E-Auto-Begriffe: Akku, Ladezustand, Z zum Elektroauto, Technik

Der Akku ist das teuerste Bauteil in den meisten E-Autos. Standard sind Lithium-Ionen-Akkus, die auch in Smartphones und Notebooks zum Einsatz kommen. Sie speichern Energie und geben sie wieder ab, indem sich Lithium-Ionen zwischen den Polen in elektrochemischen Zellen bewegen.

Die Reichweite gilt im Allgemeinen als wichtigste Kenngröße am E-Auto. Sie ist abhängig von der Akkugröße und vom Stromverbrauch und in den vergangenen Jahren bei fast allen Modellen gestiegen. Teslas Model S kommt im Normzyklus auf bis zu 632 km. Hohe Geschwindigkeiten und die Nut­zung von elektrischen Verbrauchern wie Klimaanlage oder Sitzheizung verringern die Reichweite (hier finden Sie eine Übersicht aller Modelle).

Die Brennstoffzelle stellt eine alternative Technologie zum batterie­elektrischen Auto dar. Die Zelle nutzt Wasserstoff als Brennstoff. Der Wasserstoff wird komprimiert in einem Tank gespeichert. In Verbin­dung mit Sauerstoff aus der Luft entsteht in der Zelle elektrische Energie. Der benötigte Wasserstoff kann beispielsweise unter Einsatz von (Öko-)Strom aus einfachem Wasser hergestellt werden, dann nennt man ihn grünen Wasserstoff.

Hinter dem Kürzel verbirgt sich ein bedeutender chinesischer Batterieproduzent. CATL steht für Contemporary Amperex Technology. CATL hat in Erfurt für 1,8 Milliarden Euro eine Fabrik für den Europamarkt gebaut. Der Produktionsstart wird für 2022 anvisiert. Einer der größten CATL-Kunden ist BMW.

Seine Effizienz ist ein wichtiger Vorteil des batterieelektrischen Autos. Der Wirkungs­grad gilt allgemein als hervorragend. Ein batterielektrisches Auto benötigt für die gleiche Strecke nur halb so viel Energie wie das Wasserstoffauto und nur ein Sechstel dessen, was ein Ver­brenner braucht, der mit saube­rem synthetischem Kraftstoff fährt. 

Um zu beurteilen, wie die Batterie eines E-Autos altert, misst man den State-of-Charge (SoC), den Ladezustand des Akkus. Er beziffert die mögliche Ladekapazität im Verhältnis zum Nominalwert der vollgeladenen Batterie. Somit würde ein SoC von 80 Prozent bei einer 50-kWh-Batterie bedeuten, dass sie noch 40 kWh fassen kann.

Ein Elektromotor ist eine mit Strom betriebene, im Vergleich zum Verbren­ner einfache Maschine. Sie erzeugt wechselnde Magnetfelder und gerät dadurch in Bewegung. Das folgende Prinzip bildet die Grundlage: Durch Anziehung und Abstoßung dreht sich ein be­weglicher Teil (Rotor) in einem oder um einen unbeweglichen (Stator).

Die Feststoffbatterie ist die kommende Entwicklungsstufe der Akkus. Hier besteht der Elektrolyt nicht aus flüssigem, sondern aus festem Material. Eine Feststoffbatterie erreicht im Labor die dreifache Energie­dichte und ermöglicht daher mehr Reichweite bei gleichem Gewicht. Allerdings ist die Speicherkapazität von Feststoffbatterien bislang noch geringer als bei Lithium-Ionen-Akkus.

Ein Hybridauto ist ein Auto mit zwei Antriebs­konzepten, meist Verbrenner und E-Motor plus Batterie. Der Elektrifizierungsgrad eines Hybridautos wird durch die Zusätze Mild-, Voll- und Plug-in- angezeigt. Ein Plug-in-Hybrid (PHEV) lässt sich extern laden.

Unter Induktion versteht man drahtlose Energieübertragung, die Kabel beim Laden von E-Autos und Plug-in-Hybriden überflüssig macht. Statisch gibt es das schon, etwa von BMW. Dynamisches induktives Laden – also Laden während der Fahrt – wird unter anderem vom israeli­schen Start-up Electreon Wireless entwickelt. Gemeinsam mit Partnern wollen die Israelis die Technologie auch nach Deutschland bringen. 

Kobalt ist ein kritischer Rohstoff für Auto-Akkus. Er wird für die Minimierung der Brandgefahr und eine gute Zyklenfestigkeit be­nötigt. Ein Großteil des Metalls stammt jedoch aus dem Kongo, wo es unter anderem von Kindern gefördert wird – teils unter menschenunwürdigen Bedingungen. Deshalb erforschen viele Batteriehersteller die Möglichkeit, Kobalt durch andere Stoffe zu ersetzen.

Die Ladesäulen/Ladestationen sind bislang ein Fla­schenhals beim Wachsen der E-Mobilität. Der Ausbau öf­fentlicher Ladestationen geht langsam voran (März 2021: ca. 40.000 Standorte in Deutschland), für private Ladesäulen fehlt teilweise der Rechtsrahmen. Zudem variieren Zugangsvoraussetzungen und Preise bei öffentli­chen Säulen stark.

Der Netzausbau ist die für einen Hochlauf der E-Mobilität nötige Ver­besserung der Infrastruktur. Laut einer Studie aus dem Jahr 2019 geht es zu­mindest im Stromnetzgebiet von Eon um überschaubare Inves­titionen: 2,5 Milliarden Euro in 25 Jahren – bzw. 400 Euro pro E-Auto. Mithilfe von cleverem Lastmanagement ließen sich diese Kosten weiter reduzieren. Unter Lastmanagement ist in diesem Fall zu verstehen, dass nicht alle Elektroautos zur gleichen Zeit laden (etwa nach Feierabend), dann könnte im Extremfall eine Spitzenglättung drohen. Doch zuletzt kippte die Bundesregierung die Pläne für eine Einschränkung der Stromnutzung für E-Autos.

Unter Photovoltaik versteht man die Umwandlung von Lichtenergie in Strom mittels Solarzellen. Sie wird mit zunehmender Leistungsfä­higkeit für den Einsatz in E-Auto-Karosserien interessant, um kosten­los die Batterie zu laden und Reich­weite zu generieren.

Ein Smart Grid ist ein intelligentes Strom­netz, in dem auch Elektroautos eine Rolle spielen. Die Akkus der Autos können überschüssigen Strom aus Windrädern und So­laranlagen zwischenspeichern und bei Bewölkung und Flaute wieder ins Netz einspeisen. Dafür müssen Autos und Ladesäulen darauf ausgelegt sein, dass die Autos sowohl Energie aufnehmen als auch ins Stromnetz abgeben können (sogenanntes bidirektionales Laden).

Das kalifornische Unternehmen Tesla ist ein Pionier der Elektromobi­lität. Erstes Serienmodell war der von 2008 bis 2012 gebaute Roadster, aktuell bietet Tesla die Modelle Model S, Model X und Model 3 an. Das bislang in Fremont, Kalifornien, gebaute Crossover Model Y soll ab 2022 auch in Berlin-Grünheide entstehen. Uneinigkeit besteht darü­ber, ob Tesla einen technologischen Vorsprung hat und wie groß der ist. Klar ist: Die Firma von Elon Musk hat wichtige Technologien (Batterie, Autopilot) in der eigenen Hand und außerdem bereits Erfahrungen mit über einer Million E-Autos im Markt.

Unter dem Umweltbonus versteht man das staatliche 2016 aufgelegte Programm zur Verbesserung der Luftqualität. Die Anschaffung von E-Autos, Plug-in-Hybriden und Brennstoffzellen-Fahrzeugen wird mithilfe des Umweltbonus gefördert. Zu Beginn lag die Förderhöhe bei 2000 Euro für ein batterieelektrisches Fahrzeug und 1500 Euro für einen von außen aufladbaren Hybriden. Der Hersteller gewährte dazu den gleichen Betrag als Nachlass. Im Zuge der anhaltenden Corona-Pandemie hat die Bundesregierung den staatlichen Anteil am Umweltbonus als Kaufprämie, auch Innovationsprämie genannt,  verdoppelt.

Wechselakkus sind ein Konzept zur Überwindung der Reich­weitenproblematik batterieelektrischer Autos. Statt sie zu laden, werden Akkus auf Langstrecken an speziellen Statio­nen getauscht. Bisherige Versuche (u. a. von Better Place) sind geschei­tert, aktuell setzt der chinesische Hersteller Nio auf Wech­selak­kus.

Die Zyklenfestigkeit ist die Angabe, wie oft eine Batterie ge- und entla­den werden kann, bis ihre Ka­pazität unter einen bestimm­ten Prozentsatz fällt. Die erwarteten Werte variieren. Als Maßstab gilt eine Zyklenfestigkeit von 1000 bis 1500 Ladevorgängen. Je nach Schnelligkeit von Ladung und Entladung variiert die Alterung einer E-Auto-Batterie.

VW etwa gibt bei seinen ID-Modellen die Garantie, dass nach acht Jahren bzw. 160.000 Kilo­metern noch mindestens 70 Prozent zur Verfügung stehen. Auswertungen von Tesla Model S mit hohen Lauf­leistungen zeigen, dass die Batte­rien der Amerikaner viel langsamer altern.