Statt lange zu laden minutenschnell einfach das gesamte Akkupaket wechseln? Der chinesische Autohersteller NIO demonstriert, dass dies reibungslos funktioniert und nicht nur unter dem Zeitfaktor Sinn machen kann: An Bord des Elektroautos ist stets eine Batterie der neuesten Generation, über die Alterung des Akkus muss sich der Autofahrer keine Gedanken machen. Und die Größe des Akkus kann leicht an den Bedarf angepasst werden: Für Fahrten über lange Strecken wird einfach eine Batterie mit größerer Speicherkapazität geordert.

Nun beschäftigen sich auch Ökonomen und Ingenieure in Deutschland wieder mit dem Konzept: Wechselbatterien könnten eine ressourcenschonendere Alternative zu voll in die Fahrzeuge integrierten Batteriesystemen bieten. Ein schneller Akkutausch anstatt eines langwierigen Ladevorgangs könnte die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen verbessern, heißt es in einer Mitteilung zum Forschungsprojekt „Kreislaufakkus“. Dieses hat das Institut für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) gemeinsam mit dem Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH Aachen im April gestartet.

Akkutausch a la Better Place
Zwischen 2007 und 2012 beschäftigte sich das US-Unternehmen des ehemaligen SAP-Managers Shai Agassi intensiv mit dem Batteriewechselkonzept. Renault/Nissan stattete dafür 940 Elektroautos mit Wechselbatterien aus. Foto: Better Place
Akkutausch a la Better Place
Zwischen 2007 und 2012 beschäftigte sich das US-Unternehmen des ehemaligen SAP-Managers Shai Agassi intensiv mit dem Batteriewechselkonzept. Renault/Nissan stattete dafür 940 Elektroautos mit Wechselbatterien aus. Foto: Better Place

Innerhalb von zwei Jahren wollen die Beteiligten beide Systeme hinsichtlich Effizienz, Nutzerakzeptanz und ökologische Kreislaufwirtschaft miteinander vergleichen. Das vom Bundeswirtschaftsministerium geförderte Projekt hat zum Ziel, Know-how für grundlegende Richtungsentscheidungen hinsichtlich Ladeinfrastrukturaufbau und Standardisierung bereitzustellen, kündigten die Projektpartner an.

Kreislaufwirtschaft bei Batterierohstoffen herstellen

Zu Beginn des Hochlaufs der E-Mobilität gab es beispielsweise in Japan bereits Akkuwechselsysteme. Später versuchte sich der ehemalige SAP-Manager Shai Agassi an dem Konzept. Doch trotz der Unterstützung durch Renault/Nissan scheiterte „Better Place“ kläglich. Inzwischen haben sich bei Elektroautos fest integrierte Batteriesysteme durchgesetzt.

In Kooperation mit dem Branchendienst energate.

Die Antriebsbatterien von E-Fahrzeugen gelten allerdings aufgrund ihres in der Herstellung hohen Rohstoff- und Energieverbrauchs unter Umweltgesichtspunkten als besonders kritische Fahrzeugkomponenten. „Daher ist es hochrelevant, die Ressourcen effizient einzusetzen, Komponenten lange im System zu halten und die Rohstoffe nach der Nutzung durch Recycling wieder in den Kreislauf zurückzuführen“, führte Jan Wiesenthal, Projektleiter beim IÖW, aus. Batterien sollten ihm zufolge so konzipiert werden, dass sie in mehreren Phasen weiter- oder wiederverwendet werden. Eine Abkehr vom vorherrschenden vollintegrierten Akku wäre da eine Option.

Der neue ES 6 ist bereits das zweite Großserienmodell der chinesischen Marke. Es glänzt nicht nur mit einem günstigen Preis und einer luxuriösen Ausstattung, sondern auch mit pfiffigen Ladelösungen Elektroauto

Ein Wechselakkusystem beispielsweise an Tankstellen würde den Ressourcenverbrauch aus Sicht der Projektbeteiligten verringern. Wechselakkus könnten zudem Autofahrer mit Bedenken hinsichtlich Reichweite und Ladegeschwindigkeit zum Umstieg ermuntern. Ein schneller Tausch leerer gegen netzschonend aufgeladener voller Akkus ermögliche außerdem, die Ladezeit von der tatsächlichen Nutzung des Fahrzeugs und die Lebensdauer der Fahrzeuge von jener des Akkus zu entkoppeln. Außerdem entlaste ein solches System das Stromnetz, führen die Beteiligten als Argumente für Wechselsysteme an.

Akkuwechselsysteme auf dem Prüfstand

Das IÖW und das ISEA wollen mit dem Projekt mögliche Arten der Ausgestaltung von Batteriewechselsystemen mit Festakkusystemen vergleichen sowie potenzielle Anwendungsfelder und relevante Fahrzeugtypen für Wechselakkusysteme identifizieren. Dafür bewerten sie in Kooperation mit Akteuren aus der Praxis vollintegrierte und Wechselakkusysteme hinsichtlich ihrer Energie- und Ressourcenintensität und ihrer Kreislaufeigenschaften. Sie betrachten darüber hinaus die technische, ökonomische und soziale Umsetzbarkeit.

Auf Wechselakkus basierende Ladesysteme brächten neue Fragen zu Anforderungen an die Fahrzeugkonstruktion und Standardisierung sowie der benötigten Menge an Batterien im Gesamtsystem, die um einiges höher als bei Festakkus ausfiele, mit. Diese und weitere wollen die Wissenschaftler im Laufe des Projektes angehen.

China treibt die Diskussion

In China ist man – mal wieder – bereits weiter. Die Regierung hat hier ein Pilotprojekt ins Leben gerufen, das mehr als 1.000 Batteriewechselstation vorsieht und mehr als 100.000 entsprechende Autos auf die Straßen bringen soll. Insgesamt elf Städte sollen die Vorreiter für elektrische Pkws und Lkws werden: Beijing, Changchun, Baotou, Nanjing, Wuhan, Hefei, Sanya, Chongqing, Yibin, Jinan und Tangshan. Das Eingreifen des chinesischen Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie (MIIT) war notwendig, da einige Autobauer im Reich der Mitte die Vorzüge des Akkutausches entdeckt haben und die Gefahr bestand, dass jeder sein eigenes Technologie-Süppchen kocht, was kontraproduktiv wäre. Zu den Herstellern, die auf das Prinzip der Wechselakkus setzen gehören unter anderem BAIC, BJEV, SAIC Motor, oder GAC.

Der chinesische Autobauer Geely will im Heimatmarkt bis zur Mitte der Dekade 5.000 Batteriewechselstationen errichten. Auch CATL hat ein Akkuwechselsystem in der Mache. CAES, ein Tochterunternehmen des chinesischen Batteriezellen-Herstellers, hat Anfang des Jahres eine Akku-Tausch-Lösung vorgestellt, das mit verschiedenen Fahrzeugen funktioniert.

Wechselstationen von NIO in Berlin und München

Die Wechselakkus bleiben kein lokales Phänomen und werden auch nach Europa kommen. Nio hat bereits in Norwegen Fuß gefasst und will noch in diesem Jahr die ersten Stationen in München sowie Berlin errichten. Die Bundeshauptstadt entwickelt sich ohnehin zu einem Pfeiler für die Austauschbatterien. Unlängst hat TotalEnergies mit dem Batteriewechsel-Spezialisten Infradianba, ein Joint Venture zwischen dem deutschen Infrastrukturexperten InfraMobility und dem chinesischen Batteriewechsel-Spezialisten Aulton Dianba, eine Kooperation angekündigt.

In den USA tut sich in und um San Francisco etwas, wo das Start-up Ample fünf Batterietauschstationen speziell für elektrifizierte Uber-Fahrer betreibt. Dabei soll es nicht bleiben. Deswegen ist Ample zwei Partnerschaften mit den Investoren Shell und Eneos eingegangen, um weitere Projekte in den USA und Japan zu anzukurbeln.

Toyota arbeitet an einem Standard

Dies alles ist nicht unbemerkt geblieben. Auch Toyota hat mittlerweile Blut geleckt: Der japanische Kurierdienst Yamato Transport und Commercial Japan Partnership Technologies Corporation (CJPT) arbeiten gemeinsam an der Standardisierung von austausch- und wiederaufladbaren Batteriekassetten für kommerziell genutzte Elektrofahrzeuge. Gerade bei den Nutzfahrzeugen ergeben die Wechselakkus Sinn, denn die großen Batterien können schnell getauscht werden, während der Lkw beladen wird. Während die Transporter in Betrieb sind, werden die Energiespeicher wieder gefüllt.

Klar ist aber auch, dass Batterie-Austausch-Stationen nicht die alleinige Lösung darstellen und komplementär zum Ausbau einer klassischen Ladeinfrastruktur installiert werden und so für eine Entzerrung Stromtankproblematik führen.

(Mitarbeit: Wolfgang Gomoll)

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