E-Tech

Elektroauto-Batterie: Fakten über den Power-Speicher und Tipps für eine lange Lebensdauer

2.2.2022

Frau steht beim Megane E-Tech

Die Elektroauto-Batterie, das unbekannte Wesen. Der Energiespeicher gilt als das wichtigste Bauteil eines Elektrofahrzeugs und dennoch wissen die meisten Autofahrer kaum etwas über ihn. Zugegeben: Die Elektroautos von Renault zu fahren, ist auch ohne technisches Wissen ein Genuss. Doch ihre atemberaubende Entwicklung und die technische Funktionsweise sind hochinteressant – und gar nicht mysteriös. Hier kommen 10 interessante Fakten über Akkus von Elektroautos von A wie Aufbau bis Z wie Zweites Leben.

Elektroauto-Batterien: Welche Arten gibt es?

Die ersten Elektroautos besaßen schwere Blei-Säure-Batterien – vom Prinzip sind die meisten 12-Volt-Starterbatterien bis heute so aufgebaut. Für alltagstaugliche Reichweiten genügte allerdings die Kapazität dieser Akkus nicht. Deshalb traten in den 1990er-Jahren Nickel-Cadmium-Akkus mit höherer Energiedichte an ihre Stelle. Neuer Pferdefuß: Die „Ni-Cd“-Batterien verzeichneten ähnlich wie frühe Handy-Akkus den gefürchteten Memory-Effekt, der die Kapazität mit fast jedem Ladevorgang senkte. Nickel-Metall-Hydridbatterien (Ni-MH) – nicht zu verwechseln mit dem Wort „Hybrid“ – blieben nur eine Zwischenlösung, bis sich die heute gebräuchlichen Lithium-Ionen-Akkus durchsetzten.1

 

Eine Batterie auf Lithium-Ionen-Basis kennt keinen Memory-Effekt und vereint lange Haltbarkeit mit hoher Energiedichte. Diese liegt heute bei 300 bis 500 Wh/kg – das ist zehn Mal so viele Energie pro Kilo wie bei einer Blei-Säure-Batterie.1 Für den Einsatz in Fahrzeugen müssen Lithium-Ionen-Akkus in sehr stabilen Gehäusen untergebracht und durch eine intelligente Elektronik vor Überhitzung und unkontrollierten chemischen Reaktionen (englisch: Runaway) geschützt werden. Renault setzt diese Batterien in allen aktuellen Elektroautos und Hybridmodellen ein.

 

Für die Zukunft in der Elektromobilität sieht die sogenannte Feststoffbatterie viel versprechend aus. Weil sie keine flüssigen Elektrolyten besitzt, baut sie kompakter und hält Hitze besser stand. Sie bietet eine größere Kapazität bei gleichem Volumen und kann gleichzeitig schnell geladen werden. Erste massenmarkttaugliche Anwendungen in E-Autos werden jedoch nicht vor 2025 erwartet.2

Wie sehr entwickelt sich die Akku-Technologie weiter?

Die Evolution der Elektroauto-Batterie ist eindrucksvoll und lässt sich ziemlich genau beziffern: Der erste Renault ZOE erschien Ende 2012 mit einer 22-kWh-Batterie. Im aktuellen RENAULT Zoe E-Tech Electric mit Z.E. 50-Batterie stellt der Batteriespeicher bei gleichem Platzbedarf aber 52 kWh Kapazität bereit – also mehr als das Doppelte! Dieser Fortschritt spiegelt sich in immer größeren Reichweiten bei gleichem Fahrzeuggewicht wider.

 

Diese Entwicklung schreibt der kommende Renault Megane E-Tech 100% electric eindrucksvoll fort: Sein Akku ist nochmals um 40 Prozent flacher als die des ZOE E-Tech Electric. Mit nur elf Zentimetern Höhe ist er der derzeit schlankste Akku in einem Elektroauto auf dem Markt3, beherbergt aber je nach Version bis zu 60 kWh – genug für eine Reichweite von bis zu 470 Kilometern (WLTP-Zyklus, je nach Ausstattung).*

 

Das „Geheimnis“ dieses Stromspeichers ist seine um 20 Prozent höhere Energiedichte, die jetzt bei 600 Wh/l liegt. Möglich macht dies eine neue chemische Zusammensetzung. Beim Akku des Megane E-Tech 100% electric handelt es sich um eine Lithium-Ionen-NMC-Batterie (Nickel, Mangan, Kobalt), die mehr Nickel und weniger Kobalt enthält. Außerdem verfügt der Akku ebenso wie der Elektromotor über Flüssigkeitskühlung.3

Aus welchen Komponenten besteht eine Elektroauto-Batterie?

Eine Lithium-Ionen-Batterie im Elektroauto besteht aus mehreren miteinander verbundenen Zellen, einem Batterie-Managementsystem (BMS) und einem Kühlkreislauf mit Flüssigkeits- oder Luftkühlung. Alle Komponenten werden in einem robusten, wasserdichten Gehäuse verbaut.

Wie funktioniert die Batterie in einem Elektroauto?

Renault bietet den Megane E-Tech 100% electric mit 40 kWh und 60 kWh Kapazität an. Die 40-kWh-Batterie besteht aus acht Modulen mit je 24 Zellen, die auf einer einzigen Schicht verteilt sind. Die 60-kWh-Batterie setzt sich aus zwölf Modulen mit je 24 Zellen zusammen, die auf zwei Schichten verteilt sind. In beiden Fällen bleiben die Abmessungen der Batterie unverändert.3

 

Jede Zelle enthält zwei Elektroden, die von einer leitenden Flüssigkeit, dem Elektrolyten, umgeben sind. Beim Aufladen des Akkus überträgt das Ladegerät Elektronen von der positiven Elektrode (Anode) zur negativen Elektrode (Kathode). Beim Fahren des Autos nutzt der Elektromotor dann den Strom, der durch den Fluss der Elektronen von der Kathode zurück zur Anode erzeugt wird.

Wie lange halten die Elektroauto-Batterien in modernen E-Autos?

Werden Elektroauto-Batterien stark belastet, immer „leergefahren“ und dann wieder „randvoll“ aufgeladen, altern sie und büßen Kapazität ein – wenn auch langsam. Als Faustregel gilt, dass ein Elektrofahrzeug nach zehn Jahren Alltagsbetrieb noch durchschnittlich 75 Prozent der ursprünglichen Batteriekapazität besitzt. Allgemein haben Elektroauto-Batterien eine mindestens ebenso lange Lebenserwartung wie das Fahrzeug selbst.4

Lassen sich Elektroauto-Batterien recyceln?

Eine Elektroauto-Batterie enthält viele wertvolle Rohstoffe: Lithium, Kobalt, Nickel, Aluminium etc. Das nötige Know-how, um sie nach dem Ende des Autolebens zurückzugewinnen, existiert. Renault ist hier federführend: In der Renault Re-Factory, Europas erstem Zentrum für Kreislaufwirtschaft, will der Autohersteller jährlich bis zu 120.000 Fahrzeuge – darunter auch  Elektrofahrzeuge – recyceln oder aufbereiten. Etwa 80 Prozent der recycelten Materialien finden dann Verwendung in neuen Batterien. Bis 2030 möchte Renault den höchsten Anteil an recycelten Materialien in neuen Fahrzeugen erreichen.

Gibt es ein zweites Leben für die Akkus?

Ja, auch für Batterien gilt: Das Leben geht weiter. Der naheliegendste Einsatzzweck für gebrauchte Elektroauto-Batterien ist die Verwendung als stationärer Energiespeicher. Als Puffer für „grünen Strom“ von Windrädern und Photovoltaik-Anlagen gewährleisten sie eine konstante Versorgung, auch wenn gerade kein Wind weht oder keine Sonne scheint. Solche Anlagen lassen sich für ein einzelnes Haus, ein Gebäude, eine Fabrik oder sogar ein ganzes Stadtviertel realisieren. So werden stationäre Batteriespeicher Teil der alltäglichen Stromversorgung. Renault zählt hier zu den Vorreitern – etwa mit dem Projekt „Smart Fossil Free Island“. Hier erfahren Sie mehr über das zweite Leben der E-Auto-Batterien von Renault.

Gibt es Garantien auf Elektroauto-Batterien?

Über die Leistungsfähigkeit der Energiespeicher müssen sich Besitzer eines Elektroautos keine Sorgen machen, denn Renault gewährt auf alle Akkus eine Leistungsgarantie. Wer beispielsweise einen  Renault Megane E-Tech 100% electric erwirbt, erhält auf die Batterie eine Garantie über acht Jahre oder 160.000 Kilometer. Das heißt: Fällt die Batteriekapazität innerhalb dieses Zeitraums unter einen gewissen Wert, sorgt Renault für kostenlosen Ersatz.

Wie lässt sich die Leistung bei Kälte optimieren?

Bei niedrigen Temperaturen verlangsamen sich die elektrochemischen Prozesse und die Batterie arbeitet weniger effizient. Zugleich muss sie mehr leisten und beispielsweise die Heizung mit Strom versorgen. Mit ein paar einfachen Regeln lässt sich die Reichweite dennoch optimieren. Erstens: Nutzen Sie die Vorklimatisierung des Innenraums, solange das Elektroauto lädt – so kostet die wohlige Wärme keine Reichweite.

 

Zweitens regelt der „Eco“-Modus bei Renault E-Tech-Modellen den Energieverbrauch sehr intelligent – er trimmt Beschleunigung, Energierückgewinnung und Heizung auf höchste Effizienz. Drittens: Fahren Sie vorausschauend. Vermeiden Sie starkes Beschleunigen, weil es viel Energie kostet, und bremsen Sie nicht hart, sondern gemächlich und per „Motorbremse“, weil dann die Rekuperation, also die Energierückgewinnung besser funktioniert. So holen Sie das Meiste aus einer Elektroauto-Batterie heraus.

 

 

Tipps zum Umgang mit einer Elektroauto-Batterie: So wird die Lebensdauer verlängert

Damit sich die Lebensdauer des Akkus verlängert, kann man als Besitzer einige Dinge beachten, um diese zu schonen. Das sind die goldenen Regeln im Umgang mit E-Auto Batterien:

 

  1. Entladen Sie den Akku nicht vollständig: Beim Betrieb des Elektroautos sollte man es unbedingt vermeiden, dass der Ladestatus der Batterie auf Null fällt, denn das schadet dieser und kann sie sogar dauerhaft schädigen.
  2. Achten Sie auf den optimalen Ladestand: Bestenfalls wird die Batterie nicht zu oft vollständig aufgeladen, da sich das ebenfalls negativ auf ihre Kapazität auswirken kann. Ideal ist es, einen Ladestand von 80% zu erreichen, und nur dann auf 100% aufzuladen, wenn eine Langstreckenfahrt bevorsteht. Beim Megane E-Tech 100% electric z.B. kann der maximale Ladestand vor Antritt des Ladevorgangs gewählt werden.
  3. Beim richtigen Ladestand nachladen: Ebenfalls empfiehlt es sich, den Akku rechtzeitig aufzuladen, bevor dieser unter einen bestimmten Wert fällt. Optimalerweise steuert man einen Ladepunkt an, oder schließt das Fahrzeug an die Heimladestation ein, sobald der Ladestatus 20% erreicht. Dies ermöglicht, gerade bei Schnellladungen, eine optimale Ladegeschwindigkeit und schonende Ladung.
  4. Langsame Ladungen sind besser als Schnellladungen: Besonders bei Langstrecken wird der Akku meist über Gleichstrom-Schnelllader aufgeladen. Dauerhafte Nutzung von Schnelladern über mehrere Jahre hinweg kann sich negativ auf die Lebensdauer des Akkus auswirken. Gegen gelegentliche Nutzung ist selbstverständlich nichts einzuwenden. Besonders schonend sind langsame Ladungen mit Wechselstrom bis zu 22 kW.
  5. Bei längeren Standzeiten gegebenenfalls nachladen: Es kommt einmal zu einem längeren Zeitraum, in dem das Auto nicht gefahren wird? In diesem Fall kommt es dazu, dass sich die Batterie langsam entlädt. Auch hier sollte man darauf achten, dass es zu keiner Tiefenentladung kommt, also dass der Ladestatus nicht unter 20% fällt. Deshalb empfiehlt es sich, den Status der Batterie regelmäßig zu überprüfen und gegebenenfalls nachzuladen. Ideal ist es hier ebenfalls, die Batterie nicht vollständig aufzuladen, sondern bloß auf ca. 50%-80%.
  6. Achten Sie auf eine schonende Fahrweise: Eine schonende Fahrweise ist beim Betrieb eines Elektroautos das Um und Auf. Denn diese erhöht nicht nur die Reichweite, sondern auch die Lebensdauer der Batterie. Achten Sie auf eine gleichmäßige Fahrweise, bei der nicht zu häufig stark beschleunigt wird, da man auf diese Weise seltener aufladen muss. Empfehlenswert ist es hier, so oft wie möglich den Eco-Fahrmodus zu verwenden. Ebenfalls zu empfehlen ist die Nutzung der Rekuperation: Lassen Sie das Fahrzeug möglichst oft ausrollen, indem Sie den Fuß vom Gaspedal nehmen, ohne aber zu bremsen. So erfolgt die Bremsung automatisch und die Batterie wird durch diese Bewegung aufgeladen.
  7. Ideale Temperaturen für die Batterien: Ein weiterer Faktor, der die Lebensdauer der Elektroauto-Batterie wesentlich beeinflusst, ist die Temperatur. Ideal sind Temperaturen im Bereich von 20-25 Grad. Sowohl bei außerordentlich kaltem als auch besonders warmen Wetter sollte man Vorkehrungen treffen, damit das Fahrzeug den ungünstigen Witterungsverhältnissen nicht zu lange ausgesetzt ist. Große Hitze kann dazu führen, dass sich die chemischen Verbindungen auflösen, was die Batterie nachhaltig schädigt. Um zu vermeiden, dass das Elektroauto zu großen Temperaturschwankungen ausgesetzt ist, sollte man das Fahrzeug nach Möglichkeit in einer Garage parken.
  8. Vermeiden Sie zu häufiges Laden: Gerade bei Elektroauto-Akkus gilt: weniger ist mehr. Das gilt vor allem bei der Häufigkeit des Ladens, denn desto besser man die Ladungen plant und je seltener man das Auto an den Ladepunkt anschließt, desto mehr kommt das der Batterie zugute. Ein Elektroauto muss nicht jeden Tag aufgeladen werden. Je nachdem, wie lang die Strecke des nächsten Tages ist, kann überlegt werden, doch noch einen Tag mit der nächsten Ladung zu warten. Einen Puffer von etwa 20% sollte aber immer im Akku behalten werden, damit spontane Fahrten kein Problem sind.
  9. Nehmen Sie für Ihr E-Auto regelmäßig Serviceangebote in Anspruch: Wartungsintervalle sollten auch für das Elektroauto unbedingt eingehalten werden. Bei diesen Terminen wird vor allem die Batterie gründlich überprüft und gegebenenfalls Software-Updates installiert.

 

 

* Werte gemäß WLTP (Worldwide harmonised Light vehicle Test Procedure). Bei WLTP handelt es sich um ein neues, realistischeres Prüfverfahren zur Messung des Kraftstoffverbrauchs und der CO2-Emissionen. Die angegebenen Verbrauchs- und Emissionswerte wurden nach den gesetzlich vorgeschriebenen Messverfahren ermittelt und ohne Zusatzausstattung und Verschleißteile ermittelt. Die Angaben beziehen sich nicht auf ein einzelnes Fahrzeug und sind nicht Bestandteil des Angebots, sondern dienen allein Vergleichszwecken zwischen den verschiedenen Fahrzeugtypen.


1 Quelle: www.renaultgroup.com
2 Quelle: www.renaultgroup.com
3 Quelle: Renault Pressemitteilung PRP 82/21 vom 06.09.2021
4 Quelle: www.renaultgroup.com/innovation
(Stand 12/2021, Irrtümer vorbehalten)