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Je mehr kWh, desto besser? Das macht eine gute E-Auto-Batterie aus

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Je höher die Kapazität einer Batterie, desto größer ist die Reichweite eines E-Autos. Aber ist das alles, was die Kilowattstunden aussagen?

Bei herkömmlichen Autos geben PS oder kW die Leistung an. Bei E-Autos ist die Kapazität der Batterie wichtig. Je mehr kWh die hat, desto besser. Wirklich? Nein, die Vergleichsgröße hinkt, denn es gibt einen Brutto- und einen Nettowert in den Angaben.

Wer sich als Laie für Elektroautos interessiert, wird schnell herausfinden, dass der wichtigste Wert für Modellvergleiche die Batteriekapazität ist. Diese wird in der Regel in Kilowattstunden (kWh) angegeben, was wiederum besagt, wie viel Energie ein Akku aufnehmen kann. Allerdings liegt in vielen Fällen die praktisch nutzbare Speicherkapazität deutlich unter diesem Wert. Grund dieser Diskrepanz sind die in der Regel kommunizierten Bruttokapazitäten der Batterie, die allerdings nur ungefähr Auskunft über das praktisch nutzbare Potenzial des Akkus geben. Das klingt ein wenig nach Mogelpackung, ist aber gängige und vor allem aus Kundensicht notwendige Praxis. Dennoch gibt es hier auch Unterschiede, unter anderem im Hinblick auf die Transparenz und damit die Vergleichbarkeit.

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Der für Batterien angegebene Wert ist in der Regel ein Bruttowert.

Grundsätzlich gibt es für jede Batterie eine in Kilowattstunden angegebene Bruttokapazität, welche auf einer tatsächlich vorhandenen, physischen Speicherkapazität fußt. Es handelt sich um einen Maximalwert, der allerdings über der in der Praxis verfügbaren Kapazität der Batterie liegt. Unter anderem deswegen kann man auch nicht einfach den Wert des offiziell vom Hersteller angegebenen Fassungsvermögens der Batterie durch den offiziellen Verbrauch teilen, um so die Reichweite zu ermitteln. Die Nettokapazität, also das praktisch nutzbare Potenzial eines Akkus, kann deutlich niedriger ausfallen, denn für Traktionsbatterien werden Reserven angelegt.

Die Traktionsbatterie

Um zu verstehen, warum es zwei Werte gibt, ist ein kleiner Einblick in den Aufbau der Batterie hilfreich. Typische Traktionsbatterien für E-Autos bestehen aus vielen kleinen elektrochemischen Zellen. Zumeist handelt es sich um Lithium-Ionen-Akkus, bei denen die Zellenhersteller einen Spannungsbereich festlegen, in dem die Zelle betrieben werden darf. In der Regel liegt dieser Bereich zwischen 3,0 und 4,2 Volt. Der untere Wert legt den Punkt fest, an dem die Batterie leer ist, der obere definiert die volle Batterie. Dieser Spannungsbereich wird als technischer SoC (= State of Charge) bezeichnet. Das Laden bis auf 4,2 Volt entspricht dem Brutto-Energiegehalt beziehungsweise dem technischen SoC von 100 Prozent. Bei 3 Volt ist der SoC auf 0 Prozent angelangt. Zusätzlich zu diesem technischen SoC definiert der Hersteller eines Elektrofahrzeugs noch einen nutzbaren SoC, den allerdings nach oben wie unten Puffer einschränken, die dem schnellen Altern der Zellen entgegenwirken. Sehr hohe Ladezustände führen, wie auch sehr niedrige, zu Alterungsmechanismen auf chemischer Seite, die die Hersteller natürlich einschränken müssen.

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Traktionsbatterie-Herstellung bei Skoda in Mladá Boleslav.

(Foto: Skoda)

Die Puffergröße hat sogar entscheidende Auswirkung auf die Lebensdauer der Batterie. Je größer der Puffer, desto länger hält die Batterie. In vielen Fällen wird dem Puffer gut 10 Prozent der Bruttokapazität geopfert und dieser jeweils hälftig auf den unteren wie oberen technischen SoC verteilt. Zieht man den Puffer ab, bleibt der nutzbare SoC und damit ein Netto-Energiegehalt übrig, der dann meist bei rund 90 Prozent des Bruttowerts liegt. Kennt man den relativen Anteil dieser Puffergröße, lässt sich auch ein Nettowert der Batterie definieren, also die Menge an Kilowattstunden, die tatsächlich nutzbar ist.

Unterschiedlich große Batterie-Puffer

Die Größe des Puffers kann zwischen den Autoherstellern und auch zwischen Batteriegrößen variieren. In manchen Fällen sind die per Software definierten Puffer sogar variabel und im Alltagseinsatz besonders großzügig ausgelegt, was grundsätzlich der Lebensdauer der Batterie zuträglich ist. Bewegt sich bei einer Batterie der nutzbare Bereich zwischen 30 und 80 Prozent, steigt ihre Lebensdauer deutlich. In einigen Fällen wird für den Alltagseinsatz nur bis zu diesem Bereich eine Akkunutzung ermöglicht, was über einen längeren Zeitraum also den Alterungsprozess der Batterie verlangsamt. Wird allerdings mehr Reichweite benötigt, lassen sich die SoC-Bereiche anheben, was dann im Bedarfsfall ein Reichweitenplus bedeutet.

Die meisten Hersteller arbeiten inzwischen mit einer statischen Verfügbarkeit der Batteriekapazität. So sind in der Regel 91 Prozent des Akkus und damit zum Beispiel 86 von 95 kWh auch tatsächlich nutzbar. Der Puffer von 9 Prozent wird jedoch in keinem Fall als Notreserve freigegeben. Auf diesem Weg soll die Langlebigkeit der Batterie gewährleistet werden, auf die einige Hersteller unterdessen acht Jahre oder 160.000 Kilometer Garantie geben. Nach Ablauf der Garantie soll damit ein nutzbarer Rest-SoC von mindestens 70 Prozent bleiben.

Zahl der Ladezyklen bestimmt den Alterungsprozess

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Ein Batterie-Speicherkraftwerk in Schwerin.

(Foto: Enyavar (Wiki))

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Variieren kann der Netto-Gehalt auch abhängig von der Größe der Batterie, was ebenfalls mit den Garantieleistungen zusammenhängt. Soll eine Batterie auch nach Fahrleistung X noch mindestens 70 Prozent ihrer ursprünglichen Speicherkapazität zur Verfügung stellen, muss der nutzbare SoC auch entsprechend ihrer Größe angepasst werden. So gibt es E-Auto-Modelle, für die der Kunde verschieden große Akkus bestellen kann. Um die Laufleistung mit einer kleinen Batterie zu erreichen, steigt über den Lebenszyklus hinweg auch die Zahl der Ladezyklen, was wiederum den Alterungsprozess beschleunigt. Mit größerem Puffer lässt sich diese Ladezyklus-Alterung verlangsamen. Große Batterien müssen zur Erreichung eines Laufleistungsziels weniger oft geladen werden, weshalb hier der Puffer kleiner ausfallen darf. Insofern ist es wahrscheinlich, dass bei einem Modell mit zwei Batteriegrößen im Angebot neben dem Bruttogehalt auch der relative Anteil des Puffers variiert.

Für den Kunden ist diese Praxis zunächst einmal ohne Nachteil und nicht als Mogelpackung zu verstehen. Letztlich gibt es bei allen Autoherstellern diese Diskrepanz zwischen physischer Speichergröße und nutzbarer Größe. Schön wäre es aus Verbrauchersicht, wenn jeweils beide Werte angegeben werden, was die Vergleichbarkeit erleichtern würde. Einige deutsche Hersteller machen das bereits, andere halten am Bruttowert fest, weil der nach mehr klingt. Will der Hersteller beziehungsweise der Händler den Nettowert nicht nennen, kann ein Blick in den Fahrzeugschein Aufschluss geben. Letztlich kann es allerdings egal sein, welchen Wert man kennt: Entscheidender sind für Vergleiche die Reichweiten- und Verbrauchsangaben, die idealerweise als WLTP-Werte angegeben werden.

Quelle: ntv.de