Die durchschnittliche Batterie eines Elektrofahrzeugs hält etwa acht Jahre oder länger, und mit der Erstausrüstungsbatterie können Sie in der Regel weit über 100,000 Meilen erwarten. Das ist es, was jeder Hersteller von Elektroautos für die Garantie anbietet, und manchmal auch länger, aber der Lebenszyklus einer Batterie für Elektrofahrzeuge geht weit über diesen relativ kurzen Zeitrahmen hinaus.
Wichtige Erkenntnisse
- Der Lebenszyklus einer EV-Batterie umfasst die Herstellung, die aktive Nutzung im Fahrzeug, Zweitverwendungen und schließlich das Recycling – jede Phase bringt spezifische Service- und Sicherheitsaspekte mit sich.
- Die Degradation der Batterie erfolgt zwar allmählich, aber kumulativ; der Kapazitätsverlust beschleunigt sich nach wiederholtem Schnellladen, Einwirkung extremer Temperaturen und Tiefentladezyklen.
- Durch regelmäßige Zustandsprüfungen (State-of-Health, SoH) erhalten Flottenbetreiber und Händler eine objektive Einschätzung darüber, in welcher Phase ihres Lebenszyklus sich eine Batterie befindet.
- Zweitnutzungsanwendungen für Batterien – wie beispielsweise stationäre Energiespeicher – erweitern den Wert über das Fahrzeug hinaus, erfordern aber genaue SoH-Daten, um wirtschaftlich rentabel zu sein.
- Das Recycling von Altbatterien gewinnt zunehmend an Bedeutung für die Regulierungsbehörden; Techniker und Werkstätten sollten die Anforderungen an sichere Handhabung und Entsorgung kennen.
- Die EV-Diagnosetools von Midtronics unterstützen das Lebenszyklusmanagement vom ersten Servicebesuch bis zur endgültigen Stilllegung.
Die Geburt einer Hochleistungsbatterie beginnt lange vor dem Einbau in ein Fahrzeug und erstreckt sich über viele Jahre hinaus, nachdem ihre Nutzungsdauer im Auto abgelaufen ist. Lesen Sie weiter über den Lebenszyklus einer Elektrofahrzeugbatterie.
Rohstoffe abbauen
Jede heute in Produktion befindliche Elektrofahrzeugbatterie benötigt Mineralien, die abgebaut werden müssen von der Erde. Einer der ertragreichsten Rohstoffe ist Lithium, sei es durch den Abbau aus der Erde im herkömmlichen Sinne oder durch die Gewinnung aus Salzseen. Lithium-Ionen transportieren Energie zwischen Anode und Kathode in jeder Batteriezelle.
Neben Lithium wird auch Nickel abgebaut, das in der Kathode von Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird. Es wird wegen seiner Fähigkeit verwendet, höhere Energiekapazitäten zu speichern, und nur die höchste Nickelklasse ist für diese Verwendung ausreichend.
Auch Kobalt ist ein Material, das für die Produktion von Elektrofahrzeugbatterien abgebaut werden muss. Es wird verwendet, um die Kathode zu stabilisieren, wenn Energie zwischen den beiden Elektroden übertragen wird. Kobalt unterliegt häufig umstrittenen Abbaupraktiken und muss vor seiner Verwendung aufbereitet werden.
Neben diesen gängigen Materialien benötigen Hersteller weitere Elemente wie Mangan, Eisen, Aluminium und Graphit.
Herstellung von Batterien
Nach Materialbeschaffung, Batterien sind zusammengebaut. Jeder Batteriesatz besteht aus Batteriemodulen, die alle miteinander verbunden sind, um Energie mit hoher Kapazität zu speichern. Jedes Batteriemodul besteht aus einzelnen Batteriezellen, die zylindrisch sind und einer AA-Batterie für den täglichen Gebrauch im Haushalt ähneln. Die Zellen bestehen im Wesentlichen aus einer Anode, einer Elektrode, einem Separatormaterial und einem Elektrolyten, aber Präzision ist von größter Bedeutung.
Hersteller stellen Batteriepakete so zusammen, dass sie zu jeder ihrer Plattformen passen. Die Module sind miteinander verbunden und ein Überwachungssystem überwacht deren Zustand und Ladezustand genau. Sobald die Batteriepakete zusammengebaut sind, werden sie in Elektrofahrzeuge eingebaut.
Einsatz in Elektroautos
Zusammengebaute Akkupacks werden so schnell wie möglich in Betrieb genommen. Die Batterie ist mit Elektromotoren verbunden, die die Räder antreiben, und in ein Steuermodul integriert. Wenn der Fahrer Kraft zum Beschleunigen oder zur Nutzung von Funktionen im Fahrzeug anfordert, dosiert das Steuermodul die gespeicherte Energie an seine Systeme. Siliziumgesteuerte Gleichrichter oder SCRs erfüllen eine ähnliche Funktion wie ein Gaszug und senden unterschiedliche Strommengen an die Antriebsmotoren, damit die Batterie nicht zu schnell leer wird und die Motoren nicht unnötig belastet werden.
Im Allgemeinen kann eine Batterie eines Elektrofahrzeugs weit über den Garantiezeitraum von acht Jahren oder 100,000 Meilen hinaus halten. Einige sollen bei Verwendung in gemäßigten Klimazonen zwischen 12 und 15 Jahren halten, während in extremen Klimazonen 12 Jahre das Maximum sein könnten. Was diktiert die Nutzungsdauer der Batterie eines Elektrofahrzeugs vor merklicher Verschlechterung ist die Anzahl der Ladezyklen, die es durchläuft. Die meisten Lithium-Ionen-Batterien halten ihre Ladekapazität über 1,500 bis 2,000 vollständige Ladezyklen, d. h. wenn sie auf 0 % entladen und wieder auf 100 % aufgeladen werden.
Da ein Elektrofahrzeug über Sicherheitsvorkehrungen verfügt, die eine vollständige Entladung des Akkus sowie ein Aufladen auf eine echte 100-prozentige Kapazität verhindern, sollten Sie damit rechnen können, dass Ihr Auto um ein Vielfaches so oft aufgeladen wird. Da die EV-Technologie noch relativ neu ist, ist nicht genau bekannt, wie lange sich die Lebensdauer einer EV-Batterie verlängern lässt, wenn sie ordnungsgemäß gewartet wird.
Wenn die Batterie so stark abgenutzt ist, dass die Reichweite nur noch etwa 30 % der erwarteten Reichweite beträgt, werden die Batterien ausgetauscht. Da die Batteriekosten extrem hoch sind – derzeit weit über 100 US-Dollar pro kWh – kann es unhaltbar sein, die Batterie zu wechseln und das Auto weiterhin auf der Straße zu halten. Unabhängig davon, ob die Batterie ausgetauscht wird oder das Fahrzeug letztendlich verschrottet wird, stellt dies das Ende seiner Verwendung als Batterie für Elektroautos dar, aber das bedeutet nicht das Ende seines Lebenszyklus.
Second-Life-Nutzung
Nachdem sie ein Jahrzehnt oder länger in einem Fahrzeug verwendet und schließlich außer Betrieb genommen wurden, können Akkupacks oft eine sogenannte Second-Life-Nutzung finden. Sie werden nicht vollständig außer Betrieb genommen, ihre Speicherkapazität reicht jedoch immer noch aus, um sie für andere Anwendungen zu nutzen.
Batterien können generalüberholt werden, um sicherzustellen, dass sie sicher funktionieren, wenn auch mit geringerer Kapazität als ursprünglich, und für andere Zwecke in Betrieb genommen werden. Teilweise sind je nach Integration weitere fünf bis acht Jahre Nutzungsdauer möglich. Eine Option ist eine Backup-Batterie für Stromausfälle für Gemeinden mit einer Sammlung umfunktionierter Elektrofahrzeugbatterien. Ein Beispiel ist in Lünen, Deutschland, wo 1,000 Batteriepakete des BMW i3 enthalten 12 MW Energie als Notstrom.
Kleinere Nutzungen wie die Sammlung von Solarenergie für Ferienhäuser sind sogar noch wahrscheinlicher, und Batterien mit geringerer Kapazität werden sinnvoll genutzt, bevor sie entsorgt werden.
Entsorgung und Recycling
Schließlich werden Batterien recycelt und ihre Rohstoffe zurückgewonnen. Unternehmen auf der ganzen Welt steigen in das Geschäft ein Recycling von Elektrofahrzeugbatterien, wodurch verhindert wird, dass giftige und brennbare Bestandteile in die Umwelt gelangen. Darüber hinaus können Materialien wie Lithium, Kobalt und Nickel zurückgewonnen und zur Herstellung neuer Batterien wiederverwendet werden.
Es handelt sich um einen zeitaufwändigen Prozess, der häufig manuell durchgeführt wird, um die höchste Ausbeute zu erzielen und etwa 80 % der äußerst wünschenswerten Elemente zu erfassen. Batteriepakete werden in Module und dann in einzelne Zellen aufgeteilt, damit sie von den Materialien befreit werden können. Andere Prozesse wie das Verbrennen der Zellen oder das Auflösen in Säure beschleunigen den Prozess, haben aber eine geringere Wiederherstellungsrate.
Wo sich der Lebenszyklus verbessern wird
In den kommenden Jahren wird es in nahezu allen Aspekten der Elektrofahrzeugbatterien erhebliche Verbesserungen geben. Materialien, deren Herstellung kostengünstiger ist, können die Beschaffung rationalisieren, und die Batterieherstellung wird zwangsläufig viel schneller und kostengünstiger. Zusammen mit mehr Forschung und neuen Technologien, die bald auf den Markt kommen, könnten Elektrofahrzeugbatterien länger halten als bisher, und die Zweitverwendung und bessere Recyclingtechniken könnten Elektrofahrzeuge als wirklich umweltfreundliche Mobilitätsoption stärken.
Häufig gestellte Fragen
Wie lange hält eine Elektroauto-Batterie im Durchschnitt?
Die meisten Hersteller von Elektrofahrzeugen geben eine Garantie von 8 Jahren oder 100,000 Kilometern auf ihre Traktionsbatterien. Die tatsächliche Lebensdauer hängt stark vom Ladeverhalten, dem Klima und den Nutzungsmustern ab. Die Überwachung des Ladezustands (SoH) mit Tools wie dem xHVS-3000 hilft dabei vorherzusagen, wann eine Verschlechterung zu einem Serviceproblem wird.
Was geschieht mit einer Elektrofahrzeugbatterie, nachdem sie aus dem Fahrzeug ausgebaut wurde?
Batterien mit Restkapazität (typischerweise über 70–80 % SoH) eignen sich für die Zweitnutzung in stationären Energiespeichern. Batterien unterhalb dieser Schwelle sollten über zertifizierte Recyclingprogramme abgegeben werden. Elektroauto-Batterien dürfen niemals im Hausmüll entsorgt werden – sie enthalten Schadstoffe.
Was verursacht die mit der Zeit einhergehende Leistungsminderung von Elektrofahrzeugbatterien?
Die Hauptursachen sind häufiges Schnellladen mit Gleichstrom (was die Zellen belastet), längere Einwirkung hoher oder niedriger Temperaturen, regelmäßige Tiefentladungen und längere Phasen mit 100 % Ladezustand. Durch die Kontrolle dieser Faktoren lässt sich die nutzbare Batterielebensdauer verlängern.
Wie können Servicebetriebe den Zustand von Batterien über deren gesamte Lebensdauer überwachen?
Regelmäßige SoH-Tests im Rahmen der Wartungsintervalle erstellen eine nachvollziehbare Aufzeichnung des Batteriezustands im Laufe der Zeit. xLVS-9000 unterstützt die Diagnose der 12-V-Hilfsbatterie, während die xHVS-3000 Ziel ist die Bewertung von Hochspannungs-Traktionspaketen.
Wann sollte eine Batterie eines Elektrofahrzeugs ausgetauscht werden?
Die meisten Originalhersteller empfehlen einen Austausch, sobald die Kapazität unter 70–80 % der ursprünglichen Kapazität sinkt. Der entscheidende Faktor ist jedoch die Kundenzufriedenheit – Reichweitenangst, Unfähigkeit, regelmäßige Fahrten durchzuführen, oder ein nicht bestandener SoH-Test. Tests liefern objektive Daten statt Vermutungen.
Gibt es Vorschriften für die Entsorgung von Elektrofahrzeugbatterien?
Ja. Batterien von Elektrofahrzeugen gelten in den meisten Ländern und Regionen als Sondermüll. Erkundigen Sie sich bei Ihrer örtlichen Umweltbehörde und befolgen Sie die entsprechenden Vorschriften. DOE-Leitlinien zu Batterierecyclingprogrammen. OEMs bieten häufig Rücknahmeprogramme für ausgediente Traktionsakkus an.