Wie lange halten E-Auto-Akkus wirklich? Dr. Florian Ringbeck im Experten-Interview

Interview geführt von Max Kugler

Bidirektionales Laden bringt Bewegung in den Markt für Elektromobilität: Fahrzeuge werden zunehmend nicht nur als Fortbewegungsmittel, sondern auch als flexible Stromspeicher gedacht. Doch mit der neuen Nutzung rückt eine grundlegende Frage in den Mittelpunkt: Wie altert die Batterie eines Elektroautos eigentlich – und wodurch wird dieser Prozess beeinflusst?

Dr.-Ing. Florian Ringbeck ist seit 2020 Geschäftsführender Oberingenieur am CARL, Center for Ageing, Reliability and Lifetime Prediction of Electrochemical and Power Electronic Systems an der RWTH Aachen und forscht in der Batterietechnologie.

Befootec: Herr Ringbeck, unterscheidet sich das bidirektionale Laden vom normalen Fahrbetrieb?

Ringbeck: Aus Sicht der Batterie zunächst einmal nicht grundsätzlich. Ob die Batterie Energie abgibt, um ein Fahrzeug anzutreiben, oder ob sie Energie ins Stromnetz zurückspeist – chemisch betrachtet ist das derselbe Vorgang.

Was sich unterscheiden kann, sind die Ströme und Leistungen. Im Fahrbetrieb können je nach Fahrzeug sehr hohe Leistungen abgerufen werden. Beim Vehicle-to-Grid-Betrieb – bei dem Elektroautos nicht nur Strom aus dem Netz laden, sondern gespeicherte Energie bei Bedarf wieder in das öffentliche Stromnetz zurückspeisen – sind die Leistungen meist moderater und gleichmäßiger. Aber prinzipiell ist es der Batterie egal, wofür sie entladen wird.

Beeinflussen hohe Entladeströme die Lebensdauer der Batterie?

Ringbeck: Nach aktuellem Kenntnisstand hat die Entladeleistung wenn dann nur einen indirekten Einfluss auf die Lebensdauer – über die Erwärmung der Batterie und damit die Temperatur beim Ladeprozess. Was wir allerdings wissen: Hohe Ströme führen zu höheren Verlustleistungen – und damit zu höheren Batterietemperaturen. Je wärmer eine Batterie über eine längere Zeit ist, desto schneller altert sie.

Was beeinflusst denn dann die Alterung?

Bei Lithium-Ionen-Batterien unterscheiden wir zwei grundlegende Alterungsmechanismen. Es gibt einerseits die kalendarische Alterung. Sie beginnt in dem Moment, in dem die Batterie produziert ist – unabhängig davon, ob sie genutzt wird oder nicht. Selbst wenn ein E-Auto 20 Jahre nur in der Garage rumsteht, altert die Batterie weiter. Die Alterungsgeschwindigkeit hängt hier hauptsächlich von der Batterietemperatur und dem Ladezustand ab, wobei in der Regel höhere Ladezustände und höhere Temperaturen zu einer schnelleren Alterung führen. Und dann gibt es noch die zyklische Lebensdauer Sie entsteht durch Nutzung – also durch Lade- und Entladevorgänge. Hier spielen noch zusätzliche Faktoren eine Rolle. Da ist neben dem bereits angesprochenem Entladestrom auch die Zyklen-Tiefe – also wie tief die Batterie entladen wird. Zudem beeinflusst der Ladestrom die Alterungsgeschwindigkeit. Hohe Ladeströme sorgen in der Tendenz für eine schnellere Alterung.

Wie viele Zyklen hält eine moderne Batterie überhaupt aus?

Es ist technisch absolut möglich, Lithium-Ionen-Zellen zu bauen, die deutlich über 1.000, 2.000 oder sogar 3.000 Zyklen erreichen. Rechnet man das auf ein typisches Elektroauto mit realistischen 400 Kilometern Reichweite um, dann entsprechen 1.000 Zyklen etwa 400.000 Kilometern Fahrleistung. Das ist mehr, als viele Fahrzeuge im Laufe ihres Lebens zurücklegen. Natürlich hängt die tatsächliche Lebensdauer davon ab, wie stark die eingesetzte Batteriezelle auch auf andere Parameter optimiert wurde – etwa Kosten oder Energiedichte. Aber grundsätzlich ist die oft geäußerte Annahme, dass Batterien frühzeitig „verschleißen“, so pauschal nicht haltbar.

Das heißt, viele unterschätzen, wie lange die Batterie eines E-Autos eigentlich halten kann?

Ja. Es gibt bei Lithium-Ionen-Batterien unterschiedliche Optimierungsziele. Smartphone-Akkus werden beispielsweise stark auf maximale Energiedichte optimiert. Sie werden teilweise bis 4,3 Volt oder mehr geladen – das ist eine relativ hohe Spannung und damit schlecht für die kalendarische Lebensdauer. Bei Autos lädt man meist bis maximal 4,2 Volt, vielleicht sogar noch ein bisschen weniger, was die kalendarische Alterung verlangsamt. Batterien für Autos werden also schlichtweg anders ausgelegt als Batterien für Consumer-Elektronik. Trotzdem vergleichen viele Konsumenten diese Erlebnisse miteinander. Was wir mittlerweile sehen können, ist, dass die Batterien in E-Autos oft sehr lange halten.

Was kann man als E-Auto-Besitzer tun, um die Batterie zu schonen?

Da kommen wir im Grunde zu den beiden Alterungsmechanismen, über die wir eben gesprochen haben. Wenn wir uns zuerst die kalendarische Alterung anschauen, dann spielen vor allem zwei Faktoren eine Rolle: hoher Ladezustand und hohe Temperaturen. Die Temperatur kann ich als Nutzer nur begrenzt beeinflussen – das Auto steht eben dort, wo es steht. Was ich aber beeinflussen kann, ist der Ladezustand.

Und da gilt: Je höher der Ladezustand, während das Fahrzeug längere Zeit herumsteht, desto ungünstiger ist das für die Batterie. Genau darauf zielen Empfehlungen wie ‚nicht dauerhaft über 80 Prozent laden‘ ab. Viele Hersteller bieten inzwischen die Möglichkeit, einen maximalen Ladezustand einzustellen. Wenn ich also ein Fahrzeug mit 400 Kilometern Reichweite habe und überwiegend in der Stadt unterwegs bin, muss ich es nicht ständig auf 100 Prozent laden.

Wichtig ist aber: Das sind Optimierungshinweise. Es ist nicht so, dass die Batterie sofort starken Schaden nimmt, wenn ich einmal auf 100 Prozent lade. Es geht darum, pfleglich mit dem System umzugehen, um die Lebensdauer zu maximieren. Man kann das ein Stück weit mit dem Einfahren eines Verbrennungsmotors vergleichen: Wenn ich ihn erst warm fahre, bevor ich Vollgas gebe, ist das schonender – aber auch wenn ich es nicht perfekt mache, wird das Auto in der Regel trotzdem alt.

Der zweite Bereich betrifft die zyklische Alterung. Hier sind vor allem zwei Punkte entscheidend: die Laderate und die Zyklentiefe. Sehr hohe Laderaten – also häufiges Schnellladen – sind auf Dauer eher ungünstig. Es gibt Hinweise, dass Fahrzeuge, die konsequent nur schnellgeladen werden, schneller degradieren können. Deshalb sollte man Schnellladen nutzen, wenn es nötig ist, aber nicht ausschließlich.

Und dann spielt die Zyklentiefe eine Rolle. Tiefe Zyklen beanspruchen die Batterie stärker als kleine. Zweimal von 100 auf 50 Prozent und zurück ist weniger belastend als einmal von 100 auf 0 und wieder auf 100. Je kleiner die Ladehübe, desto geringer ist die mechanische und elektrochemische Beanspruchung.

Das lässt sich auch physikalisch erklären: Batteriezellen dehnen sich beim Laden aus und ziehen sich beim Entladen wieder zusammen. Je größer der genutzte Betriebsbereich ist, desto größer sind diese mechanischen Veränderungen – und desto stärker wird das Material beansprucht. Kleinere Zyklen bedeuten entsprechend geringere Belastung und damit tendenziell eine längere Lebensdauer.