Das macht eine Blei-Säure-Batterie in E-Autos
Die Zukunft ist auf Klimaschutz und grüne Energie ausgerichtet. Auch in der Automobilwelt ist das Thema aktuell, wenn es um die Einführung und Nutzung von Elektromobilität geht. Viele Hersteller überbieten sich in neuen E-Modellen, die in der Reichweite und Akkuleistung immer besser werden. Gegenüber dem Verbrennungsmotor bietet das Elektroauto den Strombezug aus Batterien mithilfe von Elektromagneten, die Strom in Bewegungsenergie umwandeln. Elektrofahrzeuge fahren ohne Benzin, stoßen keine Abgase aus und verursachen keinen Lärm. Ist der Akku leer, schließen Sie ihn einfach an die Steckdose an und laden ihn wieder auf.
Für Kurzstrecken sind E-Autos schon jetzt eine gute Lösung und bleiben der Trend für die Zukunft. Gerne wird jedoch übersehen, dass das Fahrzeug nicht nur eine Lithium-Ionen-Antriebsbatterie besitzt, sondern immer auch mit einem Blei-Säure-Akku als Backup Batterie arbeitet, ohne die das Fahrzeug nicht auskommt. Das ist für die Umwelt nicht so problematisch wie es den Anschein hat. Den Ausgleich für die Nachhaltigkeit schafft die deutlich geringere Treibhausgasemission im Vergleich zu Verbrennungsmotoren.
Die 12-Volt-Blei-Batterie in allen Fahrzeugtypen
Das Ersetzen der Verbrennungsmotoren ist ein Aspekt, mit dem sich Automobilhersteller mehr und mehr auseinandersetzen müssen. Der Trend geht hin zur Nachhaltigkeit und wird in vielen Bereichen umgesetzt. Zwar ist der Nachrüstungsmarkt für Autos mit Verbrennungsmotor weiterhin beträchtlich, dennoch wird in Forschung und Entwicklung das E-Modell die zukunftsweisende Lösung sein.
Umso verwunderlicher ist es für viele Elektroneulinge, dass ihr Elektrofahrzeug neben der eigentlichen Hochvoltbatterie auch eine 12-V-Blei-Batterie hat. Sie fungiert in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren als Starterbatterie, die für eine kurze Zeit eine sehr hohe Strommenge erzeugt. Zwar ist ein Anlasser im E-Fahrzeug nicht mehr nötig, die 12-Volt-Batterie bleibt jedoch trotzdem ein wichtiger Bestandteil und wird als Blei-Säure-Variante für die gesamte Bordnetzversorgung benötigt. Gleichzeitig hat sie eine Sicherheitsfunktion und dient der zusätzlichen Energiereserve.
Genauer heißt das, dass die Blei-Säure-Batterie schon darum notwendig ist, weil der Hochvolt-Akku genauso ausfallen kann wie der Generator bei einem Verbrennungsmotor. Gleiches gilt, wenn es um die Abschaltung des Hochvoltsystems aus Sicherheitsgründen geht. Während die Hochvoltbatterie den Antrieb, den Bordcomputer, die Kabinenheizung und den DC-DC-Wandler mit Strom versorgt, laufen die gesamte sonstige Peripherie und die Komfortsysteme mit der 12-V-Batterie. Lichter, Anzeigen, Sicherheitssysteme, Steuergeräte und Kühlkreislaufpumpen fallen darunter, ebenso wenn Sie Internet, Sitzheizung und Radio nutzen möchten.
Die verschiedenen Batterien für die Elektromobilität
Die Batterien für Elektroautos unterscheiden sich vor allen Dingen durch ihre chemischen Elemente. Verwendet werden größtenteils Lithium-Ionen-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien und Blei-Säure-Batterien.
Die Lithium-Ionen-Batterien
Lithium-Ionen-Batterien erfreuen sich großer Beliebtheit und arbeiten mit hoher Leistung. Im EV-Sektor tragen sie am meisten zur fortschrittlichen Entwicklung bei, zeichnen sich durch eine hohe Effizienz, den niedrigen Preis und das hohe Produktivitätsniveau im Verhältnis zu ihrem Zellgewicht aus. Vorteilhaft sind die Masse und Menge der gespeicherten Energie und der über das Elektrofahrzeug hinaus vielseitige Einsatz.
Die Nickel-Metallhydrid-Batterie
Bei der Nickel-Metallhydrid-Batterie handelt es sich um ein Modell für spezielle Anwendungen. Aufgrund ihrer chemischen Bestandteile und Batteriezellen ist diese weiterhin selten. Sie arbeitet mit Wasserstoff, der eine gesonderte Kontrolle benötigt, während die Batterie gleichzeitig Energie verliert, sobald sie nicht verwendet wird. Ausgeglichen wird das durch die lange Lebensdauer der Batteriezelle. Die Produktionskosten für diese Batterie sind allerdings immer noch sehr hoch, was eine häufige Verwendung erschwert.
Die Blei-Säure-Batterie
Die Blei-Säure-Batterie ist eine der ältesten und am meisten verbreiteten Batterien. Sie weist ausgezeichnete Leistungsparameter auf, ist sehr günstig in den Produktionskosten und wird auch im Elektrofahrzeug gerne als Zweitbatterie genutzt, wenn sie entsprechend für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs eine geringere Rolle spielt. Gerade in E-Fahrzeugen ist sie als 12-Volt-Batterie fest verbaut und wird auch in der klimafreundlichen Zukunft ein fester Bestandteil der Modelle bleiben. Denn auch wenn diese Fahrzeuge keinen Anlasser benötigen, ist eine Bordnetzbatterie zwingend notwendig.
Als Backup Batterie dient das Blei-Säure-Modell dazu, die 12-V-Verbraucher bereits dann zu versorgen bevor das Hochvoltsystem unter Spannung steht. Das betrifft beispielsweise die Zentralverriegelung, die Komfortelektronik, die Instrumente oder die Sicherheitskomponenten des Hochvoltsystems. Traditionelle Hersteller setzen weiterhin auf Bordnetzbatterien aus Blau-SäureTechnik, da diese in Zukunft die günstigste Variante sind und das Bestreben vorherrscht, die Modelle in kleinerer Bauweise zu produzieren. Gleichzeitig ist die Blei-Säure-Batterie bis zu 100 Prozent recycelbar und damit eine geringere Umweltbelastung als andere Batterietypen.
Die Bordnetzbatterie als unverzichtbarer Bestandteil des E-Autos
Das Bordnetz stellt die Gesamtheit aller elektronischen Komponenten im Auto dar. Es sorgt für die Stromvernetzung und den Datenfluss zwischen Bauteilen und Steuergeräten und bewirkt darüber hinaus die Bordnetzspannung. Von der Lichtmaschine über die Anzeigeelemente, Beleuchtungssysteme und ähnliche Aktoren bis zu Energiespeicher und Sensoren bilden die Komponenten das Bordnetz für die Sicherheit und den Komfort des Fahrzeugs. Die dazugehörige Batterie hat verschiedene Aufgaben, die sich auf die Bordnetzversorgung und die Sicherheitsfunktionen beziehen.
Bordnetzversorgung
Mit Niedervolt werden alle sicherheitskritischen Systeme bedient, darunter das Batteriemanagement, alle Sicherheitssysteme wie ABS, Airbags, Bremskraftverstärker, Gurtstraffer und ESP, alle Lichter, Anzeigen, Instrumente, die Zentralverriegelung, die Kühlkreislaufpumpen, die Steuergeräte, die Türen, Scheiben, Wischer und die Lenk- und Bremsunterstützung. Diese Bestandteile des Fahrzeugs benötigen keine große Leistung und werden auch für das Elektrofahrzeug nicht neu entwickelt. Die Blei-Säure-Batterie hat eine hohe Verfügbarkeit, ein geringes Risiko und übernimmt auch einen Teil des Bordcomputers, der wiederum die Hochvoltbatterie steuert.
Sicherheitssysteme und Puffer
Gleichzeitig dient die Blei-Säure-Batterie als Puffer. Auch bei E-Fahrzeugen muss sichergestellt sein, dass die Servolenkung funktioniert, die Fahrassistenzsysteme versorgt sind und die adaptive Geschwindigkeit reguliert werden kann. Der Puffer funktioniert sowohl beim Sicherheits-Shutdown der Hochvoltbatterie als auch beim Ausfall des DC-DC-Wandlers. Um auf die Hochvoltbatterie zugreifen zu können, muss die Sicherheit gewährleistet sein. Das erfolgt durch eine Analyse der Steuergeräte, die alleine mit der Batterie auf Blei-Säure-Basis laufen. Ist diese entladen, kann auch der Bordcomputer nicht hochfahren und ein Start des Autos ist nicht möglich.
Zustandsanalyse
Im Elektrofahrzeug ist immer eine zweite Energiequelle notwendig, um die grundsätzlichen Sicherheitsanforderungen zu gewährleisten. Das betrifft Licht, Lenkung, Bremsen, Scheibenwischer und ähnliches. Entsprechend Funktionen, die für die Funktionalität garantiert sein müssen, damit sich das Hochvoltsystem auch bei voller Fahrt ausschalten kann, wenn es die Sicherheit erfordert.
Blei-Säure-Batterien und ihre Vorteile
Problematisch für die Umwelt ist der hohe Anteil an Akkus, besonders bei den Lithium-Ionen-Batterien, die keinen Marktwert haben. Gegenüber der Blei-Säure-Variante ist das Recyceln dieser Akkus noch sehr teuer. Aufgrund der vielen Inhaltsstoffe der Batterie ist die Demontage der verschiedenen E-Fahrzeuge äußerst komplex, so dass die Einnahmen der recycelten Stoffe die Kosten für die Demontage und das Recyceln nicht ausgleichen.
Deutlich besser sieht es bei den Blei-Säure-Akkus aus. Sie bestehen zu drei Viertel aus Metall und lassen sich lohnenswert recyceln und zu 100 Prozent wiederverwerten. Da es in Sachen Herstellung und Preis noch keine Alternativen gibt, bleibt die Blei-Säure-Batterie als günstigste Lösung weiterhin effizient. Sie hat puffernde Funktionen und muss keine hohe Leistung erbringen. Das verlängert ihre Langlebigkeit.
Die meisten Elektrofahrzeuge enthalten ganz normale Blei-Säure-Batterien in verschiedenen Konstruktionsformen, darunter flüssige Elektrolyt-, AGM- oder Gel-Batterien. Da diese im Verhältnis zu ihrer Kapazität jedoch noch groß und schwer sind, wird daran gearbeitet Gewicht und Größe der Modelle weiter zu reduzieren. Gegenüber dem Lithium-Ionen-Akku bleibt das Gewicht dennoch ähnlich, obwohl auch diese im Schnitt nicht wesentlich länger halten.
Entsorgung- und Recycelprobleme beim Lithium-Ionen-Akku
Problematisch ist bei Lithium-Ionen-Akkus, dass wertvolle Ressourcen wie Lithium, Graphit und Kobalt verloren gehen. Angestrebt ist ein geschlossener Lebenszyklus für Antriebsbatterien, was durch Förderprogramme in die Wege geleitet werden soll. Zwar wird dem Vorhaben eine gute Umweltbilanz bescheinigt, so dass nicht nur Metalle, sondern sich möglicherweise auch Lithium für eine 100-prozentige Rückgewinnung eignet, momentan ist das alles jedoch noch nicht kostendeckend, da ein nachhaltiger Kreislauf zu viel Aufwand und Energie erfordert. Entsprechend wird der Blei-Säure-Akku weiterhin im Vordergrund stehen und besonders als Bornetzbatterie unverzichtbar bleiben.
Haltbarkeit und Austausch der Blei-Säure-Batterie
Für alle Akkus gilt, dass eine Tiefentladung die Batterie schädigt. Empfohlen wird das 12-V-System extern mit Strom zu versorgen. Eine gute Konstruktion des Elektrofahrzeugs schließt auch die 12-V-Batterie in die periodische Überwachung mit ein. Entsprechend lädt die Batterie über das Hochspannungssystem und den DC-DC-Wandler nach. Je nach Hersteller sollten Sie die Zweitbatterie alle zwei bis drei Jahre austauschen, damit die volle Funktionalität des Elektrofahrzeugs gewährleistet ist.
Die Blei-Säure-Batterie ist dabei das sicherheitsrelevante Bauteil, das die Fahrzeugkomponenten auch dann mit Strom versorgt, wenn das Hochvoltsystem aus Sicherheitsgründen ausgeschaltet wird. Der Austausch ist spätestens dann notwendig, wenn Sie auf dem Display des Bordcomputers die Anzeige „ELEC System prüfen“ sehen und die Batteriewarnleuchte angeht.
Die 12-V-Batterie entnehmen Sie nach Angaben des Herstellers oder anhand der Informationen in der Fahrzeuganleitung. Sie ist entweder im vorderen Bereich verbaut oder hinten im Innen- oder Kofferraum. Die Prozedur des Ausbaus bleibt dabei jedoch immer gleich. Einem Fachmann sollte dagegen der Wechsel der Hochvoltakkus überlassen werden. Die Komponenten sind an den orangefarbigen Leitungen zu erkennen. Der Ausbau erfordert ausgebildete KFZ-Kenntnisse und die dazugehörige Ausrüstung.
