Die Batterie (auch "Hochvoltbatterie" oder "Traktionsbatterie" genannt) eines Elektroautos ist vielleicht dessen wichtigste Komponente. Sie definiert die Reichweite des Wagens, seine maximale Leistung sowohl beim Fahren als auch beim Laden und nicht zuletzt seine Lebensdauer und die Herstellungskosten - und somit den Preis.
Dieser Artikel versucht anschaulich die technischen Aspekte der Batterie zu erläutern.
Die Zelle
Die Batterie eines E-Autos ist kein monolithisches Gebilde. Sie besteht aus unzähligen, einzelnen Zellen welche elektrisch in einer Reihen- oder Parallelschaltung miteinander verschaltet werden. Dabei werden je nach Hersteller oder Modell unterschiedliche Zellen-Arten eingesetzt. Diese können sich sowohl in der Bauform als auch in der chemischen Zusammensetzung unterscheiden.
Wurden bei früheren E-Autos (bzw. Hybriden) noch NiMH-Zellen (Nickel-Mangan-Hybrid) eingesetzt, so haben sich in modernen Fahrzeugen Li-Ionen-Zellen durchgesetzt. Bei diesen wird wiederum je nach chemischer Zusammensetzung zwischen NMC-, NCA- oder LFP- (bzw. LiFePo) Zellen unterscheiden. Die Abkürzungen stehen für die in der Zelle eingesetzten chemischen Elemente: N für Nickel, M für Mangan, C für Cobalt, A für Aluminium und F für Eisen. Die Zusammensetzung der Zelle definiert auch die elektrische Spannung - diese liegt je nach Zellentyp bei 3,6 - 3,8V.
Neben der chemischen Zusammensetzung können sich die Zellen auch in ihrer Bauform unterscheiden. So verwendet Tesla zylindrische Zellen, welche den gewöhnlichen AA-Betterien in ihrer Form ähneln, andere Hersteller setzen auf prismatische Bauformen oder auf s.g. Pouch-Zellen.
Die Batterie
Werden viele einzelne Zellen zusammen geschaltet entsteht eine Batterie. Die Zellen können dabei in einer Reihen- oder Parallelschaltung elektrisch verbunden werden. Werden zB. drei Zellen mit einer Nennspannung von 3,7V in reihe zusammen geschaltet, verdreifacht sich die Spannung auf 11,1V. Werden die selben drei Zellen parallel geschaltet, verdreifacht sich die Kapazität und die entnehmbare Stromstärke, die Spannung bleibt dabei gleich bei 3,7V
In Batterien von Elektroautos werden Blöcke (bzw. "Module") von parallel geschalteten Zellen wiederum in Reihe geschaltet. In den meisten Fahrzeugen wird somit eine Systemspannung von etwa 400V erreicht. Es gibt aber auch Fahrzeuge mit einer 800V-Batterie, wie zB. in dem Porsche Taycan.
Die Batterie eines Tesla Model 3 Long Range besteht aus 4.416 Zellen, hat damit eine Kapazität von 74kWh bei 400V Systemspannung.
Die Li-Ion-Zellen können ihre maximale Leistung nur in einem bestimmten Temperaturbereich abgeben. Werden die Zellen zu heiß oder zu kalt, können sie sogar dauerhaft beschädigt werden. Deswegen verfügt die Batterie eines modernes E-Autos über eine ausgeklügelte Klimatisierung. Die Zellen werden von einem Kühlmittel bei deren Wohlfühltemperatur gehalten, was hohe Leistungen sowohl beim Laden als auch beim Entladen ermöglicht und die Lebensdauer der Batterie deutlich erhöht.
Weitere Bestandteile einer modernen E-Auto Batterie sind ein Diagnosesystem, welches schwache oder defekte Zellen erkennt, sowie eine Sicherheitseinrichtung, welche im Falle eines Unfalls die Batterie vom Fahrzeug trennt und somit Verletzungen durch einen elektrischen Schlag verhindert.
Das Gehäuse der Batterie ist meistens sehr stabil ausgelegt um bei einem Crash die Zellen zu schützen. Nicht zuletzt aus diesem Grund glänzen viele Elektroautos durch Bestmarken bei Crashtests.
Produktion und Hersteller
Um die kosten pro Zelle möglichst niedrig zu halten, läuft deren Produktion weitgehend automatisiert ab. Weltweit beherrschen die folgenden Hersteller den Markt: LG Chem, CATL, BYD, Panasonic/Tesla und Samsung SDI. Die Meisten der Werke stehen in China. Tesla baut seine Zellen in den USA und LG Chem betriebt ein großes Werk in Polen. Je nach deren Produktionskapazität werden diese Fabriken auch als "Mega-" (MWh/Jahr) oder "Gigafactory" (GWh/Jahr) bezeichnet. Zusammen mit den aktuell im Bau befindlichen Werken und den bereits geplanten ist bis zum Jahr 2028 mit einer jährlichen Produktionskapazität von 1,5TWh zu rechnen - das entspricht etwa dem Bedarf von 15 Mio E-Autos mit einer großen 100kWh-Batterie.
Die Art der Herstellung der Zellen ist entscheidend für die Bewertung der Ökobilanz eines E-Autos. Woher kommen die Rohstoffe? Aus welchen Quellen stammt die benötigte Energie für die Prozesse? Unter anderem mit genau diesen Fragen beschäftigt sich auch unser Artikel KLIMA UND ÖKOLOGIE - WIE UMWELTFREUNDLICH IST DAS E-AUTO EIGENTLICH.