Mehr Batteriekapazität, bitte!

Die elektrische Kompaktklasse erlebt gerade ein Batterie-Wettrennen. Dank mehr Speicherkapazität wächst aber nicht nur die Reichweite. Die einzelnen Zellen werden bei steigender Leistung weniger belastet. Den eigentlichen Gewinn aber hat die Infrastruktur. Eine Überlegung von Christoph M. Schwarzer.

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Die Batteriekapazitäten wachsen wie die Gebote auf einer Auktion: Wer bietet mehr? Es ist keine zwei Jahre her, als Hyundai in Amsterdam den Ioniq electric zur ersten Ausfahrt präsentierte. Mit 28 statt der im Volkswagen e-Golf üblichen 24 Kilowattstunden (kWh). Der Wolfsburger musste 2017 nachlegen: 36 kWh. Und der Weltverkaufsmeister Nissan Leaf liegt heute bei 40 statt der ursprünglichen 24 und später 30 kWh. Auch diese Größe wird binnen Jahresfrist Makulatur sein, denn Nissan wird eine Version mit gut 60 kWh vorstellen. Die Kompaktklasse steht exemplarisch für das Wettrüsten bei den elektrochemischen Speichern. Spätestens 2020 werden hier 50 kWh die neue Mitte und das Mindestmaß sein. Eine Entwicklung, die Vor- und Nachteile hat, aber grundsätzlich gut und richtig ist: Denn mit steigender Batteriekapazität können mehr Anwendungsprofile abgedeckt werden – und die Infrastruktur wird intelligenter genutzt.

Vielleicht war es eine Form des Schönredens, die erste Generation der Batterie-elektrischen Autos als völlig ausreichend darzustellen: Die meisten Fahrten wären ohnehin nur kurz, hieß es, und wer fleißig zwischenlade, könne all Entfernungen abbilden. Bei ehrlicher Betrachtung war jedoch offensichtlich, dass die von den Besitzern als Provokation empfundene Bezeichnung als Zweitwagen schlicht zutreffend war.

Dass mit mehr Kilowattstunden weitere Strecken gefahren werden können, ist eine banale Erkenntnis. Der Nutzen einer größeren Batteriekapazität ist allerdings viel umfassender.

Mehr Kapazität = mehr Leistung, weniger Zellbelastung

Hierzu ist es sinnvoll, sich nochmal an den Aufbau eines Batteriesystems zu erinnern: Es ist die Summe vieler einzelner Zellen. Jede Zelle hat eine eigene Spannung, Kapazität und Leistung. Mehr Zellen haben also eine höhere Leistung für den E-Motor als Abfallprodukt. Das lässt sich schön beim Volkswagen e-Golf nachvollziehen, der mit dem Akku-Upgrade von 85 kW auf 100 kW erstarkte und entsprechend schneller beschleunigt. Beim Nissan Leaf – aktuell mit 110 kW zu haben – wird die abrufbare Spitzenleistung mit der in Kürze erwarteten optionalen Batterie auf 150 kW steigen.

Wenn eine Batterie mehr Leistung abgeben kann, kann sie zugleich auch mehr aufnehmen: Beim Laden und bei der Rekuperation, die also formal vehementer ist und der Verschleiß der Scheibenbremsen in der Folge noch geringer.

Gleichzeitig gilt, dass die Hersteller bei der Auslegung des Batteriesystems auf der sicheren Seite bleiben. Übersetzt: Wenn mehr Zellen zur Verfügung stehen, müssen diese seltener ausgereizt werden. Bei konservativer Ausgestaltung durch zum Beispiel ein kleineres Ladefenster wird die Lebensdauer wachsen.

Den eigentlichen Gewinn aber hat die Infrastruktur.

Mehr Autos in kürzerer Zeit an der DC-Ladesäule

Denn mit dem Plus bei der Batteriekapazität steigt automatisch die potenzielle Ladeleistung. 50 kW maximale Gleichstrom-Ladeleistung, die darüber hinaus nur vorübergehend erreichbar sind, werden schon bald als nicht mehr akzeptabel gelten. Auf Basis der üblichen rund 400 Volt Spannung dürften in der Kompaktklasse zeitnah circa 70 bis 100 kW drin sein. Und in die Zukunft gedacht wird mit einer höheren Spannungsebene und noch mehr Kapazität eine Zahl von 200 kW keine Illusion sein – wohlgemerkt nicht in einem luxuriösen Porsche Mission E, sondern bei den Durchschnittsautos.

Wahrscheinlich arbeiten die Hersteller für die meisten Fahrzeugklassen darum an flüssigkeitsgekühlten Batteriesystemen. Diese können hohe Ladeleistungen über einen längeren Zeitraum halten. In der Folge wären nicht nur Phänomene wie #Rapidgate beim Nissan Leaf Vergangenheit. Relevanter ist, dass die kommende Zellchemie mit höherem Nickel- und geringerem Kobaltanteil thermisch kritischer ist und kontrollierter temperiert werden muss.

Höhere Ladeleistungen als Ergebnis gestiegener Batteriekapazitäten schlagen sich in kürzeren Standzeiten an DC-Säulen nieder. In der gleichen Zeit kann also mehr Strom verkauft werden – die Auslastung wächst, der Fahrzeugumsatz auch, und für die Betreiber nähert sich der Tag, an dem die DC-Standorte einen Business Case haben. Außerdem muss die Zahl der DC-Ladepunkte nicht ins Unendliche steigen.

Netzdienliches AC-Laden muss kommen

Dieser Faktor ist genauso wesentlich wie die gleichzeitige Entlastung im AC-Bereich. Wenn der Autofahrer keine Sorge haben muss, am nächsten Tag genug Reichweite zu haben, kann in Zukunft konsequent netzdienlich geladen werden. Auf ein paar Kilowattstunden kommt es nicht an. Leider steht die Branche der Elektromobilität hier noch am Anfang. Die Vision ist dennoch offensichtlich: Für weite Strecken wird immer schneller DC geladen. Für alle anderen muss das AC-Laden immer mehr der realen Stromproduktion angepasst werden. Beides ist leichter möglich, wenn die Batteriekapazität steigt.

Die Vorteile für Praxistauglichkeit und Infrastruktur wiegen schwer.

Nachteile gibt es trotzdem. Denn eine sehr große Zahl von Pkw und Nutzfahrzeugen mit deutlich größeren Batterien erzeugt einen enormen Materialbedarf. Die Weiterverwertungs- und Recyclingsysteme sind bisher lediglich im Aufbau und noch nicht etabliert. Das muss sich mittelfristig ändern, und hier ist auch der Gesetzgeber gefragt.

Welches Format in welchem Fahrzeugsegment?

Die Hersteller wiederum müssen genau abwägen, welche Größenordnung richtig ist. Ein Smart EQ Fortwo etwa wird weiterhin mit relativ wenig Kilowattstunden durch die Ballungsräume kommen. Ein Volkswagen I.D. dagegen wird von vielen Kunden mit den Erwartungen an ein Standardauto verglichen werden – wie viel darf die Zelle dann kosten?

Aus Ressourcensicht lässt sich das Wachstum der Batteriekapazitäten durchaus kritisch bewerten. Wer jedoch glaubt, durch freiwillige Selbstbeschränkung und Bescheidenheit beim Käufer punkten zu können, irrt sich. Das Mehr wird kommen.