Jetzt wird es ernst. Nach vielen Prototypen und Feldversuchen werden nun Elektroautos einer breiten Kundschaft zugänglich. Nissan hat bereits über 20.000 Leaf verkauft. GM/Opel bauen gerade ihre Produktionskapazitäten für Volt/Ampera massiv aus. Beide Hersteller können derzeit mehr Autos verkaufen, als ihre Produktion hergibt. Hinter den Kulissen der globalen Autoindustrie stehen viele Elektroautos kurz vor der Serienreife.
Allein 2012 erreichen für den Markt extrem bedeutende Produkte wie smart ED, Renault Zoe, Toyota Prius Plug-In und Ford Focus E den echten Großserien-Marktstart. 2013 gesellt sich dann mit dem BMW i3 das erste in Deutschland völlig neu konstruierte Premium-Elektroauto sowie viele weitere Modelle hinzu. Mit diesen Entwicklungen ist der Systemwechsel hin zum Fahren mit elektrischem Strom vom Netz nachhaltig und unumkehrbar eingeleitet.
Trotzdem herrscht allgemein immer noch eine große Skepsis gegenüber eAutos. Viele Journalisten schreiben teils sehr negative Artikel, die diese Innovation häufig zunächst erst einmal von der Seite »was alles nicht geht« beleuchten. Die Antriebsbatterien stehen dabei meistens im Fokus. Es werden sehr viele negative »Mythen« wiederholt, oft auf falschen Fakten basierend. Dieser Beitrag setzt sich mit den vier wichtigsten Mythen der Lithium-Ionen-Batterien für Autos auseinander.
Mythos 1: Batterien sind viel zu schlapp für »echte« Autos
Aus berufenem Munde hört man häufig: »Erst wenn wir über Batterien verfügen, die einem Golf 600 km Reichweite ermöglichen, wird sich Elektromobilität durchsetzen«. Die Frage ist hierbei nur: Geht das überhaupt jemals technisch und braucht das jemand? Zunächst muss man allerdings folgendes klar abgrenzen: Ein Elektroauto nur mit Batterie wird niemals von München nach Hamburg fahren! Das wäre (auch in ferner Zukunft) weder physikalisch, ökonomisch noch ökologisch sinnvoll. Der Batterieelektrische Antrieb ist ausschließlich für die Kurzstrecke in Stadt und Umgebung geeignet. Allerdings genau eben in dem Einsatzzweck, bei dem in fast allen Ländern der größte Teil der jährlichen Kilometer gefahren werden (ca. 70%). Genau hierbei ist die Batterie als Energie-(Zwischen) Speicher perfekt und ideal. Marktforschungen haben daher ergeben, dass die ideale Größe einer Antriebsbatterie beim reinen Elektroauto zwischen 15 und maximal 30 kWh liegt (je nach Gewicht und Reichweite). Beim Plug-In Hybrid/Range-Extender bei 5 bis 15 kWh. Mit diesen Batteriegrößen kann die Industrie nahezu sämtliche denkbare Kundenwünsche abdecken. Alle Konzepte außerhalb dieser Grenzen adressieren entweder nicht vorhandene Reichweitenbedürfnisse, oder die Konstruktion des eFahrzeugs ist mangelhaft, weil es z.B. viel zu schwer ist. Nicht nur deshalb bietet die Technologie der Lithium-Ionen-Batterie bereits heute genügend Leistung und Energie für den oben beschriebenen Einsatzzweck. Die Entwicklungsziele der Batterie-Industrie liegen daher nicht auf der Entwicklung immer größerer Batterien, sondern darin einerseits die Herstellkosten und andererseits das Gewicht und den Bauraum der Batterien zu minimieren.
Mythos 2: Batterien für Autos sind viel zu schwer
Richtig ist, dass ein Batteriesystem der ersten Generation noch ca. 7- 9 kg pro nutzbare kWh wiegt (incl. Gehäuse, Kühlung, etc.). Entwicklungsziel der Industrie ist es dieses zu halbieren. Dafür werden ca. 2 -3 Generationen, also ca. 5- 8 Jahre gebraucht.
Allerdings ist heute schon – bei vernünftiger Auslegung des elektrischen Antriebsstrangs – der netto Gewichtszuwachs absolut überschaubar. Schließlich sind Verbrennungsmotoren mit all der Peripherie (Auspuff, Tank, etc.) auch »relativ« schwer. So beträgt beim neuen 2012 smart ed ein solcher Netto-Gewichts-Zuwachs weniger als 6% des Gesamtfahrzeuggewichtes.
Mythos 3: Batterien für Autos sind viel zu teuer
Auch hier muss man relativieren. Absolut gesehen sind die Herstellkosten für Traktions-Batterien noch zu hoch. Gerade hier wird die Industrie, hauptsächlich durch die Massenproduktion, die Kosten um bis zu 50% gegenüber heute senken. Das geht in der Praxis doch viel schneller, als die meisten Beteiligten gedacht haben. Allerdings zeigt das Beispiel 2012 smart ed deutlich, dass schon heute die Serienbatterien der ersten Generation ein recht gutes Geschäft für die Autohersteller sein können. So kostet die Herstellung des Batteriesystems dieses Fahrzeugs geschätzte 6.000 bis 7.000 Euro. Dies scheint zunächst recht viel und entspricht ungefähr den Herstellkosten eines smart mit Benzinantrieb. Bei einem Netto-Verkaufspreis des 2012 smart ed von 16.000 Euro kann man etwa die Hälfte der Batteriekosten sozusagen als »direkt vom Kunden bezahlt« abziehen.
Die andere Hälfte der Batteriekosten wird über das Batterieleasing »zurückverdient«. Für den Kunden sind die 67 Euro Leasingkosten pro Monat nahezu ein »Nullsummenspiel«, da sie ungefähr einer gesparten Tankfüllung im Monat entsprechen. Für smart ist nach ca. vier Jahren die Batterie über das Leasing vollständig bezahlt; nach ca. 4,5 Jahren inklusive der Zinsen für das Leasing. Danach verdient smart ordentlich an den Batterien. Sollte die Batterie die Anforderungen an die Lebensdauer von mindestens zehn Jahren erfüllen, so kommt da eine Summe von bis zu 4.000 Euro zusammen.
Mythos 4: Die Haltbarkeit der Antriebsbatterien ist schlecht
Bei Lithium-Ionen-Batterien handelt es sich im Grundsatz um einen Energiespeicher, bei dem Laden und Entladen durch chemische Prozesse vonstattengehen. Diese chemischen Prozesse sind theoretisch unendlich reversibel, d.h. ein solcher Akku müsste prinzipiell eine unendliche Lebensdauer haben.
In der Praxis allerdings beeinflussen zwei wesentliche Komponenten die Alterungsprozesse bzw. die Lebensdauer (siehe Schaubild). Zum einen führen die bereits bei der Herstellung von Batteriezellen »eingebauten« kleinsten Unregelmäßigkeiten und Verunreinigungen zu lokalen schleichenden Zerstörungsprozessen. Zum anderen wird die Alterung der Batterie-Zellen maßgeblich durch das sog. Lebenszyklusmanagement beeinflusst. Hierbei sind die Betriebstemperatur aber auch das Lade- und Entlademanagement von entscheidender Bedeutung.
Die Autoindustrie hat die Traktions-Batterie zu einem »non Service Item« ingenieurtechnisch ausgelegt. Das heißt, dass die Batterie im Normalfall über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs ohne besonderen Service überdauern muss. Im Extrem sind das 15 Jahre und bis zu 250.000 km Laufleistung. Ob das bereits in der ersten Generation so gelingt, ist ein großes Geheimnis. Allerdings lässt die Industrie keinen Zweifel daran, dass dies mindestens bei der nächsten Generation gelingen wird.
Neben hochpräzisen und hochautomatisierten Produktionsprozessen, vor allen Dingen bei den Lithium-Ionen Zellen, liegen die Entwicklungsschwerpunkte beim sog. Batterie-Management System. Hier wird vor allen Dingen Software den Unterschied machen.
Fazit
Batterien für Elektroautos sind bereits heute besser, als ihr Ruf. Sie werden jedenfalls nicht der wesentliche Engpass bei dem Systemwechsel zur Elektromobilität sein. Es ist vielmehr wie immer der Mensch, der einerseits den Willen zum Umstieg haben muss. Aber auch die Politik ist andererseits bei Systemwechseln gefordert. So wird der smart ed in Frankreich die Kunden deutliche 5.000 Euro weniger kosten. Eine solche Anschubfinanzierung hilft der Industrie mittelfristig kostengünstige und langlebige Batterien zu entwickeln und damit den Systemwechsel weg vom Öl hin zum emissionsfreien Fahren mit Strom vom Netz zu vollziehen.
Dr.-Ing. Jan Traenckner
BEM-Beiratsvorsitzender
VentureCheck Company
www.venturecheck.com
NEUE MOBILITÄT 06 // Januar 2012 // Seite 91-91