Reichweite von Elektrofahrzeugen

Weiter – aber wie?

06. April 2020, 11:25 Uhr   |  Iris Stroh

Weiter – aber wie?
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Der ADAC hatte 17 E-Fahrzeuge seinem Ecotest unterzogen und Anfang des Jahres die Ergebnisse veröffentlicht. Die Reichweite reicht von etwas mehr als 100 km bis rund 450, die Preise von knapp 22.000 bis zirka 115.000 Euro.

Der ADAC hat folgende E-Modelle getestet: Audi e-tron 55 quattro, BMW i3 (120 Ah), Hyundai Ioniq Elektro Style, Hyundai Kona Elektro (64 kWh) Trend, Jaguar i-Pace EV400 S AWD, Kia e-Niro Spirit (64 kWh), Kia e-Soul (64 kWh) Spirit, Nissan e-NV200 Evalia (40 kWh), Nissan Leaf II Acenta (40 kWh), Opel Ampera-e First Edition, Renault Zoe Intens (41 kWh), Smart Fortwo Coupé EQ Prime, Tesla Model 3 Long Range AWD, Tesla Model 3 Standard Range Plus, Tesla Model X 100D, und VW e-up!.

Das Tesla Model X 100D erreicht im ADAC-Test mit 451 km die größte Reichweite. Der Kommentar vom ADAC: »Aktuell wird eine hohe Reichweite nicht unbedingt mit einem energieeffizienten Fahrzeug, sondern vor allem durch große Batteriekapazitäten erreicht.« Potenzial besteht also bei der Energieeffizienz, denn »was hilft eine dicke Batterie, wenn sie sich im Nu leersaugt und viel länger aufgeladen werden muss als ein kleinerer Akku in einem sparsamen Auto?«

Und geht es um den Stromverbrauch (kWh/100 km), dann fällt das Tesla Model X 100D von Platz 1 auf Platz 14 bei insgesamt 17 getesteten Modellen zurück. In diesem Ranking stehen dann Hyundai Ioniq Elektro Style, VW e-Golf, VW e-up! und der BMW i3 auf den ersten vier Plätzen. Wobei der ADAC hinsichtlich des Stromverbrauchs auf folgendes Problem hinweist: »Beim Stromverbrauch ist nicht nur entscheidend, wie effizient der Elektromotor mit der Energie umgeht. Denn beim „Tanken“ fallen auch Ladeverluste an, das heißt, man verbraucht mehr Energie, als letztlich in der Batterie ankommt.« Und diese Ladeverluste sind laut ADAC nicht gerade gering; im Schnitt liegen die meisten Modelle bei über 10 Prozent. Also besteht auch hier noch Potenzial, das es zu heben gilt.

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Claudio Valesani, STMicroelectronics: »SiC wird die IGBTs nicht verdrängen, aber SiC wächst extrem schnell.«

Was erwartet der Konsument von einem E-Fahrzeug?

Zwischen dem, was heute angeboten wird, und dem, was Konsumenten erwarten, liegen zum Teil Welten, das zumindest belegt eine Deloitte-Studie, in der weltweit Konsumenten zu ihrem Interesse an Elektrofahrzeugen (EVs) befragt wurden. Positiv: Die Befragung hat ergeben, dass in Deutschland mittlerweile mehr als 50 Prozent der Befragten beim nächsten Autokauf alternative Antriebe präferieren. Unter alternativen Antrieben fasst die Studie Elektrohybride, reine batteriegetriebene E-Autos und weitere Antriebsarten (Ethanol/Gas/Wasserstoff) zusammen.

Den Löwenanteil des Kundeninteresses machen dabei derzeit die Hybridfahrzeuge aus. Die Umfrage hat außerdem ergeben, dass es vorwiegend zwei Gründe sind, auf denen das Interesse an BEVs oder Hybridfahrzeugen basiert: geringere Emissionen und niedrigere Betriebskosten. Steuervorteile oder sozialer Status hingegen spielen untergeordnete Rollen.

So weit, so gut; geht es allerdings ums Geld, sieht die Welt schon ganz anders aus. Laut Studie sind 43 Prozent der Befragten in Deutschland überhaupt nicht bereit, mehr für ein EV zu bezahlen, 24 Prozent würden noch einen Aufpreis von weniger als 800 Euro akzeptieren. 17 Prozent wiederum könnten noch mit einem Aufpreis von 800 bis 2500 Euro leben und nur 11 Prozent wären bereit, mehr als 2500 Euro für ein EV zu bezahlen.

Aber nicht nur die Preisvorstellungen sind mit den derzeitigen Gegebenheiten nicht in Einklang zu bringen, auch die Erwartungen bezüglich der Reichweite eines batteriebetriebenen E-Fahrzeugs liegen deutlich über dem, was heute angeboten wird. Auch wenn die Befragten in Deutschland im Durchschnitt pro Tag nur 40 km fahren, bezeichnen 34 Prozent eine Reichweite von 640 km als akzeptabel. Ebenfalls 34 Prozent gaben bei dieser Frage eine Reichweite von 480 km an und 20 Prozent sprachen von 320 km. Die Akzeptanz gegenüber Fahrzeugen mit Reichweiten von 160 km und weniger ist dagegen nur bei 7 Prozent der Befragten vorhanden.

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Hans Adlkofer, Infineon Technologies: »Der Effizienzgewinn mit SiC liegt in einem Bereich von 5 bis 10 Prozent. Aber jedes einzelne Prozent bedeutet harte Ingenieursarbeit.«

Batterie und Reichweite – das sagt die Forschung

Da noch nicht einmal der über 100.000 Euro teure Tesla die Anforderungen hinsichtlich Reichweite erfüllt, stellt sich die Frage, inwieweit diese Erwartungen überhaupt umsetzbar sind. Die Entwicklungen geben schon einmal Grund zur Hoffnung, denn laut jüngsten Ergebnissen von Forschern vom Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) hat sich in den letzten zehn Jahren die Energiedichte großformatiger, in E-PKWs eingesetzter LIB-Zellen (Lithium-Ionen-Batterie) fast verdoppelt, auf heute durchschnittlich 200 Wh/kg bzw. 400 Wh/l. Die Forscher halten es für möglich, dass mithilfe weiterer erfolgreicher F&E-Anstrengungen insbesondere die volumetrische Energiedichte bis 2030 nochmals verdoppelt werden kann. Konkret wird von über 800 Wh/l gesprochen.

Darüber hinaus ist auch noch einiges an F&E notwendig, um die höhere Energiedichte auch in eine reale Reichweitenerweiterung umzusetzen. Denn laut der Forscher ergeben sich beim Übergang von Zell- auf Modulebene je nach Zellformat 8 bis 18 Prozent Verlust bei der gravimetrischen und 20 bis 50 Prozent bei der volumetrischen Energiedichte. Beim Schritt auf die Systemebene fallen weitere Verluste an. Also fordern die Forscher auch Innovationen außerhalb der eigentlichen Batteriezelle, um die Energiedichte auf Systemebene besser nutzen zu können.

In der Summe sind die Forscher aber überzeugt: »Dies und ein weiter verringerter Energieverbrauch der Fahrzeuge (kWh/km), zum Beispiel durch Isolation und Verringerung des Heizaufwands, eine Verringerung des Energieverbrauchs durch Elektronik, Leichtbau etc. könnte bei gleichem Batterieplatzbedarf zu einer Verdopplung der Reichweite von heute etwa 250 bis 400 Kilometern auf 500 bis 800 Kilometer in den kommenden zehn Jahren führen.« Damit wären die von Deloitte beschriebenen gewünschten Reichweiten also durchaus machbar.

Doch nicht nur die Energiedichte ist gestiegen, gleichzeitig sind auch die Kosten für die Batterien deutlich gesunken. Die Managementberatung Horváth & Partners hat ermittelt, dass die Batteriekosten für E-Fahrzeuge zwischen 2016 und 2018 um 34 Prozent gesunken sind, und zwar von 225 Euro/kWh auf 149 Euro/kWh. Für die Jahre 2019 bis 2022 wird eine weitere Preissenkung erwartet, und zwar auf 75 Euro/kWh im Jahr 2022. Klingt sehr gut, aber Horváth & Partners erklärte zu den Zahlen bis 2018 auch: »Doch die Vergünstigung wird nicht an die Kunden weitergegeben. Immer noch ist das Elektroauto rund 40 Prozent teurer als ein Verbrenner.«

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2. Das Potenzial der E-Fahrzeuge
3. Vorteile von gutem Batteriemanagement
4. Analog Devices/Hyundai Motor Company

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