Energie Schweiz

E-Fahrzeuge im Winter

Gründe für den Reichweitenverlust und was man dagegen tun kann.

Gemäss der Studie «Korelation» von EnergieSchweiz verringert sich die Reichweite eines E-Fahrzeuges infolge des Zusammenspiels von Kälte, Heizleistung und Fahrstil. Doch was ist der Grund dafür? Und wie sieht die Entwicklung auf diesem Gebiet aus?

Um besser verstehen zu können, worin die Gründe liegen, dass sich die Batterien in einem Elektrofahrzeug mehr oder weniger schnell auskühlen, werfen wir einen Blick auf den Aufbau eines Lithium-Ionen-Akkus, dem meistverwendeten Fahrzeug-Akku.

Die Kathode besteht zur Hauptsache aus Lithiummangan(III,IV)-oxid (LiMn2O4) und die Anode aus Graphit. Zwischen diesen beiden Polen befindet sich ein dickflüssiger Elektrolyt bestehend aus einem wasserfreien Lösungsmittel in dem Lithiumsalze gelöst sind. Der Separator ist ionendurchlässig und verhindert, dass sich die Pole berühren und somit die Batteriezelle kurzschliessen würden. Beim Laden werden nun Lithium-Ionen in die Graphitelektrode eingelagert, während beim Entladen Lithium-Ionen in das Lithiummanganoxid eingelagert werden. Dieser Prozess läuft bei rund 20°C am reibungslosesten ab. Sinkt die Temperatur jedoch unter 20°C wird der Elektrolyt immer dickflüssiger und hindert so die Lithium-Ionen daran, sich frei zu bewegen.

Und was ist mit der Entwicklung besserer Akkus?!

Seitens der Fahrzeughersteller wird bereits intensiv weiter an der genauen Zusammensetzung der Akkus geforscht, um den Einfluss tiefer Temperaturen auf den Akku zu verringern. Einige Schutzmechanismen konnten bereits entwickelt und auf den Markt gebracht werden. Die Akkus von Tesla werden beispielsweise mit einer Flüssigkeit umgeben, die sowohl vor Überhitzung als auch vor Auskühlung schützen sollen.

Bei Plug-In-Hybriden (PHEV) und batterie-elektrischen Fahrzeugen (BEV) kann die Wärme, die durch das Aufladen des Fahrzeuges entsteht genutzt werden, indem man mithilfe des Ladetimers an der Ladesäule oder per App, die Aufladung kurz vor der nächsten Abfahrt terminiert. Dadurch wechselt der Akku direkt vom Laden in den Fahrmodus mit der richtigen Betriebstemperatur. Da das Fahrzeug bei diesem Vorgehen ans Stromnetz angeschlossen ist, kann bei einigen Fahrzeugen auch die Heizung getimt werden, so dass das Auto beim Einsteigen schon angenehm warm ist. Laut Paloma Brunkhorst, Pressesprecherin der Abteilung Produktkommunikation BMW i, entstehe somit kein Reichweiteverlust durch das Aufheizen des Fahrzeugs, und die Rekuperation, also die Rückgewinnung von der Bremsenergie, funktioniere ebenfalls besser. Dies weil beim Rekuperieren die Batterie, wenn sie bereits warm ist, schneller und besser aufladen kann.

Es gäbe gar noch einen weiteren Trick: Da der Akku beim Entladen ebenfalls wieder Wärme abgibt, kann ein Teil dieser mittels einer Wärmepumpe zur Beheizung des Innenraumes genutzt werden. Laut BMW ermöglicht dies, den Reichweitenverlust stark zu reduzieren. Zur Serienausstattung gehört die Wärmepumpe bei BMW, Renault oder VW jedoch nicht.

Volker Blandow, Leiter Elektromobilität beim Tüv Süd, zieht für Elektrofahrzeuge im Winter trotz des höheren Energieverbrauchs gesamthaft eine positive Bilanz. Denn auch Verbrenner würden bei kühleren Temperaturen, ein höherer Kraftstoffverbrauch verzeichnen. Im Gegensatz zu den Elektrofahrzeugen haben Verbrennungsmotoren im Winter aber gleichzeitig auch einen höheren Schadstoffausstoss, da der Katalysator nach erst rund zehn Fahrkilometern seine Betriebstemperatur erreiche.

Für die Reichweite ist nebst der Temperatur und der Nutzung der Heizung beziehungsweise der Vorkonditionierung der Batterietemperatur auch der individuelle Fahrstil ein Faktor der die Reichweite beeinflusst. So kann durch eine möglichst gleichmässige Fahrt ausserorts Beschleunigungsenergie eingespart werden. Innerorts hilft das frühe Ausrollenlassen und nur sanfte Bremsen, die Rekuperation besser zu nutzen.