Die Bestandteile des Elektroautos: Der Akku

26.07.2022 | E-Mobility News | Ladestation-Talk

Man nehme: Einen Akku, eine Karosserie, Reifen – und was eigentlich noch? Wir zeigen euch was es braucht, damit ein E-Auto ins Rollen kommt. Los geht’s mit der Batterie.

In unseren bisherigen Artikeln haben wir den Akku oft als Herz des Elektroautos bezeichnet. Und ohne Herz kein Stromkreislauf. Elektroautos beziehen ihren Strom aus Hochvoltbatterien (kurz HV-Batterien). Denn sie bieten eine extrem hohe Energiedichte auf engem Raum und sparen so wertvollen Platz im Fahrzeug. Dabei kommen vorwiegend Metall-Hydrid-Batterien oder Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz. Hochvoltbatterien werden aufgrund ihrer guten Speichereigenschaften auch in Photovoltaik-Speicheranlagen verwendet. So können Haushalte ihren selbst produzierten Solarstrom speichern und damit sogar Stromausfälle überbrücken. 

Ob im E-Auto oder der PV-Speicheranlage – der Akku besteht aus Zellen. Insgesamt gibt es drei typische Zellformen, die verbaut werden. Welche davon die beste für Automobile ist, steht immer wieder zur Diskussion. Denn das Zellenformat beeinflusst nicht nur das gesamte Layout der Batterie, sondern auch deren Kühlung.

Tesla setzt auf Rundzellen

Die Rundzelle – oder auch zylindrische Zelle – ist die einfachste Form der E-Akku-Zellen. Ihren Ursprung hat sie im Consumer-Bereich: Laptops, Smartphones und Co. werden ebenfalls von Lithium-Ionen-Rundzellen mit Energie versorgt. Durch den weit verbreiteten Einsatz von Rundzellen in der Unterhaltungselektronik, hat man sich über die Jahre viel Produktionserfahrung aufgebaut. Sie können mittlerweile sehr gut automatisiert gefertigt werden. Nachteilig ist jedoch deren aufwendige Kühlung – besonders das Innere der Zellen kann überhaupt nicht gekühlt werden. 

Branchenführer Tesla schwört schon seit langem auf die Akkuform – und fährt damit ziemlich gut. Denn die Batteriepacks haben die höchste Energiedichte und das niedrigste Gewicht aller E-Akkus in Autos. Auch die Konkurrenz hat die Vorteile der Rundzellen mittlerweile erkannt. So hat der BMW Konzern im Mai bekanntgegeben, bei der Neuen Klasse ab 2025 ebenfalls Rundzellen zu verbauen.

Liebling der deutschen Autobauer: Prismatische Zellen

Modelle wie der VW e-Golf und der BMW i3 setzen auf prismatische Zellen, auch Hardcase-Zellen genannt. Deren Größe variiert zwischen der einer CD-Hülle und einer VHS Kassette. Ihr Gehäuse besteht meist aus Metall. Das macht sie besonders stabil, sicher und geeignet für Serienproduktion und Recycling. Auch hier stehen Entwickler jedoch vor dem Problem der Kühlung.

Pouchzellen

Pouchzellen, aufgrund ihres Aussehens auch Coffee-Bag-Zellen genannt, sind in eine Hülle aus Aluminiumfolie verpackt und nochmals isoliert. Sie sind leicht und können durch ihre weiche Hülle flexibel eingebaut werden. Der große Vorteil gegenüber Rundzellen und prismatischen Zellen sind ihre sehr guten Kühleigenschaften. Die meisten Elektroautos haben Pouchzellen verbaut, u.a. der smart #1, der Audi e-tron und der Hyundai IONIQ.

Fasst man mehrere einzelne Zellen in Gruppen zusammen, entsteht ein Zellmodul. Bei Pouchzellen und prismatischen Zellen sind das zwischen zwölf und 50, während ein Zellmodul aus Rundzellen aus einigen Hundert Zellen besteht. 

Das Batteriepack

Hat man mehrere Zellmodule gebaut, montiert man sie in ein Batteriegehäuse. Das schützt die Zellen vor äußerlichen Schäden. Damit die Betriebstemperatur von 40 Grad Celsius nicht überschritten wird, installiert man ein Kühlsystem, das den Kühleigenschaften der Zellform angepasst wird. In diesem Kühlkreislauf verwendet man entweder Kühlwasser oder ein gasförmiges Kältemittel. 

Damit man als Fahrer eines E-Autos über den aktuellen Ladestand Bescheid weiß, muss der Akku mit dem Fahrzeug kommunizieren. Hier kommt das Batteriemanagementsystem (BMS) ins Spiel. Es überwacht zum Beispiel den aktuellen Zustand der Batterie und beugt Tiefentladung und Überladung vor.

Skateboard-Architektur im Elektroauto?

Damit ist die optimale Lage des Batteriepacks im E-Auto gemeint. Und die befindet sich zwischen den beiden Achsen. Auf diese Weise wird das hohe Gewicht des Akkus gleichmäßig verteilt, Insassen und Gepäck haben genügend Platz. 

Das teuerste, schwerste und komplexeste Teil ist schon mal gut verstaut. Weiter geht es in unserer Artikelserie mit dem Ladesystem, den Anbauteilen und dem Antrieb. Stay tuned!