Elektroautos brauchen Strom für den Antrieb und müssen diese Energie in einem Akku mitbewegen. Daher besteht die Herausforderung für die Automobilentwickler darin, Akkusysteme zu konstruieren, die möglichst viel Energie aufnehmen können und gleichzeitig mit einem möglichst geringen Gewicht auskommen.

Aktuell besteht die technische Lösung dieses Problems in der Nutzung von Lithium-Ionen-Akkus. Diese Batterien bestehen bei Elektroautos aus einer Vielzahl einzelner Batteriezellen, die zusammen mit einer Akkusteuerung und einer Klimatisierung zu einem Akkusystem zusammengefasst werden.

Akkus verlieren ihre Kapazität allein schon durch Alterung

Lithium-Ionen-Akkus bieten viele Vorteile in Bezug auf die Energiedichte oder auch die mögliche Ladegeschwindigkeit. Allerdings verbrauchen sich die Bestandteile auch aufgrund physikalischer Prozesse. Lithium-Ionen-Akkus können nicht unendlich oft geladen und entladen werden. Irgendwann sinkt die speicherbare Stromkapazität, weil die Materialien, die in die Akkus verbaut werden, ihre physikalischen Eigenschaften negativ verändern. Dieser Verlustprozess, der allein schon durch die Alterung ausgelöst wird, wird Degradation genannt.

Extreme setzen die Elektroauto-Batterie unter Stress

Ein wesentlicher Faktor bei dem Alterungsprozess sind die Stromstärken, mit denen ein Akku beladen bzw. entladen wird. Außerdem wirken weitere Faktoren ein, die den Akku unter Stress setzen können, zum Beispiel eine vollständige Entladung oder auch eine ständige Ladung auf 100 % Ladezustand. Deswegen ist das Nutzerverhalten so wichtig für den Erhalt der Lebensdauer eines Akkus.

Zum E-Auto-Akku gibt es einige Mythen

In der öffentlichen Diskussion um die Elektromobilität spielt die angeblich geringe Lebensdauer der Akkusysteme eine wichtige Rolle. In diesem Zusammenhang werden immer wieder Mythen geäußert, die diesen Akkus nur eine Reichweite von 100.000 km beimessen. Oft wird auch vorgebracht, dass die Lebensdauer von Akkus auf 1.000 oder 2.000 Ladevorgänge beschränkt sei.

Allgemein lässt sich sagen, dass solche Aussagen die komplexen physikalischen Vorgänge in einem Akku zu stark vereinfachen. Was zum Beispiel sollen 1.000 Ladevorgänge genau sein? Wird ein Akku dann 1.000 Mal von 0 auf 100 % geladen? Das ist aber kein realistisches Szenario, denn nur in sehr wenigen Fällen werden Elektroautos erst dann geladen, wenn sie vollständig leer gefahren wurden. Kurz gesagt: Solche pauschalen Aussagen bieten nur wenig Aufschluss über die tatsächlichen Verhältnisse.

Der C-Wert

Die physikalischen Eigenschaften eines Akkus bleiben am längsten erhalten, wenn er mit geringen Stromstärken belastet wird. Hiermit ist sowohl der Ladevorgang als auch der Entladevorgang gemeint. Bei beiden Vorgängen soll der so genannte C-Wert nicht größer als 1 sein. Der C-Wert dient den Ingenieuren zur Berechnung des maximalen Entladestroms. Er beschreibt das Verhältnis der Akkugröße zur Stromstärke, mit der der Akku gerade belastet wird.

Ein Beispiel für die Berechnung des C-Werts

Nehmen wir an, ein Akku hat eine Kapazität von 50 kWh.

• Wenn dieser Akku mit einer Leistung von 50 kW geladen wird, ist der C-Wert = 1.
• Wird ein Fahrzeug mit einem solchen Akku stark beschleunigt, wird eventuell eine Stromleistung von 100 kW daraus abgerufen. Der C-Wert beträgt dann 2.
• Im Fall einer Beladung mit 11 kW beträgt der C-Wert 0,22.
• Bei einer Ladung mit einem Strom in der Stärke von 100 kW ist der C-Wert ebenfalls 2.

Es gilt die Faustformel: Es ist für die Lebensdauer eines Akkus förderlich, wenn der C-Wert beim Entladen wie beim Laden kleiner als 1 ist.

Elektroauto-Akkus vertragen keine extremen Temperaturen

Vorweg die gute Nachricht: Bei E-Autos sorgt eine automatische Klimatisierung dafür, dass Akkus nicht mit extremen Temperaturen überfordert werden. Das ist sinnvoll, denn Temperaturen zwischen -10 und +40 Grad Celsius sind generell die absoluten Unter- bzw. Höchstgrenzen, denen ein Akku im Betrieb ausgesetzt werden sollte. Werte darunter bzw. darüber können ihn schwer schädigen. Daher verfügen Akkusysteme in Elektroautos über eine entsprechende Temperatursteuerung. Diese sorgt dafür, dass der Akku immer richtig beheizt bzw. gekühlt wird.

Aber welche Temperatur ist die optimale? Die optimale Betriebstemperatur für einen Akku ist die, bei der sich auch Menschen am wohlsten fühlen – knapp um die 20 Grad. Allerdings sind 10 Grad Celsius für eine reine Lagerung, wenn man ihn nicht benutzt, noch besser.

Wie lädt man einen E-Auto-Akku richtig?

Starke Ströme belasten einen Akku vor allem deshalb, weil sie ihn erhitzen können. Dies ist besonders beim Ladevorgang der Fall, weil dabei der Strom über einen längeren Zeitraum auf den Akku wirkt. Das Stromnetz bietet allerdings verschiedene Stromstärken an, mit denen man Strom entnehmen kann.

• Die Haushaltssteckdose.
  Die klassische Schukosteckdose verfügt über eine maximale Stromleistung von 3,6 kW. Um 50 kWh von 0 auf 100 % mit dieser Stromstärke zu laden, dauert also richtig lange: über 13 Stunden. Deswegen bezeichnen Elektroautobesitzer das Laden an der Haushaltssteckdose gerne despektierlich als „Schnarchladen“. Vorteil ist andererseits der geringe C-Wert. In unserem Beispielfall: 3,6 kW geteilt durch 50 kWh = 0,072.
• Normal-Ladestationen.
  Diese Ladestationen verfügen meistens über Stromleistungen von 11 bzw. 22 kW. Dabei handelt es sich entweder um Ladestationenim privaten Umfeld oder um die in urbanen Räumen anzutreffenden öffentlichen. Wird ein 50-kWh-Akku zum Beispiel mit 11 kW geladen, beträgt der C-Wert 0,22.
• Schnellladestationen.
  Diese öffentlichen Ladestationen liefern Ladeströme von 50 bis zu 450 kW. Neuere Fahrzeuge wie zum Beispiel das Tesla Model 3 laden an diesen High Power Chargern (HPC) mit bis zu 200 kW. Bei einer Akkukapazität von 75 kWh liegt der C-Wert also weit über 1, kann sogar über  2 steigen. Allerdings verläuft die Ladekurve an einem HPC nicht linear. Das bedeutet: Die volle Leistung wird nur bei einem Akkuladezustand von ca. 20 bis 50 % gezogen. Zwischen 50 und 80% wird, je nach Modell, die gezogene Leistung geringer. Ab ca. 80% nimmt die Leistung stark ab. Die letzten 5 % um auf 100 % zu kommen, werden mit einem ganz kleinen Strom geladen. Trotzdem kann man feststellen, dass die Klimasteuerung bei einem HPC-Ladevorgang oft mit voller Last für Kühlung sorgen muss, um Akkuschäden zu verhindern.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Je langsamer ein Akku geladen wird, desto besser. Daher ist das ständige Laden an Schnellladestationen mit starken Stromstärken mit einem C-Wert von >1 nicht zu empfehlen. Auf einer Langstreckenfahrt mag das Laden an Schnellladestationen unvermeidlich sein und ein solcher Ladevorgang verursacht ja auch nicht augenblicklich einen Totalschaden am Akku. Aber im Alltag sollte man es wenn möglich vermeiden.

Optimaler Ladezustand: Nicht ganz leer und nicht ganz voll

In der Öffentlichkeit kursiert gerne die Legende, es sei für einen Akku gut, wenn er immer wieder vollständig entladen wird. Erst dann könne er seine Aufnahmefähigkeit vollständig erhalten. Diese Ansicht ist, bezogen auf die in E-Autos üblichen Lithium-Ionen-Akkus, grundfalsch und das Gegenteil ist richtig.

Es ist für die Erhaltung der Akkuleistung viel besser, wenn er nachgeladen wird, bevor die vollständige Entladung eingetreten ist. Es stresst das System, wenn auch noch die letzten Ionen rausgepresst werden müssen. Daher sollte man sein Fahrzeug möglichst nie unter einen Bereich von 20 % Ladezustand entladen. Und wenn man schon so einen niedrigen Akkustand erreicht hat, dann gilt es, möglichst starke Entladungen zu vermeiden. Denn das bedeutet so richtig Stress für das wertvolle Bauteil.

Auch am anderen Ende der Skala kann man sich so verhalten, dass es für die Akkuphysik schonender ist. Optimal wäre es, bei einem Ladestand von 90 oder besser 80 % den Ladevorgang zu beenden. Wer also seinen Akku immer zwischen 20 und 80 % Ladezustand betreibt, der schont den Akku und trägt zu dessen Erhaltung bei. Auf 100 % lädt man daher nur im Ausnahmefall, zum Beispiel vor einer Langstreckenfahrt.

In diesem Sinne ist es eben nicht sachgerecht, einfach eine maximale Anzahl von Ladezyklen publik zu machen, nach dessen Erreichen die Akkukapazität unweigerlich sinkt. Solche vereinfachenden Pi-mal-Daumen-Kalkulationen zeigen keine belastbaren Handlungsanweisungen.

Einen Akku richtig fahren

Für die Physik eines Akkus ist es unerheblich, ob die Belastungen durch starke Ströme beim Laden oder durch das Entladen verursacht werden. Daher ist neben einem behutsamen Laden auch das zurückhaltende Fahrverhalten des Elektroautofahrers entscheidend.

Bekanntlich verfügen E-Autos über erheblich bessere Beschleunigungswerte als konventionell angetriebene Fahrzeuge. Das verleitet viele Nutzer, das Auto maximal zu beschleunigen, denn man ist schließlich damit oft der Schnellste beim Ampelstart. Starke Beschleunigung bedeutet die Nutzung einer hohen Stromleistung. Ständig und immer „Vollgas“ ist der “Akkugesundheit” aber abträglich.

Dieses Phänomen begründet sich wiederum mit der Temperatur. Beim Durchtreten des Fahrpedals wird ein starker Strom abgerufen, den der Akku auch liefert. Dadurch erhitzt er sich kurzzeitig, da die Klimatisierung nicht in gleichem Zeitraum für die entsprechende Temperaturabsenkung sorgen kann. Sie ist schlicht zu langsam. Zwar tritt auch hier kein Totalverlust auf, nur weil man einmal die volle Beschleunigung abgerufen hat. Wirklich fundamental schädigendes Verhalten verhindert die Akkusteuerung. Die Entnahme einer hohen Stromleistung wird schlicht durch eine entsprechende Abriegelung verhindert. Elektroautos sollte  man daher nicht stundenlang unter Volllast fahren.

Fazit: So behandelt man den E-Auto-Akku richtig

Wer seinen Akku mit niedrigen Stromstärken lädt, den Akkuladestand zwischen 20 und 80% hält und nicht ständig mit durchgetretenem Fahrpedal beschleunigt, der vermeidet Akkustress und erhält dessen Kapazität.

Autor: Dirk Baranek ist Geschäftsführer einer Agentur für digitale Kommunikation in Stuttgart. Er war als Freier Online-Redakteur und Jour­na­list (DJV) tätig, ist Blogger, PR-Berater, Dozent und Tesla-Fahrer.