Grenzen der Hochvolttechnologie: nichts für kleine Autos

Die immer höhere Hochspannung hat beinharte Vorteile: Leitungsquerschnitte sind niedriger, das spart Gewicht und Platz. Außerdem kann schneller geladen werden, ohne gravierende Ladeverluste zu erleiden. Denn bei gleicher Leistung ist die thermische Belastung von Leitungen und Komponenten geringer, wenn die Spannung erhöht wird. Liegt also die Zukunft der Elektromobilität in möglichst hoher Systemspannung?

Tatsächlich sind 800 Volt nicht für alle Elektroautos die beste Wahl. Der wichtigste Grund liegt in den Kosten: Bei hoher Spannung steigt auch der Bedarf an Isolierung, um Stromunfälle auszuschließen. Das setzt erhöhte Ansprüche an Materialien, Verarbeitung und Sicherheitsanforderungen. All das macht ein Produkt teurer. Für günstige Elektroautos wäre das nicht bezahlbar.

Auch aus Platzgründen kann die Hochvolt-Technologie schnell an Grenzen stoßen, insbesondere bei Kleinwagen: Da an einer einzelnen Zelle nur 3,6 bis 4,2 Volt Spannung anliegen, müssen für 800 Volt Systemspannung rund 200 Zellen in Reihe geschaltet werden – für 1000 Volt wären es 250. Den nötigen Raum für solch eine große Menge an Batteriezellen können kleine Autos oft nicht bieten.

Hinzu kommt: Kleine Akkus verkraften bisher keine sehr hohe Ladeleistung, weil die abzuführende thermische Energie sie überfordert. Hier kommt die C-Rate ins Spiel, die unter anderem definiert, wie schnell ein Akku geladen werden kann. 1C bedeutet: Der Akku wird in einer Stunde vollständig geladen bzw. entladen. Moderne LFP-Akkus erreichen aktuell 2C, das bedeutet 30 Minuten für die schnellste volle Ladung/Entladung.

Würde ein kleiner Akku von 40 kWh Kapazität mit 350 kW Leistung geladen, dann läge die C-Rate bei 8,75. Theoretisch beträgt die Ladezeit dann weniger als sieben Minuten – doch ein so schneller Ionenaustausch ist mit der zeitgenössischen Batteriechemie aktuell nicht realisierbar. Das bedeutet auch, dass die immer stärkeren Schnelllader für viele (kleine) E-Autos nichts bringen.

Eine weitere Begrenzung stellt die gängige Schnellladetechnik CCS dar: Sie kann nur mit bis zu 500 Ampere Stromstärke laden. Das erlaubt bei einem 800-Volt-System theoretisch bis zu 400 kW Ladeleistung.

Doch auch hier stößt die Ladegeschwindigkeit an technische Grenzen – selbst bei größeren Akkus. So schafft auch der bisher stärkste VW ID.3, der "GTX Performance" mit 326 PS und 79 kWh großem Akku, lediglich eine Ladeleistung von 185 kW. Damit ist eine C-Rate von etwas besser als 2C (unter 30 Minuten) möglich.

Das derzeitige Novum stellt BYD mit seinem 1000-Volt-Akku dar, der in China schon bald die Luxusmodelle Tang L und Han L (L für Langversion) mit Strom versorgen soll. In 12 Minuten, so kündigt der Hersteller an, soll der Akku ge- bzw. entladen werden können – das entspricht einer C-Rate von 5C. Schneller geht es derzeit nicht.

Der Stand der Technik limitiert also auch akkuseitig die Ladegeschwindigkeit. Damit ist das letzte Wort natürlich noch nicht gesprochen: Die Akkus von morgen dürften leichter ausfallen. Sie beanspruchen also bei gleicher Leistung weniger Raum. Auch das dürfte voraussichtlich höhere C-Raten ermöglichen.