stellt Stephan Rohr fest. Temperaturen zwischen -10 und +40 Grad sind generell die absoluten Unter- bzw. Höchstgrenzen, denen ein Akku im Betrieb ausgesetzt werden sollte. Werte darunter bzw. darüber können ihn schwer schädigen. Daher verfügen Akku-Systeme in Elektroautos über eine entsprechende Temperatursteuerung. Diese sorgt dafür, dass der Akku immer richtig beheizt bzw. gekühlt wird. Aber welche Temperatur ist die optimale? Stephan Rohr: „Die optimale Betriebstemperatur für einen Akku ist die, bei der sich auch Menschen am wohlsten fühlen – knapp um die 20 Grad. Allerdings sind 10 Grad für eine reine Lagerung, wenn man ihn nicht benutzt, noch besser.“
Stressfaktor 3: Die Ladezyklen
Je öfter ein Akku geladen und wieder entladen wird, desto mehr wirkt sich das negativ auf die Kapazität aus. In der Szene der E-Autofahrer kursieren gerne Zahlen von 1.000 bis 2.000 so genannter Ladezyklen, die ein Akku unbeschadet übersteht. Danach beginne sich die Akkugesundheit zu verschlechtern. Stephan Rohr kann solche pauschalen Angaben nicht bestätigen: „Der Begriff des Ladezyklus ist nicht nur extrem ungenau, sondern auch hochgradig irreführend. Niemand weiß so ganz genau, was damit eigentlich gemeint sein soll.“ Das Problem sei: Theoretisch ist mit Ladezyklus gemeint, dass eine leere Batterie von 0 auf 100% aufgeladen wird. Ein solches 0-100-Verhalten kommt im Normalfall aber nur selten vor, weil die Akkus nie komplett entladen und in der Regel nicht zu 100% aufgeladen werden, zumindest bei Elektroautos. Die Anzahl der Ladevorgänge allein sagt daher nur wenig über deren negatives Potenzial für die Akkugesundheit aus. Es kommt eher darauf an, wie das Laden und Entladen gestaltet wird.
Stressfaktor 4: Das Laden
„Das Verhältnis von Akkugröße und Ladespannung sollte am besten den Wert von 1 C nicht überschreiten,“ erläutert Stephan Rohr. „Je geringer der C-Wert beim Laden ist, desto besser für den Akku.“ Gemeint ist damit Folgendes: Wenn der Strom beim Laden zu hoch für den Akku ist, nimmt dieser dauerhaft Schaden. Daher sollte man darauf achten, eher langsamer zu laden, also am besten mit einem möglichst geringen Strom.
Beispiele:
- Ein neuer Nissan Leaf verfügt über einen 30-kWh-Akku. Wenn man an einer Schnellladestation mit 50 kW Leistung lädt, beträgt der C-Wert 1,66. Das Ladeverhalten stresst den Akku, aber natürlich möchte man an so einer Station nicht lange warten. Man geht also Kompromisse ein.
- Ein Tesla Model X mit einem 100-kWh-Akku erreicht an einem unternehmenseigenen Supercharger zuweilen eine Ladeleistung von 120 kW. C-Wert: 1,2. Auch dabei wird der Akku gestresst.
Beim Aufladen mit hohen Strömen entstehen hauptsächlich Temperaturprobleme. Die Zellen überhitzen und müssen gekühlt werden.
Stressfaktor 5: Entladen
Auch die Höhe des Stroms beim Entladen kann sich negativ auf die Akkugesundheit auswirken. Wie beim Laden ist dabei die Überhitzung der entscheidende Stressfaktor für die Akkuzellen. Bei Elektroautos entstehen Entladungen mit hoher Stromstärke zum Beispiel beim Beschleunigen. Wer ständig voll aufs Fahrpedal drückt, dem regelt die Akkusteuerung schon mal die volle Strompower ab. Grund dafür ist der Umstand, dass die Kühlung gar nicht so schnell reagieren kann, wie die Zellen sich erhitzen.
Dringend zu vermeiden ist außerdem eine so genannte Tiefentladung, also das Entladen eines Akkus bis auf 0. Dabei kann die Elektrochemie des Akkus angegriffen werden.
Tipps zur Erhöhung der Lebensdauer eines E-Auto-Akkus
- Akku immer in einem Ladestatus zwischen 40 und 80% der Kapazität halten.
- Je langsamer geladen wird, desto besser. E-Auto-Fans müssen jetzt stark sein: Das verpönte Schnarchladen (also an der Haushaltssteckdose mit 3,5 kW) ist für den Akku von Vorteil. Entwarnung für Nutzer einer Wallbox: „Da die Akkus heute mindestens über eine Kapazität von 20-30 kWh verfügen, ist das dreiphasige Laden an einer Wallbox mit 11 kW Wechselstrom unproblematisch für E-Autos“, so die Auskunft von Stephan Rohr.
- Akkus von Rasern haben eine geringere Lebensdauer. Wer oft volle Pulle beschleunigt, dessen Akku leidet.
- Niemals tiefentladen!
Darauf sollten Sie bei Kauf eines gebrauchten Elektroautos achten
Da der Akku das entscheidende Bauteil bei einem Elektroauto ist, dessen „Verschleiß“ auf Grund der Verminderung der Reichweite wirklich zählt, will man als Käufer natürlich wissen, wie es um den Zustand des Akkus bestellt ist. Da wie dargestellt die Behandlung des Akkus durch den Nutzer entscheidend für dessen Zustand ist, dieses jedoch am Fahrzeug nicht offensichtlich wird, kauft man aktuell die Katze im Sack. Sicher, Angaben wie das Alter des Fahrzeugs sowie die gefahrenen Kilometer geben Auskunft über das kalendarische Lebensalter und die vermutlichen Ladezyklen. Aber hat der Nutzer den Akku immer wieder tiefentladen? Wurde viel extrem beschleunigt? Wurde oft über einem C-Wert von 1 geladen? Darüber weiß man nichts und ist auf die Aussagen des Verkäufers angewiesen. Ratsam wäre es daher auf jeden Fall, so viel wie möglich über die aktuelle Akkukapazität im Vergleich zum fabrikneuen Status zu erfahren. Werte über 10% Kapazitätsverlust lassen weitere Verluste wahrscheinlich werden und sollten den Wert des Fahrzeugs erheblich mindern.
Wie viel Kapazität verliert man eigentlich?
Da, wie gesehen, viele Faktoren auf die Akkugesundheit wirken, lassen sich zu Kapazitätsverlusten keine pauschalen Aussagen treffen. Es kommt eben darauf an. Aktuelle wissenschaftliche Studien kommen zu dem Ergebnis, dass alle untersuchten Fahrzeuge und Nutzungsszenarien einen Kapazitätsverlust von 10% nach 100.000 gefahrenen Kilometern aufweisen. „Das scheint jetzt nicht so viel zu sein,“ so Rohr, „das Problem ist jedoch, dass die Verluste ab einem gewissen Punkt exponentiell auftreten können.“ Ist der Akku also erstmal geschädigt, geht er salopp gesagt dann noch schneller den Bach runter. Zusammen mit dem Kollegen Michael Baumann hat Rohr daher ein Startup gegründet, das den Gesundheitszustand von Akkus over the air berechnen kann, zertifiziert und die Restlebensdauer prognostiziert. Eine solche Methode würde die Beurteilung von gebrauchten Akkus bei einer Zweitverwertung auf eine wissenschaftliche Grundlage stellen.
Dirk Baranek ist Geschäftsführer einer Agentur für digitale Kommunikation in Stuttgart. Er war als Freier Online-Redakteur und Journalist (DJV) tätig, ist Blogger, PR-Berater, Dozent und Tesla-Fahrer.
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Ein sehr hilfreicher Beitrag! Aber mich interessiert eine spezielle Frage: Kann ich mein Elektroauto im Winter 3 Monate ohne Betrieb vor dem Haus stehen lassen, ohne das der Akku zu beschädigt wird?
wo kann ich eine Antwort erhalten?
Würde mich über eine Antwort sehr freuen.
Mit freundlichen Grüßen
W. Nörenberg
Hallo. Das Problem: Es droht Tiefentladung. Denn: Pro Tag kann ein E-Auto 1% der Akkuladung verlieren, auch ohne Aktivität. In 3 Monaten (und dann noch im Winter, wo die Akkusteuerung evtl bei Frost laufen sollte) könnte das passieren. Ratsam ist das jdfs nicht. Aber gesicherte Auskünfte kann nur der Hersteller des Fahrzeugs geben! DB
Ich finde das alle Autohersteller sich zu sehr verstricken einen Akku zu prodozieren und dann noch jeder baut natürlich seinen Akku….da wird nicht wenn schon Akku an einem einzig überall passenden Akku gebastelt. Obwohl jetzt schon jeder weiß das das alles viel zu teuer wird.
Hier sieht man wieder das da nur Lobiisten werkeln.
Es wäre besser an einen Strang zu ziehen….aber das kann diese Menschheit nicht mehr. So kann man jetzt schon sagen das die jetzige Lösung einfach Unsinn ist. Viel zu teuer und wieder mal Spielzeug für Reiche…siehe Werbung zur Zeit bei VW mit dem roten Auto der Zukunft…Die deutsche Werbeindustrie versucht immer noch die deutschen Bürger zu verdummen. Hört endlich auf.
Viele schalten bei den ganzen Müll schon einfach ab.
Hallo. Ich verstehe Ihr Anliegen, gebe aber Folgendes zu bedenken. Wenn man mal das Thema Elektromobilität beiseite lässt und generell über Ihren Vorschlag für die Autoindustrie nachdenkt, könnte man ja auch folgern: „Warum bauen die Hersteller eigentlich alle ihren eigenen Motor? Es wäre doch volkswirtschaftlich sinnvoller, wenn alle den gleichen Motor verwenden!“ Nun, sie tun es nicht, sondern entwickeln alle ihren eigenen Motor. Warum? Er ist ein entscheidender Teil der Wertschöpfungskette. Beim Motor wird richtig Geld verdient. Und mit ihm kann man sich von Wettbewerbern unterscheiden. Beim E-Auto erfüllt diese Rolle der Akku. Auch hier werden die Hersteller eigene Systeme entwickeln und fest verbauen, weil damit das Auto gestaltet werden kann usw. Außerdem: Konkurrenz belebt das Geschäft! Die Hersteller werden sich einen Wettbewerb um den besten Akku liefern, was die technische Entwicklung treibt. Von daher: Ihr Vorschlag ist gut gemeint, wird aber nicht realisiert werden und ist vielleicht auch gar nicht wünschenswert..
Danke für die Informationen. Ich persönlich bin noch nie E-Auto gefahren, wollte aber jetzt umsteigen, da mein altes Auto nichts mehr hergibt. Ist es generell auch möglich alte Fahrzeuge nachzurüsten? Würde gerne in einen alten Ford-Mustang investieren und auf E-Motor umbauen (der Sound ist mir egal). Geht sowas überhaupt und wenn ja wie teuer wird sowas?
das geht, ich baue gerade meinen VW T1 um.
Kosten bei 100km Reichweite rund 15.000,-€ ohne Einbau.
Nehmen wir mal an es hätte genug Kobalt, Graphit, Nickel, Silicium etc. und jeder Deutsche hätte ein E-Auto. Soll ich mal laut denken?
Wir hätte den Strom gar nicht vorhanden und Umweltfreundlich ist so ein Fahrzeug auch nicht.
es gibt genug strom… keine sorge!
allein was die herstellung der treibstoffe an strom verbrauch ist genug für die e-autos!
Vielen Dank für den interessanten Artikel.
Wo kann man den objektiven Zustand eines Akkus prüfen lassen?
Mit freundlichen Grüßen
Bernhard Klaas
Smart 2017, 20 TKm
„Akku immer in einem Ladestatus zwischen 40 und 80% der Kapazität halten.“
Das bedeutet bei einem Smart mit theoretischen 160 km Reichweite nur noch 64 km im besten Fall.
Im Winter nur noch die Hälfte…
Hallo, eine Frage zu den Ladezyklen: Wenn ich das E-Auto mit der hauseigenen PV-Anlage laden möchte, kann ich mittags täglich nur ca. 3-6 kWh zuladen. D.h., ich müsste häufiger kleine Mengen laden, d.h. den Ladestatus z.B. täglich von 50% auf 65% heben, dann nachmittags fahren, am nächsten Tag gleich wieder eine kleine Menge zuladen. So ergeben sich sehr viele kleine Ladezyklen. Ist dies schlecht für die Akku-Lebensdauer? Vielen Dank für eine Antwort.
@ C.Hollweg: Ganz im Gegenteil, kleine bzw. keine vollen Ladezyklen sind besser als volle Ladezyklen, also lieber von 20% auf 60% laden, als von 0-100%. Ob sie zeitversetzt nachladen, spielt überhaupt keine Rolle. Entscheident für die Langlebigkeit (=Zyklenfestigkeit) des Akkus ist:
– möglichst langsames Laden (also mit wenig Ampere)
– möglichst selten bis 100% laden
– möglichst selten bis 0% entladen
– möglichst schonendes Entladen (also eher sparsame Fahrweise)
– Temperatur beim Laden (möglichst nicht unter 10°C)
Vielen Dank für den wertvollen Artikel . Etliche Details über Akkus die in den Autoprospekten nie beschrieben werden. Ich beschäftige mich zur Zeit mit dem Kauf eines E- Smarts. Bei einer theoretischen Reichweite von 160 km sind eigentlich keine Einbußen akzeptabel. Was die thermischen Einflüsse angeht – wohl dem, der eine Garage hat …..
Wie kann ich sicherstellen, dass mein Akku nicht über 80% geladen wird? Gibt es am Fahrzeug eine Übewachungseinrichtung, die das Laden bei gewünschter Ladung
unterbricht?
Hallo e-Apostel,
am besten wendest Du Dich an den Hersteller.
Viele Grüße
Ingrid
Gut zu wissen, dass gebrauchte E-Autos weniger Akku-Kapazität haben. Am Montag wollte ich zum Autohandel um die Ecke und nach einem neuen Auto suchen. Dank Ihnen weiß ich nun, worauf ich beim E-Auto achten sollte.
Ich würde eher fragen wie lange die Akkus halten, die werden vermutlich deutlich mehr kosten als der Motor.
Interessant, dass der Akku der entschiedene Kostenträger beim E-Auto ist. Ich werde mit Ihren Tipps darauf achten, dass die Batterie lange hält, falls ich mir ein E-Auto kaufe. Am Montag will ich dafür meinen Autohändler besuchen.
Hallo für mich steht immer noch die Frage :
Wenn ich 100 Ah in den Akku lade – wieviele Ah kann ich wieder entnehmen , wieviel geht durch den chemischen Prozess verloren?
Hintergrund ist : Ich möchte für mein Haus eine Speicherbatterie aus 2 gebrauchten Tesla Akkus aufbauen . Im BMS kann man die Restkapazität ablesen z.Bsp. 90 % .
Bedeutet das nun das auch beim Laden/Entladen größere Verluste zu erwarten sind – oder ist das nur die Maximal aufzunehmende Energiemenge ?
Für eine kurze Erklärung wäre ich dankbar.
Viele Grüße
Volker Kühne
Hallo Volker,
wie viele Ah Stunden entnommen werden können, müsste der Hersteller der Batterie bzw. des Batteriemanagements beantworten können. Hier geht es um den technischen/chemischen Wirkungsgrad.
Die geringere Restkapazität bezieht sich auf die maximal aufzunehmende Energiemenge. Es lässt sich also 10 % weniger Energie aufnehmen. Das beim Laden/Entladen größere Verluste entstehen, ist uns nicht bekannt. Sollte es Verluste geben, sind sie marginal. Auch dazu müsste der Hersteller der Batterie mehr wissen.
Viele Grüße
Ingrid
Hallo Volker,
eine Batterie mit 90 % Restkapazität kann man noch sehr gut als Heimspeicher verwenden.
Viele Grüße
Ingrid
War sehr lehrreich, etwas genauer in das „Leben und Sterben“ eines E-Autoakkus einzudringen. Da die Ladeinfrastruktur noch sehr gering vorhanden ist, kommt diese Technik für mich jetzt nicht in Frage. Die „gekonnte“ Nutzung des Akkus zu beherrschen, ist eben auch eine Wissenschaft für sich. Die Fahrleistungen sind also nur bei ca. 60 % im Durchschnitt erreichbar. Der Akku soll ja länger leben, deshalb muss man sich einen völlig neuen Fahrstil angewöhnen. Wenn ich mit unserem Micra so fahre, wie für ein E-Auto empfohlen, käme ich auf einen sagenhaft niedrigen Benzinverbrauch. Für die Tankstopps brauche ich auch keine Wartezeiten einzuplanen, als beim E-Auto. Die Durchschnittsgeschwindigkeiten sind sehr unterschiedlich, zum Nachteil des E-Autos. Die Kosten für die Nach- Ladung unterwegs, sind doch sehr verschieden. Ein E-Auto, ohne spezielle Akkukühlung, ist bei Hitze, wie wir sie zu erwarten haben in den nächsten Jahren, kaum noch unterwegs aufladbar. Ich möchte auch nicht im Sommer „schmelzen“ und im Winter „erstarren, mit meinen Fahrgästen. Die Rekuperation kann hier im Flachland kaum genutzt werden. Wir haben nur eine Mietwohnung und so kommt die „Scharchladung“ auch nicht zum Tragen. Die Zeit ist noch nicht reif,könnte man meinen, sie ist aber unaufhaltsam. Die schlauen Techniker auf der anderen Hälfte unserer Erde, haben die Zeichen viel früher erkannt und sich in die Probleme rein gekniet; unsere Hochachtung dafür. Man kann nur wünschen, dass die Strompreise nicht bald in die Höhe schnellen, denn dann hat auch die E-Mobilität schnell ihre Grenzen erreicht. Die Preise für neu erfundene Dinge sind ja sehr hoch, da die Massenproduktion erst entwickelt werden muss. Welcher Rentner z. B. kann sich denn das überhaupt leisten ? Im Jahr der Krisen, kann man da nur „leasen“! Vielen Dank für die wertvollen Informationen, die in keinem Hochglanzprospekt erscheinen, die ich mir ansah.
Ich glaube die Strompreise werden erst dann so richtig steigen wenn mann keine Verbrenner mehr kaufen kann und damit auch keine Wahl mehr hat.
Dafür aber dann richtig, schließlich muß die Mineralölsteuer ja ersetzt werden, oder denkt irgend jemand das auf diese Einnahmen verzichtet wird ?
Sollte nicht ein modernes Batteriemanagement die beiden wesentlichen Fehler von zu oft 100% und 0% ausgleichen? Also ungefähr so wie bei einer SSD, deren Größenangaben ja angepasst sind um Bitfehler etc. auszugleichen. Ich könnte mir vorstellen, dass z. B. ein 17,6kWh Akku bei Smart eigentlich z.B. 20kWh hat, aber die Elektronik von weniger ausgeht.
Hallo,
dazu gibt es verschiedene Meinungen z. B. https://www.elektroauto-zoe.de/bms-update/.
Am besten wendet man sich an die Hersteller direkt.
Viele Grüße
Ingrid
Ich habe mir vor Kurzem einen Tesla gekauft und will nun sichergehen, dass der Akku möglichst lang hält. Danke für den Tipp, dass man den Akku in einem Ladestatus zwischen 40 und 80 Prozent der Kapazität halten sollte, um die Lebensdauer des E-Autos zu erhöhen. Ich wusste noch gar nicht, dass auch das Rasen einen negativen Einfluss auf die Lebensdauer des Autos hat. Falls meinem Auto etwas passieren sollte, wäre es sicherlich gut, wenn ich einen Experten für die Schadensabwicklung bei den Tesla-Autos kontaktiere.
Danke für die wertvollen Infs betr. Akku; dass man den Ladestatus zwischen 40 und 80% der Kapazität halten soll, hab ich nicht gewusst.