Batterien in Elektroautos: Stopp des Wachstums absehbar

Batterien in E-Autos haben bei Kapazität und Ladeleistung gewaltig zugelegt. Dieser Trend dürfte vorbei sein. Welche Klasse bekommt wie viel Kilowattstunden?

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Tesla Laden

Tesla war lange Zeit konkurrenzlos bei den Themen Laden und Batteriekapazität. Inzwischen hat die Konkurrenz nachgelegt.

(Bild: Tesla)

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  • Christoph M. Schwarzer

Die Vielfalt der batterieelektrischen Autos nimmt zu. Mit der Differenzierung wird allerdings sichtbar, dass der Energiegehalt – umgangssprachlich die Kapazität – der elektrochemischen Speicher direkt mit dem Fahrzeugsegment korreliert. Ein Kleinstwagen muss preisgünstig sein, er hat folglich weniger der wertvollen Zellen zwischen den Achsen. Dass die Kleinen meistens ohnehin nur genutzt werden, um zur Arbeit, zum Kindergarten oder zum Shopping zu pendeln, passt gut dazu. Diametral umgekehrt ist es in der batterieelektrischen Luxusklasse: Bei einem Mercedes EQS oder einem Porsche Taycan besteht der Anspruch, auch lange Strecken jederzeit souverän zurücklegen zu können. Zur großen Kapazität kommt eine hohe Ladeleistung, was in der Praxis in eine rasante Ladegeschwindigkeit übersetzt wird. Wohin entwickeln sich die einzelnen Klassen?

Eigentlich ist die Situation bei den Traktionsbatterien eine Erfolgsgeschichte. In den vergangenen zehn Jahren sind die Kosten pro Kilowattstunden um über 80 Prozent, manche sagen sogar über 90 Prozent zurückgegangen. Die Skaleneffekte bei der Fertigung und die kontinuierliche Verbesserung der Zellchemie haben diesen Fortschritt möglich gemacht. Neuerdings aber mehren sich die Stimmen aus der Branche, die von einem Stopp dieses Trends oder sogar einem leichten Preisanstieg sprechen. Die Ursache dafür ist, dass die Rohstoffpreise stark steigen.

Konkret hat sich der Handelspreis von Lithium im Jahresvergleich ungefähr vervierfacht. Auch Nickel ist mit rund 30.000 Euro pro Tonne erheblich teurer geworden, und Kobalt, wo sich der Kurs um 78.000 Euro pro Tonne bewegt, war nie billig. Die Verringerung des Anteils von Kobalt bei den in Europa gängigen NMC-Kathoden auf zehn Prozent wird durch die Steigerung des Anteils von Nickel auf achtzig Prozent in den sogenannten NMC 811-Zellen kompensiert. Es ist darum plausibel, dass die in China bereits mehrheitlich produzierten und verkauften LFP-Zellen (für Lithium-Eisenphosphat und damit frei von Nickel oder Kobalt) weltweit 2024 in der Mehrheit der Elektroautos zu finden sind – in Deutschland ist das aktuell nur beim Tesla Model 3 der Fall.

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Wegen des Drucks durch die CO₂-Flottengrenzwerte in der Europäischen Union ist die Autoindustrie aber darauf angewiesen, immer mehr batterieelektrische Pkws zu verkaufen. Elektroautos gehen mit null Gramm in die CO₂-Bilanz ein, weil nur die Emissionen am Auto direkt erhoben werden. Dieser CO₂-Flottenmechanismus führt nach unserer Einschätzung dazu, dass die Batteriekapazitäten in den jeweiligen Fahrzeugklassen entweder stagnieren oder nur leicht steigen werden.

Der Kleinstwagen Fiat 500e ist mit 21,3 oder 37,2 kWh Netto-Energiegehalt bestellbar. Weil das Segment preissensibel ist und eine hohe Reichweite für die Tour zum Supermarkt oder dem Sportplatz nicht notwendig ist, dürften Batteriekapazitäten in dieser Größenordnung mittelfristig kaum überschritten werden.

(Bild: Christoph M. Schwarzer)

Beispiel Fiat 500e: Der Kunde kann zwischen einer Batterie mit 21,3 kWh oder einer mit 37,3 kWh Nettokapazität wählen. Während in den meisten Fahrzeugklassen, in denen eine solche Option besteht, zur größeren von zwei Batterien gegriffen wird, ist das bei den Kleinstwagen nicht zwangsläufig so. Der Basispreis liegt bei 26.990 Euro (alle Angaben ohne Förderung) für 21,3 kWh und 30.990 Euro für 37,3 kWh. Mag die Ausstattung auch etwas besser sein, am Ende ist das Geld ausschlaggebend, solange der Einsatzzweck erfüllt ist.

C-Rate sichtbar gemacht: Die blaue Ladekurve ist die schnellste Möglichkeit, die 37,2-kWh-Batterie zu laden. Eine C-Rate von 1 gibt an, dass pro kWh Batteriekapazität 1 kW Ladeleistung machbar ist. In diesem Fall wird also eine C-Rate von 2 nur kurz kurzfristig überschritten.

(Bild: Fastned)

Ob das funktioniert, hängt auch mit der Ladeleistung respektive der Ladegeschwindigkeit zusammen. Die wiederum ist von der C-Rate abhängig. 1C entspricht einem kW Ladeleistung pro kWh Batteriekapazität. Wenn also die große Batterie im Fiat 500e (Test) kurzzeitig mit bis zu 85 kW geladen werden kann, ist das über 2C.

Lesetipp der Redaktion

Die Hersteller können die C-Rate nicht beliebig anheben. Ein Grund dafür ist, dass die Belastung für die Zellen bei einer hohen C-Rate steigt, und das kann den Verschleiß fördern. Die Autoindustrie begrenzt darum die Ladeleistung per Software. Bei Kälte nimmt die Ladefähigkeit aus unterschiedlichen Gründen wie der erhöhten Viskosität des Elektrolyts ohnehin ab.

Bei den Kompaktwagen, einst Golf-Klasse genannt, sind rund 60 kWh der Sweetspot der Kunden, also der beste Kompromiss zwischen Reichweite und Preis. Beim VW ID.3 dominiert die 58-kWh-Batterie über die 77-kWh-Version. Beim neuen Kia Niro EV wurde die Einstiegsbatterie des Vorgängers mit rund 40 kWh gestrichen; es ist nur noch der 64er-Niro erhältlich.

(Bild: Christoph M. Schwarzer)

Wir tippen jedenfalls darauf, dass die Kleinstwagen auf einem Niveau von 30 bis 40 kWh stagnieren, während es in der Kompaktklasse bis 2025 gut 60 kWh sein dürften. Mit der Kompaktklasse ist der VW ID.3 gemeint, aber auch der Renault Megane e-Tech oder der Kia Niro EV. Bis vor kurzem gab es bei diesen Dreien eine Wahlmöglichkeit zwischen zwei Batteriegrößen. Die Mehrheit der Käufer entscheidet sich für ungefähr 60 kWh. Das könnte der Grund sein, aus dem Kia die kleine Batterie (39,2 kWh) ersatzlos gestrichen hat. Obwohl beim VW ID.3 auch 77 kWh bestellbar sind, ist die Kundenwahl in diesem Segment die 58er-Version. Rund 60 kWh scheinen der Sweetspot zu sein, der beste Kompromiss aus Kosten und Reichweite.

Mehr Batteriekapazität gleich mehr Ladeleistung: Blau die 77er-Batterie im VW ID.3, grün die 58er. Die C-Rate bleibt annähernd gleich. Eine extreme Erhöhung der C-Rate ist nicht anzunehmen, weil eine zu hohe Ladeleistung den Verschleiß der Batterie steigert. Die Hersteller nähern sich dem sinnvollen Maximum schrittweise an.

(Bild: Fastned)

Volkswagen hat die Ladeleistungen beim Modularen Elektrifizierungs-Baukasten (MEB) moderat angehoben, geht aber nicht weit über 2C in der Spitze hinaus: Beim ID.Buzz, dem schnellsten Lader unter den MEBs, könnten es laut einer Präsentation über 170 kW Ladeleistung mit der 77-kWh-Batterie sein, wenn er ab Herbst 2022 ausgeliefert wird.

In der Sport- und Luxusklasse sind neben dem Preis auch die Batteriekapazität und die Ladeleistung am höchsten. Wie üblich in der Autoindustrie wird gezeigt, was technisch möglich ist, wenn Geld eine untergeordnete Rolle spielt. So kommt ein Mercedes EQS auf knapp 108 kWh Energieinhalt und eine Ladeleistung von 207 kW. Dass es nicht noch mehr ist wie beim Porsche Taycan mit 270 kW, liegt unter anderem an der 400-Volt-Architektur des EQS; der Taycan nutzt 800 Volt Spannung. Das ist bisher eine Seltenheit, wird sich aber weiter verbreiten.

Der Mercedes EQS markiert mit fast 108 kWh Energieinhalt die Spitze der Batteriespeicher. Im Luxussegment spielt Geld eine untergeordnete Rolle.

(Bild: Christoph M. Schwarzer)

Die kommende Premium Platform Electric (PPE) des Volkswagen-Konzerns zum Beispiel wird 800 Volt Batteriespannung haben. Der Porsche Macan EV oder der Audi A6 e-tron werden auf der PPE aufbauen. Der Kia EV6 (Test) und der Hyundai Ioniq 5 (Test) haben jetzt schon ein 800-Volt-System. BYD hat mit der Plattform 3.0 sogar die Kombination aus 800 Volt Spannung und LFP-Zellen im Angebot, das ist einmalig. Diese Elektroautos von BYD werden bislang noch nicht nach Deutschland exportiert. Doch das dürfte sich in den kommenden Jahren ändern.

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Die maximale Ladeleistung von 207 kW wird durch den Porsche Taycan mit rund 270 kW deutlich übertroffen. Die Ursache dafür liegt im Spannungsniveau des Porsches, das bei 800 statt 400 Volt liegt.

(Bild: Fastned)

Nach heutiger Einschätzung findet ein unbegrenztes Größenwachstum bei Batteriekapazität und Ladeleistung nicht statt. Im Gegenteil, bis zur Mitte des Jahrzehnts wird sich wenig bewegen. Die schöne Vorstellung, die Zellchemie würde sich bei verfallenden Preisen so sprunghaft entwickeln wie die Power von Rechenchips, ist nicht eingetreten. So wird dem Endkunden also vor allem jene Batteriegröße angeboten, die für den Nutzungszweck und die Fahrzeugklasse opportun ist. Je kleiner, desto weniger. Auch ganz oben, wo die Luft dünn wird, ist ein unlimitiertes Wachstum nicht anzunehmen.

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