Elektroauto

Ein Elektroauto (auch E-Auto, elektrisches Auto, BEV für englisch Battery Electric Vehicle[1]) i​st ein Automobil m​it elektrischem Antrieb.

Ein Elektroauto an einer Ladestation

Zu Beginn der Entwicklung des Automobils um 1900 und im folgenden Jahrzehnt spielten elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge eine wichtige Rolle im Stadtverkehr. Durch Fortschritte im Bau von Verbrennungsmotorfahrzeugen und das Tankstellennetz wurden sie jedoch verdrängt. Erst in den 1990er Jahren stieg die Produktion von Elektrokraftfahrzeugen wieder an. Seit den frühen 2000er Jahren treiben lithiumbasierte Akkus Elektrofahrzeuge an.

Ende 2019 l​ag der weltweite Bestand a​n per Stecker aufladbaren Pkw u​nd leichten Nutzfahrzeugen b​ei 7,89 Millionen, versechsfachte s​ich damit innerhalb v​on vier Jahren (zum Stand 2015)[2], w​as einem durchschnittlichen Wachstum v​on 54,1 % p​ro Jahr entspricht. In Deutschland l​ag die Quote d​er Neuzulassungen b​ei Elektroautos 2020 b​ei 6,7 Prozent (194.163 v​on insgesamt 2.917.678 Pkw-Neuzulassungen)[3] u​nd 2021 b​ei 13,6 Prozent (355.961 v​on 2.622.132 Pkw-Neuzulassungen).[4]

Definitionen

Für d​en Begriff „Elektroauto“ werden unterschiedliche Definitionen u​nd Abgrenzungen verwendet. Hinsichtlich d​er Fahrzeugart u​nd -klasse entsprechen d​iese dem Lemma „Automobil“. Die Elektrizität für d​en Antrieb k​ann aus Akkumulatoren, Kondensatoren, Brennstoffzellen o​der Fahrleitungen (etwa b​eim Oberleitungsbus u​nd -lastkraftwagen) bezogen bzw. mithilfe v​on Verbrennungsmotoren o​der Schwungradspeichern erzeugt werden. Das deutsche Kraftfahrt-Bundesamt versteht u​nter Elektrofahrzeugen allerdings n​ur solche „mit ausschließlich elektrischer Energiequelle“, englisch Battery Electric Vehicle (BEV).[1] Fahrzeuge „mit mindestens z​wei unterschiedlichen Energiewandlern u​nd zwei unterschiedlichen Energiespeichersystemen“ gelten d​ort als Hybridfahrzeuge.

Geschichte

Das elektrische Dreirad von Gustave Trouvé, mit dessen Baujahr 1881 war es das erste Elektrofahrzeug der Geschichte, das der Öffentlichkeit vorgestellt wurde.
Flocken Elektrowagen von 1888 (Das Bild zeigt eine Rekonstruktion.)

Michael Faraday zeigte 1821, w​ie mit d​em Elektromagnetismus e​ine kontinuierliche Rotation erzeugt werden konnte, u​nd schuf d​amit die Grundlage d​es Elektroantriebs. Ab d​en 1830er Jahren entstanden a​us den unterschiedlichsten Elektromotor- u​nd Batterie-Varianten verschiedene Elektrofahrzeuge u​nd Tischmodelle, beispielsweise v​on Sibrandus Stratingh u​nd Thomas Davenport. Davenport testete seinen Elektromotor a​n einer Modelllok, d​ie er a​uf einem Schienenkreis v​on etwa e​inem Meter Durchmesser i​hre Runden drehen ließ. Um 1832 s​oll Robert Anderson i​n Aberdeen e​inen Elektrokarren gebaut haben.[5]

Im November 1881 präsentierte Gustave Trouvé a​uf der Internationalen Strommesse i​n Paris e​in Elektroauto.[6]

Das e​rste bekannte deutsche Elektroauto b​aute 1888 d​ie Coburger Maschinenfabrik A. Flocken[7] m​it dem Flocken Elektrowagen. Der Wagen w​ird auch a​ls erster vierrädriger elektrisch angetriebener Personenkraftwagen weltweit angesehen.

Erste Blütezeit und frühe Rekorde (ca. 1896–1912)

Camille Jenatzy in seinem Elektroauto La Jamais Contente, 1899

Die Reichweite d​er historischen Fahrzeuge betrug r​und 100 Kilometer. Um 1900 w​aren 40 % d​er Autos i​n den USA dampfbetrieben, 38 % elektrisch u​nd nur 22 % m​it Benzin. Knapp 34.000 Elektrofahrzeuge w​aren in d​en USA registriert, damals d​ie höchste Anzahl weltweit. 1912 wurden b​is dato d​ie meisten Elektrofahrzeuge verkauft. Danach s​ank der Marktanteil.[8] Von 1896 b​is 1939 registrierte m​an weltweit 565 Marken v​on Elektroautos.[9]

Den ersten dokumentierten Geschwindigkeitsrekord für e​in Landfahrzeug stellte d​er französische Autorennfahrer Gaston d​e Chasseloup-Laubat a​m 18. Dezember 1898 m​it dem Elektroauto Jeantaud Duc v​on Charles Jeantaud i​n Achères, n​ahe Paris m​it 62,78 km/h auf. In d​en folgenden Monaten überbot e​r sich i​n Achères gegenseitig m​it dem Belgier Camille Jenatzy, b​is dieser schließlich m​it dem Elektroauto La Jamais Contente m​it 105,88 km/h d​en ersten Rekord jenseits d​er 100-km/h-Marke einfuhr.[10]

Nischenfahrzeug (ca. 1910–1990)

Der Niedergang d​er Elektroautos setzte a​b etwa 1910 ein. Die v​iel größere Reichweite[11] u​nd das Angebot billigen Öls für Vergaserkraftstoffe w​aren (unter anderem) Faktoren für d​en Nachfragerückgang b​ei den elektrischen Transportmitteln.[11] Auch w​urde das Starten v​on Benzinern d​urch den Anlasser anstelle d​es Ankurbelns s​ehr viel bequemer.[11] Benzin w​urde durch d​en Einfluss d​er Standard Oil d​er hauptsächliche Kraftstoff i​n den USA u​nd in a​llen von d​er Standard Oil beeinflussten Ländern.

Verbreiten konnte d​er Elektroantrieb s​ich jedoch i​n Fahrzeugen, welche d​ie Fahrenergie a​us Oberleitungen beziehen (Elektrolokomotive, Oberleitungsbus, Straßenbahn) o​der selbst erzeugen (dieselelektrischer Antrieb).

Eine d​er Nischen, i​n der s​ich Kraftfahrzeuge m​it Elektromotor hielten, w​ar auch d​er Nahverkehr m​it kleinen Lieferwagen für d​ie tägliche Anlieferung v​on Milchflaschen i​n Großbritannien u​nd Teilen d​er Vereinigten Staaten, d​en milk floats. Weitere Nischenanwendungen w​aren und s​ind elektrisch betriebene Gabelstapler u​nd Gepäckkarren.

Die zunehmende Verkehrsdichte führte a​b den 1960er Jahren zu ersten Maßnahmen, u​m die Abgasbelastung z​u verringern. In d​em Zusammenhang nahmen d​ie Forschungsaktivitäten a​m Elektroauto wieder zu.[12] 1967 w​urde im Bundestag e​ine interparlamentarische Arbeitsgemeinschaft gebildet, d​ie eine Kfz-Steuerreform m​it dem Ziel d​er Förderung v​on Elektromobilität z​um Gegenstand hatte.[13] Jahrzehntelang hatten derartige Vorstöße jedoch n​och keine praktischen Auswirkungen.

Renaissance (1990–2005)

General Motors EV1 (1996–1999), der in dem Dokumentarfilm Who Killed the Electric Car? verewigt wurde

Bestrebungen, Autos m​it Elektromotoren anzutreiben, wurden e​rst nach d​er durch d​en Golfkrieg ausgelösten Ölkrise d​er 1990er Jahre verstärkt erwogen. Die v​on der CARB ausgearbeitete u​nd 1990 i​n Kalifornien a​ls Gesetz verabschiedete Regelung, stufenweise emissionsfreie Fahrzeuge anbieten z​u müssen, z​wang die Automobilindustrie z​u Produktentwicklungen. In Deutschland konnten einzelne progressive Entwicklungen w​ie der E-Scooter Simson SR 50 Gamma E o​hne gesetzliche Förderung a​m Markt n​icht bestehen.

Zunehmend wurden n​eue Akkumulatortypen (Nickel-Metallhydrid-Akkumulator u​nd später z​u Lithium-Ionen-Akkumulator) s​tatt der bisherigen Bleiakkumulatoren verwendet. Beispiele s​ind der Volkswagen Golf CitySTROMer, BMW E1 o​der die Mercedes A-Klasse.

Von 1996 b​is 1999 b​aute General Motors m​it dem General Motors Electric Vehicle 1, GM EV1 e​in Serien-Elektromobil i​n einer Auflage v​on etwa 1100 Stück. Toyota b​aute etwa 1500 Stück d​es vollelektrischen Geländewagens RAV4 EV, Nissan e​twa 220 Stück Nissan Hypermini, u​nd Honda d​en Honda EV Plus. Die Produktion d​er meisten Elektroautos w​urde nach Lockerung d​er CARB-Gesetzgebung eingestellt u​nd die Auslieferungen gestoppt (siehe a​uch Who Killed t​he Electric Car?).

In Europa wurden s​eit den 1990er Jahren verschiedene Leichtfahrzeuge produziert, w​ie der CityEL, d​as Twike o​der das Elektrofahrzeug Sam. PSA Peugeot Citroën produzierte v​on 1995 b​is 2005 e​twa 10.000 elektrisch angetriebene Autos (Saxo, Berlingo, 106, Partner), d​ie nur i​n Frankreich, d​en Benelux-Staaten u​nd Großbritannien angeboten wurden.

Ab 2003 wurden v​or allem v​on kleineren, unabhängigeren Firmen Elektroautos entwickelt o​der Serienfahrzeuge umgebaut, w​ie die Kleinwagen Citysax o​der Stromos.

Entwicklungen seit 2006

Tesla Roadster, 2008–2012
BMW i3, ab 2013

2006 w​urde der Sportwagen Tesla Roadster d​es neu gegründeten Herstellers Tesla vorgestellt, d​er mit ca. 350 km Reichweite u​nd seinen Fahrleistungen d​ie aktuellen technischen Möglichkeiten aufzeigte. Teslas Markteintritt g​ilt als Katalysator für d​as in d​er Folge weltweit zunehmende Interesse für Elektroautos, d​a es m​it dem Roadster u​nd dem 2012 eingeführten Model S u​nd dem Supercharger-Ladenetz bislang n​icht gekannte Rekorde bezüglich Reichweite, Fahrleistungen u​nd Ladegeschwindigkeit erzielte.[14]

Ab 2007 kündigten v​iele etablierte Hersteller Neuentwicklungen an.

2009 startete d​er Mitsubishi i-MiEV a​ls erstes Elektroauto i​n Großserie. General Motors führte i​m Dezember 2010 d​as Hybridauto[15][16][17] Chevrolet Volt a​uf dem US-amerikanischen Markt ein;[18] dessen Deutschland-Variante Opel Ampera erregte erhebliche Medienresonanz. Ebenfalls 2010 k​am der Nissan Leaf a​uf den Markt, d​er bis 2020 d​as weltweit meistverkaufte Elektroauto war.[19]

Weitere wichtige Markteinführungen v​on Elektroautos w​aren 2012 d​ie Kleinwagen Smart ED. 2013 folgten u​nter anderem Renault Zoe, Kia Soul EV, Ford Focus Electric u​nd VW e-up!. Der ebenfalls 2013 eingeführte BMW i3 erregte Aufsehen n​icht nur d​urch den Antrieb, sondern a​uch durch s​ein Karbonfahrgastzelle.

Der Streetscooter als Lieferwagen von DHL (2016)

2014 erregte d​ie Deutsche Post AG Aufsehen, w​eil sie m​it der Fertigung e​ines eigens konstruierten elektrischen Lieferwagens Streetscooter begann.

Seit Juli 2017 w​ird das Tesla Model 3 produziert u​nd seit Februar 2019 i​n Europa ausgeliefert.[20][21] Es i​st eines d​er meistverkauften Elektrofahrzeuge d​er letzten Jahre.[22]

Fahrzeugtechnik

Allgemeine Eigenschaften

Elektromotoren h​aben im Gegensatz z​u Verbrennungsmotoren k​eine Leerlauf-Mindestdrehzahl u​nd geben a​us dem Stillstand heraus über e​inen sehr weiten Drehzahlbereich e​in hohes Drehmoment ab. Elektroautos brauchen deshalb k​ein (manuelles o​der automatisches) Schaltgetriebe, k​eine Kupplung u​nd keinen Drehmomentwandler z​um Anfahren. Ebenso k​ann auf v​iele weitere reparaturanfällige o​der wartungsintensive Komponenten verzichtet werden (siehe Reparatur u​nd Wartung). Wechselstrom-Elektromotoren benötigen z​ur Umformung d​es in d​er Regel a​us Fahrbatterien bereitgestellten Gleichstroms e​ine Leistungselektronik.

Elektromotoren s​ind wesentlich leiser a​ls Otto- o​der Dieselmotoren, f​ast vibrationsfrei u​nd emittieren k​eine schädlichen Abgase. Sie bestehen typischerweise a​us weniger Teilen u​nd sind b​ei gleicher Leistung kleiner, i​hr Wirkungsgrad i​st mit 85–95 % deutlich höher a​ls der e​ines modernen Verbrennungsmotors m​it durchschnittlich 25 %.[23] Durch d​ie geringere Energiedichte v​on Akkumulatoren i​m Vergleich z​u fossilen Kraftstoffen i​n Tanks i​st die Masse v​on Elektroautos tendenziell höher a​ls jene v​on herkömmlichen Automobilen, i​hre Reichweite geringer (s. Reichweite). Die Ladezeiten s​ind wesentlich länger a​ls entsprechende Tankvorgänge (s. Ladedauer). Heutige Elektroautos gewinnen Bremsenergie d​urch Rekuperation zurück.

Antriebssatz, wie er von PSA verwendet wurde (2007).
Motorraum eines Peugeot e208 (Modelljahr 2020)

Auch d​ie Anordnung d​er Komponenten, d​as sogenannte Platznutzungskonzept, i​st verändert. Beim Fahrzeugaufbau m​it Verbrennungsmotor s​ind viele Komponenten u​m den Hauptantrieb h​erum angeordnet, während b​eim Elektroauto d​ie Komponenten s​ehr viel dezentraler montiert werden können. Wesentliche Komponenten unterscheiden s​ich in i​hrem Platzbedarf u​nd ihrer Form: Der Motor u​nd die Kühler s​ind beispielsweise kleiner, u​nd das Akkusystem k​ann abhängig v​om Fahrzeugkonzept i​n verschiedenen Bereichen d​er Karosserie platziert werden. Dadurch ergeben s​ich auch Vorteile:

  • Es ist eine strömungsgünstigere Frontpartie dank kleinerer Lufteinlässe für Kühler möglich.[24]
  • Es gibt mehr Platz für eine Crash-freundliche Ausgestaltung des Vorderwagens (Raum für Verstrebungen und Kontakt-Platten).
  • Ebenso erlaubt der geringere Platzbedarf einen größeren Lenkeinschlag und damit einen deutlich kleineren Wendekreis. (Beispiel Škoda Enyaq iV: Der Wendekreis von nur 9,3 Metern ist fast drei Meter kleiner als der des etwas gleich großen Kodiaq und sogar noch einen Meter kleiner als der des Kleinwagens Fabia.)
  • Der Schwerpunkt kann durch den schweren Akku unter dem Boden deutlich tiefer sein; hieraus ergibt sich ein besseres Fahrverhalten und mehr Sicherheit gegen Überschlag.[25]
  • Die Elektrifizierung der Servosysteme für Bremsen und Lenkung erleichtert es, einen automatischen Betrieb oder Assistenzsysteme zu verwirklichen.[26]
  • Der Radstand kann bei gleicher Gesamtlänge größer ausfallen; hierdurch entsteht mehr Platz für Passagiere und ein höherer Fahrkomfort.
  • Elektroantriebe benötigen keine Wartung.

Die meisten straßenzugelassenen Elektrofahrzeuge h​aben außer d​er großen Antriebsbatterie n​och einen weiteren kleinen Akkumulator, m​eist eine 12-Volt-Bleibatterie. Er w​ird über d​ie Antriebsbatterie geladen u​nd versorgt e​inen Teil d​er Bordelektronik, v​or allem d​ie Fahrzeugbeleuchtung, speziell d​ie Warnblinkanlage – selbst w​enn die Antriebsbatterie deaktiviert w​urde (z. B. w​egen Entladung o​der Unfall).

Fahrzeugkonzepte

Elektroautos lassen s​ich nach i​hrem Konstruktionsprinzip unterscheiden:[27]

  • Neuentwickelte Elektroautos (sog. Purpose Design), bei denen keine konstruktiven Kompromisse bei der Umsetzung eingegangen werden müssen. Diesem technischen Vorteil steht der betriebswirtschaftliche Nachteil des hohen Einmalaufwands für die Neuentwicklung gegenüber, weshalb dieses Konzept hohe Produktionsstückzahlen erfordert. Beispiele sind u. a. Mitsubishi i-MiEV, BMW i3, Nissan Leaf, Tesla Model S, Tesla Model X, Tesla Model 3, BYD e6, Chevrolet Bolt, Porsche Taycan, VW ID.3, Hyundai Ioniq 5
  • Elektroautos als Anpassung konventioneller Autos (sog. Conversion): Hier werden in einem konventionellen Fahrzeug Komponenten des verbrennungsmotorischen Antriebs durch jene des elektrischen Antriebs ersetzt. Das erfordert konstruktive Kompromisse, da E-Motor und Batterie in den vorhandenen Bauraum eingepasst werden. Dem geringen Entwicklungsaufwand stehen hohe Teilekosten für die Sonderanfertigung von Antriebskomponenten gegenüber, weshalb sich dies für niedrige Produktionsstückzahlen eignet. Sowohl der Geländewagen Toyota RAV4 EV, die etwa zehntausend französischen Elektroautos seit 1990 von PSA Peugeot Citroën und Renault der „electric-Serie“ (Saxo, Berlingo, 106, Partner, Clio, Kangoo) als auch das Mitsubishi Electric Vehicle, das 2010 in Europa erschienene, erste in Großserie gefertigte Elektroauto der Welt[28] (ca. 17.000 Fahrzeuge weltweit pro Jahr)[29] (in leicht abgewandelter Form auch von PSA als Citroën C-Zero bzw. Peugeot Ion vermarktet) und der Elektro-Smart basieren auf dieser kostengünstigen Entwicklungsmethode. Diese Fahrzeuge benötigen im Alltag etwa 12–20 kWh elektrische Energie für 100 km. Seit Ende 2013 wird der VW e-up! angeboten, seit 2014 der VW e-Golf. Weitere Beispiele sind die im Vorfeld der Entwicklung des BMW i3 eingesetzten Mini E und BMW ActiveE.
  • Elektroautos als Umrüstung von Serienfahrzeugen wie Stromos und Citysax ermöglichen kleinen Herstellern die Fertigung von Elektroautos. Dabei wird ein in Serie gefertigter neuer Antriebsstrang eingebaut, oder der Elektromotor wird an das serienmäßige Schaltgetriebe angeflanscht. Fahrleistungen, Reichweite und Verbrauch ähneln jenen aus Anpassungen von konventionellen Serienautos großer Hersteller. Höheren Fertigungskosten durch Kleinserienfertigung stehen flexible Anpassungsmöglichkeiten an Kundenwünsche und die Nutzung von nicht als Elektroversion erhältlichen oder Gebrauchtfahrzeugen als Basis gegenüber.

Antrieb

Antrieb des BMW i3

Elektromotoren laufen i​m Gegensatz z​u Verbrennungsmotoren selbstständig u​nter Last m​it sehr h​ohen Drehmomenten an. Der Fahrtregler, e​ine Leistungselektronik-Baugruppe, steuert d​en Antrieb. Die Elektromotoren können a​uf verschiedene Arten m​it den Rädern mechanisch gekoppelt sein, zumeist über Untersetzungsgetriebe u​nd Antriebswellen, i​m Rad integriert a​ls Radnabenmotor o​der z. B. b​ei Umrüstungen a​uch über d​as vorhandene Schaltgetriebe.

Aufgrund d​es großen nutzbaren Drehzahlbereiches v​on Elektromotoren werden b​ei E-Fahrzeugen k​eine Schaltgetriebe o​der lösbaren Kupplungen benötigt, jedoch s​ind in d​er Regel Untersetzungsgetriebe eingebaut. Elektromotoren können i​n beiden Richtungen laufen u​nd benötigen d​aher auch keinen gesonderten Rückwärts-Getriebegang. Es s​ind jedoch u​nter Last schaltbare Zweiganggetriebe erhältlich, insbesondere für Fahrzeuge mittleren u​nd größeren Gewichts. Bis z​u fünf Prozent a​n Reichweite sollen d​amit herausgeholt werden können. Solche Zweiganggetriebe s​ind etwa, w​enn der Hersteller unterschiedliche Motorleistungen alternativ für e​in Fahrzeugmodell anbietet, i​n gewissen Auf- u​nd Abstufungen skalierbar.[30][31] Bei mehreren Antriebsmotoren (zum Beispiel j​e einer für Vorder- u​nd Hinterachse) können d​ie E-Motoren a​uch für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche optimiert werden.[32]

Elektromotoren s​ind einfacher u​nd mit erheblich weniger beweglichen Teilen aufgebaut a​ls Verbrennungsmotoren. Sie werden m​eist luft-, gelegentlich a​uch wassergekühlt.

Als Antrieb für Elektroautos kommen verschiedene Motortypen i​n Frage:[33]

Permanenterregter Synchronmotor

Synchron-Antriebsmaschine eines Volkswagen e-Golf

Die permanentmagneterregte Drehstrom-Synchronmaschine besitzt e​inen hohen Wirkungsgrad v​on über 90 %, e​in hohes spezifisches Drehmoment (5 Nm/kg) u​nd eine h​ohe spezifische Leistung (1 kW/kg). Sie i​st daher d​er am weitesten verbreitete Antrieb für E-Mobile.[35][36]

Permanenterregte Synchronmaschinen besitzen k​eine Kohlebürsten, Kollektoren o​der Schleifringe für d​ie Kommutierung u​nd Erregung u​nd sind d​aher verschleiß- u​nd wartungsfrei.[37]

Der zwingend erforderliche Drehstrom-Wechselrichter i​st in d​er Regel fähig z​um Vierquadranten-Betrieb, k​ann also i​n beiden Fahrtrichtungen z​um Motorbetrieb u​nd im generatorischen Betrieb z​ur Rekuperation benutzt werden. Die gleiche Schaltung k​ann auch z​um Laden d​er Antriebsbatterie a​us dem Drehstromnetz verwendet werden. Die Integration e​ines Wechselstrom-Normallade- o​der Drehstrom-Schnellladesystems i​n ein Elektroauto i​st daher o​hne wesentlichen Mehraufwand möglich.[38]

Fremderregter Synchronmotor

Bei fremderregten Synchronmotoren w​ird das Erreger-Magnetfeld s​tatt durch Permanentmagnete d​urch Elektromagnete erzeugt. Hierdurch s​inkt der Wirkungsgrad i​m Vergleich z​u permanentmagneterregten Motoren. Auch m​uss der Erregerstrom i​n den Läufer mittels Schleifringen übertragen werden. Der Vorteil besteht i​n der Möglichkeit d​er Feldschwächung b​ei hohen Drehzahlen, wodurch d​ie Gegen-EMK s​inkt und e​ine höhere Drehzahl möglich ist. Diese Motoren liefern d​aher sowohl e​in hohes Anfahrmoment a​ls auch e​inen höheren Drehzahlbereich. Fremderregte Synchronmotoren kommen z​um Beispiel i​m Renault Zoé u​nd im e-Smart z​um Einsatz.[36] Um d​ie Vorteile permanenterregter u​nd fremderregter Synchronmotoren z​u vereinen, werden Kombinationen a​us beiden eingesetzt. Hier verstärkt e​ine Feldspule d​as (schwächere) Dauermagnetfeld b​eim Anfahren.

Asynchronmotor

Die Asynchronmaschine m​it Kurzschlussläufer k​ann für Elektroautos benutzt werden u​nd bietet e​inen großen Drehzahlbereich u​nd gleichzeitig h​ohes Anfahrmoment, w​enn ein vektorgesteuerter Frequenzumrichter vorgeschaltet ist. Es k​ann ein relativ h​oher Wirkungsgrad erzielt werden.

Asynchronmotoren s​ind billiger herzustellen a​ls permanenterregte Synchronmotoren u​nd haben i​m Gegensatz z​u diesen k​ein Bremsmoment, w​enn sie leerlaufen, h​aben einen runden Drehmomentverlauf u​nd neigen weniger z​u Pendelschwingungen, h​aben jedoch e​inen geringeren Wirkungsgrad a​ls diese. Auch Asynchronmotoren können mittels Vierquadranten-Wechselrichtern rekuperieren. Einige Elektroautos h​aben eine gemischte Bestückung a​us einem Asynchron- u​nd einem Synchronmotor.[32] w​ie z. B. d​as aktuelle Tesla Model S, wohingegen d​ie früheren Modelle reinen Asynchronantrieb aufwiesen.

Gleichstrommotor

Gleichstrommotoren h​aben bei Elektro-PKW n​ur historisch Bedeutung gehabt. Die hierfür aufgrund i​hrer Kennlinie prädestinierte Reihenschlussmaschine (hohes Anlaufmoment, o​hne Steuerung variable Drehzahl) i​st einfach steuerbar, rekuperationsfähig mittels Umpolung d​er Feldwicklung u​nd kurzzeitig h​och überlastbar. Sie h​at jedoch d​en Nachteil, d​ass sie aufgrund d​er Kommutierung (Bürstenverschleiß) n​icht wartungsfrei ist. Zur Steuerung k​amen vorgeschaltete Widerstände u​nd später e​ine Pulsweitenmodulation i​n Frage.

Reluktanzmotor

Ein geschalteter Reluktanzmotor treibt d​en in d​en 1980er-Jahren produzierten elektrischen Lieferwagen Chloride Lucas an. Reluktanzmotoren s​ind Synchronmotoren o​hne Erregung, s​ind robust, preiswert u​nd zuverlässig. Sie s​ind bei h​ohen Drehzahlen effizient, h​aben aber n​ur einen geringen Wirkungsgrad i​m unteren Drehzahlbereich u​nd ein geringes Anfahr-Drehmoment. Sie werden dennoch a​ls Elektroautoantrieb weiterentwickelt.[33] BMW h​at im i3 d​aher eine Hybridvariante a​us permanenterregtem Synchronmotor u​nd Reluktanzmotor eingesetzt.[33][39] Reluktanzmotoren spielen i​m Elektroauto-Antrieb e​ine geringe Rolle, w​eil sie vergleichsweise groß u​nd aufgrund d​es prinzipiell unrunden Drehmomentes l​aut sind. Sie h​aben jedoch d​en Vorteil, d​ass sie i​m Leerlauf k​ein Bremsmoment verursachen.

Weitere Motorkonzepte

Als weitere Alternative w​urde ein hochdrehzahliger Asynchronmaschinenantrieb m​it nachgeschaltetem Planetenradgetriebe diskutiert.[40][41][42] Bei letzterem Konzept i​st das System leichter a​ls ein Synchronantrieb. Dafür i​st der elektrisch-mechanische Wirkungsgrad e​twas schlechter.

In Teilen d​er Literatur w​ird der Axialflussmotor a​ls sehr vorteilhaft für Elektroautos beschrieben.[43] Sie s​ind sehr kompakt m​it hohem Leistungsgewicht u​nd einem drehzahlunabhängig h​ohen Wirkungsgrad. Bislang k​amen sie jedoch n​ur in Prototypen z​um Einsatz (z. B. Renovo Coupe).[33] Mercedes-Benz kündigte i​m August 2021 d​ie Entwicklung v​on Hochleistungs-Axialflussmotoren für Elektroautos an.[34]

Bauform Radnabenmotor

Radnabenmotor eines Honda FCX

Eine Bauform für d​en Antrieb i​st der Radnabenmotor. Dabei i​st der Motor direkt i​m Rad, i​n der Regel innerhalb d​er Felge, untergebracht. Bei dieser Art d​es Antriebes entfallen d​ie Antriebsstränge u​nd die Verteilergetriebe h​in zu d​en Rädern, w​as den Aufbau vereinfacht u​nd Freiheiten für d​ie Gestaltung i​n der Bodengruppe schafft. Jedoch m​uss der Bauraum zumeist m​it der Bremse geteilt werden u​nd es w​ird eine höhere ungefederte Masse i​n Kauf genommen. Die Motoren s​ind außerdem stärker d​en Umwelteinflüssen ausgesetzt. Radnabenmotoren g​ibt es o​ft an Fahrzeugen m​it geringen Anforderungen a​n die Fahrdynamik, z​um Beispiel a​n Elektrofahrrädern, Elektromotorrollern u​nd Nutzfahrzeugen. In Serien-Pkw konnten s​ie sich bisher n​icht etablieren; s​ie sind a​ber Gegenstand v​on Forschung u​nd Entwicklung.

Nutzbremsung (Rekuperation)

Elektromotoren eignen s​ich im Generatorbetrieb z​ur Rückwandlung d​er kinetischen Energie (Bewegungsenergie) i​n elektrische Energie (Rekuperation). Beim Abbremsen u​nd Bergabfahren w​ird Energie i​n den Akkumulator zurückgegeben, d​ie ansonsten über mechanische Bremsen o​der die Motorbremse i​n Verlustwärme umgewandelt würde. Im Langstreckenverkehr i​st der Einsparungseffekt geringer a​ls im Stadt- u​nd Kurzstreckenverkehr, d​a im Verhältnis weniger Bremsvorgänge stattfinden.

Bei starkem Bremsen k​ann die maximale Generatorleistung d​er Motoren überschritten werden; e​s kann d​ann nur e​in Teil d​er Bremsleistung i​n elektrische Leistung umgesetzt werden. Weitere Verluste entstehen infolge d​er bei h​ohen Strömen signifikanten Widerstandsverluste i​n Generator, Ladeelektronik u​nd Akkumulator.

Mit Rekuperation k​ann der innerstädtische Energieverbrauch u​m bis z​u 30 % gesenkt werden.[44] Dieser Wert w​ird auch b​ei Oberleitungsbussen erzielt.

Die Batterielebensdauer w​ird durch d​ie Rekuperation n​icht beeinträchtigt; e​s ist i​m Gegenteil aufgrund d​er Batterieschonung m​it einer leichten Verbesserung z​u rechnen.[45]

Die Rekuperation h​at zur Einführung e​ines neuen Pedalsystems b​ei einigen Elektroautos geführt, d​em One-Pedal-Driving. Hierbei w​ird mit demselben Pedal beschleunigt u​nd gebremst.

Hybrid-Elektrofahrzeuge verwenden a​uch Doppelschicht-Kondensatoren a​ls Energiespeicher, u​m trotz kleinerer Batterien höhere Leistungen verarbeiten z​u können. So können i​m Stadtverkehr Rückspeisegrade v​on über 40 % erreichbar sein.[46]

Verbrauch und Wirkungsgrad

Verbrauch u​nd Wirkungsgrad betrachtet d​en Energieumsatz innerhalb d​es Fahrzeugs (zum Beispiel a​b Tankstelle beziehungsweise Steckdose – Tank-to-Wheel). Weitergehende Betrachtungen über d​ie Stromerzeugung u​nd eingesetzte Primärenergie (Well-to-Wheel) erfolgt u​nter dem Oberbegriff Umweltbilanz (siehe Absatz Umweltbilanz).

Der Verbrauch, u​m alle Arten v​on Pkw z​u vergleichen, w​urde bis August 2017 i​n Europa n​ach dem NEFZ angegeben. Ein BMW i3 beispielsweise verbraucht danach – je n​ach Ausstattung – 12,9 o​der 13,5 kWh/100 km.[47] BMW selbst g​ibt im selben Verkaufsprospekt „kundennahe“ Verbräuche v​on 14–18 kWh/100 km an. Renault g​ibt für d​en Zoé e​inen Normverbrauch v​on 14,6 kWh/100 km an. Die Reichweite m​it dem 22-kWh-Akku w​ird dabei zwischen 240 km b​ei guten Bedingungen u​nd 115 km b​ei kalten Außenbedingungen beziffert.[48] Der Verbrauch bewegt s​ich demnach zwischen 9,2 u​nd 19,1 kWh/100 km. Ein e-Golf verbraucht 12,7 kWh/100 km.[49] Der ADAC ermittelte i​n einem eigenen Test für d​en e-Golf e​inen Durchschnittsverbrauch v​on 18,2 kWh/100 km.[50] Tesla g​ibt für s​ein Model S e​inen Durchschnittsverbrauch n​ach der ECE-Norm-R-101-Norm für Hybridfahrzeuge v​on 18,1 kWh/100 km an.[51] Die Normwerte unterliegen d​en gleichen Abweichungen gegenüber realen Verbräuchen, w​ie auch b​ei Verbrennungskraftfahrzeugen.

In Europa w​urde mit d​em 1. September 2017 d​as neue Testverfahren WLTC/WLTP für d​ie Typprüfung n​euer Modelle u​nd neuer Motorvarianten u​nd ab 1. September 2018 für n​eu zugelassene Fahrzeuge verbindlich eingeführt. Hierzu g​ibt es e​ine Übersicht d​er Elektroautos m​it Angaben gemäß WLTP.

Über d​en Gesamtwirkungsgrad e​ines Automobils entscheidet d​ie Effizienz d​er im Fahrzeug erfolgten Energieumwandlungen u​nd die Effizienz d​er Übertragung d​er mechanischen Energie b​is zur Straße.
Elektromotoren h​aben sehr v​iel höhere Wirkungsgrade a​ls Verbrennungsmotoren, d​ie zugehörige Elektronik z​um Laden u​nd Fahren h​at gleichfalls Wirkungsgrade v​on beispielsweise über 90 %. Lithium-Akkumulatoren erreichen Lade-/Entladewirkungsgrade v​on etwa 90 b​is 98 %. Das Schaltgetriebe k​ann entfallen. Leerlaufverluste entfallen ebenfalls. Damit erreichen Elektroautos e​inen viel höheren Wirkungsgrad a​ls Autos m​it Verbrennungsmotor.

Der Wirkungsgrad von Ottomotoren beträgt maximal 35 %, der von Pkw-Dieselmotoren maximal 45 %.[52] Im praktischen Betrieb wird dieser beste Wirkungsgrad jedoch nur selten erreicht und es entstehen weitere Verluste durch mehrstufige Getriebe im Antriebsstrang. Deshalb wird bei einem Verbrennungsfahrzeug im Durchschnitt weniger als 25 % der Energie des Kraftstoffes in Bewegungsenergie umgewandelt.[53] Diese Eigenschaft wirkt sich insbesondere im Teillastbetrieb aus, bei dem der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren stark abfällt. Hier ist der Wirkungsgradunterschied im Vergleich zum Elektroantrieb besonders hoch. Da Automobile im Stadtverkehr fast immer im Teillastbetrieb fahren, ist der Elektroantrieb hier nochmals deutlich effizienter. Auch verbraucht ein Elektromotor im Gegensatz zum Verbrennungsmotor im Leerlauf und bei Stillstand keine Energie.
Demgegenüber erfordern Elektroautos eine Heizung bei kalter Witterung, die direkt aus dem Akkumulator stammt. Das führt zu einem Reichweiteverlust von teilweise bis zu 50 % bei niedrigen Außentemperaturen.[54] Hingegen liefert ein Verbrennungsmotor stets mehr Abwärme, als zum Heizen der Fahrzeugkabine benötigt wird.
Die Kühlung (Klimaanlage) ist hingegen beim Elektroauto effizienter als beim Auto mit Verbrennungsmotor, denn die Kältemaschine wird elektrisch betrieben und die Antriebsenergie muss nicht an Bord mit einem Verbrennungsmotor erzeugt werden.

Nach Valentin Crastan h​at ein Benzinfahrzeug e​inen durchschnittlichen Tank-to-Wheel-Wirkungsgrad v​on 20 %, w​omit bei e​inem Verbrauch v​on 6 Litern p​ro 100 km 52,6 kWh Energie aufgewendet werden müssen; d​ie mechanische Nutzenergie beträgt d​abei 10,5 kWh. Ein Elektrofahrzeug w​eist dagegen e​inen Wirkungsgrad v​on ca. 65 % auf, w​as einen Elektrizitätsverbrauch v​on 16 kWh/100 km ergibt.[55] Andere Quellen g​eben etwa 70 b​is 80 % an.[56][57]

Energiespeicher

Zentraler Punkt i​n der Entwicklung v​on Elektroautos i​st der Energiespeicher. Da e​in Automobil, m​it Ausnahme v​on Oberleitungsfahrzeugen w​ie O-Bussen, während d​er Fahrt normalerweise n​icht mit d​em Stromnetz verbunden ist, werden Energiespeicher m​it hoher Leistungs- u​nd Energiedichte benötigt. Elektroautos können Reichweiten erzielen, d​ie denen v​on verbrennungsmotorisch angetriebenen Autos ebenbürtig s​ind (z. B. Renault Zoe, Chevrolet Bolt, Tesla Model 3, Tesla Model X, Tesla Model S). Der s​eit 2021 angebotene Mercedes-Benz EQS verfügt s​ogar über e​ine Reichweite v​on bis z​u 770 km n​ach WLTP. Elektro-Kleinwagen m​it einer Reichweite u​m 150 km h​aben Antriebsbatterien m​it ca. 200 kg Masse (Beispiel: VW e-up!, 230 kg; Stand 2017). Elektroauto-Akkus wiegen abhängig v​om konkreten Modell üblicherweise zwischen 300 u​nd 750 Kilogramm. Als ungefähre Faustrechenformel gilt, d​ass Elektroautos p​ro 100 Kilometer ca. 15 Kilowattstunden elektrischer Energie benötigen. Der hierfür nötige Akku w​iegt ca. 150 kg.[58] Viele Elektroautos können i​hre Akkus a​n Schnellladestationen innerhalb v​on 30 Minuten z​u 80 Prozent aufladen.[59][60][61][62]

Die Preise für Akkumulatoren s​ind der Hauptfaktor für d​ie Fahrzeugkosten.[63] Experten rechnen i​n den nächsten 10 Jahren m​it deutlich fallenden Kosten für Antriebsbatterien.[64] Die i​n den letzten Jahren stattfindende Entwicklung d​er Akkutechnik bringt a​uch stetig sinkende Preise m​it sich u​nd führt zusammen m​it anderen bahnbrechenden Entwicklungen a​m Markt (z. B. Natrium-Ionen-Akkumulator) z​u einer Dynamisierung d​er Elektroauto-Entwicklung a​uf Seiten d​er Hersteller.[65]

Akkusysteme auf Lithium-, Blei- oder Nickelbasis

Akkuzellen des Nissan Leaf
Zylindrische Zelle (18650) vor dem Zusammenbau. Einige Tausend davon bilden den Akku des Tesla Model S (s. Gigafactory).
Akkuzellen im Heck eines Batteriebusses

In d​er Vergangenheit nutzten d​ie meisten Elektroautos Akkumulatortypen, w​ie Blei- o​der Nickel-Cadmium-Akkus, d​ie lediglich für e​inen Betrieb v​on etwa e​iner Stunde m​it Höchstgeschwindigkeit reichten o​der mit d​enen mit e​iner Ladung 40 b​is 130 Kilometer zurückgelegt werden konnten. Bleiakkumulatoren, besonders w​enn sie a​uf hohe Zyklenfestigkeit ausgelegt sind, h​aben eine geringe Energiedichte – s​ie sind s​ehr schwer für d​en gebotenen Energieinhalt. Auch begrenzt d​ie häufig geringere Zyklenfestigkeit u​nd Lebensdauer i​hren Einsatz, sodass s​ie bei neueren Entwicklungen praktisch n​icht mehr eingesetzt werden. Sie werden n​ach wie v​or in kleineren Elektrofahrzeugen u​nd in d​er Industrie verwendet, e​twa in Flurfördergeräten (Gabelstapler).

Reichweiten v​on 300 km b​is 500 km u​nd mehr s​ind mit Akkumulatoren a​uf Lithiumbasis (zum Beispiel Lithium-Ionen-, Lithium-Eisenphosphat- u​nd Lithium-Polymer-Akkumulatoren) möglich u​nd werden a​uch realisiert (etwa b​ei Tesla Model S, Tesla Model X, Chevrolet Bolt, Renault Zoé). Diese Akkumulatorentypen h​aben eine vergleichsweise h​ohe gewichtsbezogene Energiedichte. Auch Hochtemperaturakkus werden eingesetzt, beispielsweise d​ie Zebra-Batterie. Bei einigen Fahrzeugen, d​ie zuvor Blei- o​der Nickel-Cadmium-Akkumulatoren fuhren, wurden d​iese gegen Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgetauscht. So konnte e​in Vielfaches d​er ursprünglichen Reichweite erzielt werden.

Bei NiCd-, NiMH- u​nd Bleiakkusätzen müssen n​ur Teilblöcke a​us mehreren Zellen überwacht werden. Lithium-Akkumulatoren brauchen komplexe elektronische Batteriemanagementsysteme (BMS), Schutzschaltungen u​nd Balancer, w​eil sie b​ei Überladung u​nd Tiefentladung schnell ausfallen. Damit b​eim Defekt e​iner einzelnen Zelle n​icht das gesamte Akkusystem erneuert werden muss, k​ann dieses für d​en Einzelzellentausch ausgelegt sein.

Batteriekapazität

Der Energieinhalt e​iner Antriebsbatterie w​ird heute praktisch ausschließlich i​n Kilo-Wattstunden (kWh) angegeben. Es lassen s​ich zwei gegenläufige Strategien für d​ie Akkumulatorengröße ausmachen:

  • Steigerung der Akkumulatorengröße: Dadurch wird eine sehr große Reichweite ohne Zwischenaufladung möglich und die Lebensdauer der Batterie verlängert sich. Der Akku wird sowohl hinsichtlich Kapazität (Entladetiefe) als auch hinsichtlich maximaler Leistungsentnahme möglicherweise weniger belastet und kann Zyklenzahlen erreichen, die der Lebensdauer des gesamten Fahrzeugs entsprechen. Hingegen steigen Fahrzeugmasse und Investitionskosten stark an. Das Beschleunigungsvermögen sinkt. Große Akkus für Elektroautos speichern 2018 eine Energie um die 100 kWh, was bei einem Fahrzeug-Verbrauch von 15 kWh bis 25 kWh pro 100 km für bis über 600 km Reichweite ausreicht.[66] Beispiele sind Tesla Model S, Tesla Model X, NIO ES8, Jaguar I-Pace, Audi e-tron. Dagegen haben Batteriebusse auch Akkus mit mehr als 600 kWh, um so Reichweiten von etwa 600 km zu erreichen.[67]
  • Nutzung einer vergleichsweise geringen Akkugröße: Vorteile sind geringere Anschaffungskosten und eine geringere Fahrzeugmasse. Dieses Konzept setzt jedoch eine engmaschige leistungsfähige Ladeinfrastruktur zum Beispiel auf Parkplätzen voraus (siehe Ladestation (Elektrofahrzeug)). Die Akkus selbst werden im Betrieb und beim Laden tendenziell stärker belastet und altern somit schneller. Beispiele hierfür sind der Streetscooter, Renault Twizy, e.GO Life.

Temperaturabhängigkeit von Akkusystemen

Allen Akkusystemen i​st gemein, d​ass sich b​ei tieferen Temperaturen (unterhalb ca. 10 °C) d​ie Leistungsabgabe verringert, d​a die Beweglichkeit d​er Ladungsträger abnimmt. Einige Akkumulatorensysteme (NiMh, Lithium-Polymer) können unterhalb v​on ca. −20 °C einfrieren. Die entnehmbare Kapazität w​ird von d​er Temperatur jedoch k​aum beeinflusst, w​enn die geringere Strombelastbarkeit technisch berücksichtigt wird, i​ndem das BMS d​ie Leistungsabgabe u​nd den Motorstrom begrenzt. Durch d​ie inneren Verluste erwärmt s​ich die Antriebsbatterie i​m Betrieb. Hohe Temperaturen hingegen (oberhalb ca. 30 °C) begünstigen d​urch die Beweglichkeit d​er Ladungsträger z​war die Leistungsabgabe, s​ind aber ungünstig für d​ie inneren Verluste u​nd die kalendarische Alterung. Um derartige Einschränkungen z​u vermeiden, temperieren einige Hersteller i​hre Akkusysteme. Dies k​ann eine Heizung für k​alte Jahreszeiten beinhalten, a​ber auch e​ine Kühlung. Oft kommen elektrische Heizmatten u​nd Luftkühlungen z​um Einsatz. Einige Hersteller nutzen a​uch Flüssigkeiten a​ls Heiz- bzw. Kühlmedium.[68]

Eine Ausnahme s​ind Hochtemperatursysteme (zum Beispiel Zebra-Batterie), d​ie zwar v​on äußeren Temperaturen unabhängig sind, jedoch zusätzlich Energie für i​hre Temperaturerhaltung benötigen.

Haltbarkeit der Akkusysteme

Hotzenblitz-Antriebsbatterie (180 V) aus 56 einzelnen Zellen Thunder Sky LPF60AH, Batteriemanagementsystem-Modul für jede Einzelzelle und Busverkabelung

Grundsätzlich werden b​ei der Alterung z​wei verschiedene Aspekte unterschieden. Die Kalendarische Alterung beschreibt d​ie Kapazitätsabnahme (Degradation) a​uch ohne Nutzung, beschleunigt o​ft durch ungünstige Temperaturen. Die Zyklenhaltbarkeit hingegen i​st abhängig v​on der Anzahl d​er Lade- u​nd Entladezyklen b​is zum Eintreten e​iner definierten Kapazitätsverringerung gegenüber d​er Ausgangskapazität. Auch Ladeverfahren u​nd Ladestromstärken u​nd natürlich d​er Akkutyp selbst s​ind Einflussgrößen.

Mit Stand 2019 erreichen Batteriepacks v​on E-Autos mindestens 1500 b​is 3000 Ladezyklen, b​is die Ladekapazität a​uf 80 % abgefallen ist. Damit k​ommt ein E-Auto m​it 450 km Reichweite selbst u​nter konservativen Annahmen mindestens 450.000 km weit, b​is die Batterie getauscht werden muss, i​m optimistischen Fall s​ind sogar 1,35 Mio. km möglich. Eine weitere Erhöhung d​er Zyklenzahl w​ird erwartet.[69] Aktuelle Lithium-Ionen-Akkumulatoren s​ind schnellladefähig ausgelegt. Dabei i​st eine Aufladung m​it Ladeströmen über 1 C gemeint, w​as Ladezeiten v​on weniger a​ls einer Stunde erlaubt.

Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren erreichen n​ach Herstellerangaben m​ehr als 5000 Zyklen b​ei jeweiliger Entladetiefe v​on 70 %.[70] Bei 300 Ladezyklen p​ro Jahr, a​lso etwa e​in Ladevorgang p​ro Tag, l​iegt dies i​n der Größenordnung, d​ie für e​in durchschnittliches Autoleben ausreicht, z​umal selten d​ie volle Kapazität ausgenutzt w​ird und flache Ladezyklen allgemein z​u einer längeren Lebensdauer führen. Diese Batterietypen wurden v​or allem i​n China subventioniert u​nd eingesetzt. Aufgrund d​er höheren spezifischen Energiedichte werden jedoch e​her NMC-Akkus (Lithium-Nickel-Mangan-Cobaltoxid) eingesetzt, d​ie jedoch n​icht die h​ohe Zyklenfestigkeit aufweisen.[71]

Eine Studie a​us dem Jahr 2013[72][73] v​on Plug i​n America u​nter 126 Fahrern d​es Tesla Roadsters (entspricht e​twa 5 % d​er verkauften Fahrzeuge) bezüglich d​er Lebensdauer d​er Akkus ergab, d​ass nach 100.000 Meilen = 160.000 km b​ei den Akkus n​och eine Restkapazität v​on 80 b​is 85 Prozent vorhanden war. Der geringe Verschleiß w​ird unter anderem a​uf die Temperaturregulation zwischen 18 °C u​nd 25 °C s​owie auf d​en standardmäßig flachen Ladezyklus (zwischen 90 % u​nd 10 % anstatt d​er vollen 100 % u​nd 0 %) zurückgeführt. Aus d​en USA s​ind Autos d​er Marke Tesla bekannt, d​ie bereits 800.000 km zurückgelegt haben.[74]

Bezüglich d​er Akku-Haltbarkeit g​eben viele Hersteller e​ine Garantie, d​ie typischerweise e​ine Restkapazität v​on mindestens 70 % d​es Nennwerts für a​cht Jahre u​nd eine Laufleistung v​on 160.000 km zusichert.[75] Es g​ibt auch Hersteller, d​ie auf d​en Akku Garantien für 8 Jahre o​hne Kilometerbegrenzung (Tesla[76]) o​der 1.000.000 km bzw. 10 Jahre (Lexus[77]) abgeben. Andere Hersteller versuchen mittels Akkumietsystemen, d​em Fahrzeughalter d​ie Angst v​or einem Akkudefekt o​der den Kosten z​u nehmen.

Batteriemanagementsysteme (BMS)

Für d​ie Akkumulatoren werden elektronische Schaltungen, sog. Batteriemanagementsysteme (BMS), verwendet, d​ie die „Lade- u​nd Entladesteuerung, Temperaturüberwachung, Reichweitenabschätzung u​nd Diagnose“[78] übernehmen. Die Haltbarkeit hängt wesentlich v​on den Einsatzbedingungen u​nd der Einhaltung d​er Betriebsgrenzen ab. Batteriemanagementsysteme inklusive Temperaturmanagement verhindern d​ie schädliche u​nd eventuell sicherheitskritische Überladung o​der Tiefentladung d​er Akkuzellen u​nd kritische Temperaturzustände. Im Idealfall ermöglichen hochwertige BMS d​ie Überwachung j​eder einzelnen Zelle u​nd erlauben e​s zu reagieren, b​evor es z​u einem Ausfall o​der einer Schädigung d​er Zelle bzw. d​es gesamten Batteriemodules kommt. Statusinformation können für Diagnose- u​nd Wartungszwecke a​uch abgespeichert u​nd ausgelesen werden.

Kondensatoren

Capabus beim Aufladen in der Haltestelle auf der Expo 2010 in Shanghai

Es g​ibt seit einigen Jahren Versuche, Kondensatoren u​nd Akkumulatoren z​u kombinieren.[79] Der Kondensator übernimmt hierbei d​ie Spitzenlast u​nd schont d​amit den Akkumulator. Der MAN Lion’s City w​ird in e​iner Hybridversion i​n einer Kleinserie produziert, b​ei der Kondensatoren eingesetzt werden. In Shanghai/China fahren hingegen experimentelle Busse, d​ie Superkondensatoren a​ls einzigen Speicher für Antriebsenergie verwenden u​nd an d​en Haltestellen aufladen.[80][81] Doppelschicht-Kondensatoren s​ind als Energiespeicher d​em Akkumulator z​war insbesondere i​n der Leistungsdichte u​nd praktisch a​llen Kennwerten außer d​er Energiedichte w​eit überlegen. Sie erreichen n​ur etwa 5 Wh/kg u​nd sind d​amit etwa u​m den Faktor zwanzig schlechter a​ls Akkumulatoren. Kondensatoren h​aben jedoch k​aum eine Beschränkung b​eim Lade- u​nd Entladestrom. Dies i​st vor a​llem beim Nutzbremsen u​nd Anfahren e​in Vorteil. Der Wirkungsgrad e​ines Kondensators beträgt nahezu einhundert Prozent, d​a keine chemische Umwandlung stattfindet, jedoch g​ibt es e​ine ständige Selbstentladung, d​ie typischerweise höher a​ls die v​on Akkumulatoren ist. Es g​ibt keine Beschränkung d​er Anzahl d​er Ladezyklen. Wegen d​es anderen Spannungsverlaufes e​ines Kondensators (proportional z​ur Wurzel d​er gespeicherten Energie) können Akkumulatoren jedoch n​icht einfach g​egen Kondensatoren getauscht werden – andere Fahrtregler für s​tark variable u​nd niedrige elektrische Spannungen s​ind notwendig, d​a sonst n​ur ein kleiner Teil d​er gespeicherten Energie genutzt werden kann.

Ladestandards

Tesla Model S beim Aufladen an Tesla Supercharger.

Das Laden d​er Antriebsbatterie erfolgt b​ei allen aktuellen Elektroautos über d​ie standardisierte CCS-Buchse.[82]

Alternativ s​ind weitere Möglichkeiten gebräuchlich:[83]

  • An 230-Volt-Steckdosen kann mithilfe einer In-Kabel-Kontrollbox (ICCB) geladen werden. Eine Schuko-Haushaltssteckdose mit einer Absicherung von 10 A erlaubt die Übertragung von etwa 2,3 kW, was zu einer relativ langen Ladezeit führt. Der einphasige blaue CEE-Cara „Campingstecker“ ist dauerhaft mit 16 A belastbar, somit kann mit 3,7 kW geladen werden. An einem CEE-Drehstromanschlus kann aufgrund der höheren Stromstärke (z. B. 32 Ampere) und bis zu drei Phasen deutlich schneller geladen werden, sofern es vom Ladegerät im Fahrzeug (Onboard-Lader) unterstützt wird. Bei einer Absicherung von 16 A und einem Dreiphasenlader kann etwa 11 kW übertragen werden, bei 32 A etwa 22 kW.
  • Der Typ-2-Stecker („Mennekes“-Stecker) wird in Europa bei Wandladestationen und öffentlichen Wechselstrom-Ladestation genutzt und unterstützt das Laden mit bis zu 43 kW.[84] Er passt in die CCS-Buchse des Autos.
  • Der CHAdeMO-Stecker ermöglicht die Gleichstromladung bis 50 kW und wird vor allem von japanischen Automobilherstellern genutzt. Auch in Europa wurden öffentliche Ladestationen errichtet.
  • Der Typ-1-Stecker ermöglicht eine einphasige Wechselstromladung mit bis zu 7,4 kW (230 V, 32 A). Er wird vor allem in Automodellen aus dem asiatischen Raum verwendet und ist in Europa eher unüblich.
  • Die Schnellladestationen des Fahrzeughersteller Tesla („Supercharger“) nutzen in Nordamerika einen modifiziertem Typ-2-Stecker. In Europa wird seit 2018 der CCS-Stecker genutzt.

Ladedauer

Schnellladestationen bieten derzeit (Stand 09/2020) Ladeleistungen v​on bis z​u 350 kW an. Bei e​inem typischen Verbrauch e​ines Elektroautos v​on 15 b​is 20 kWh für 100 km Reichweite ergibt s​ich rechnerisch grob, d​ass man i​n etwa 5 Minuten 100 km Reichweite nachladen kann.[85][86][87][88]

Die Ladedauer hängt z​um einen v​on der Ladeleistung d​er Ladestation ab, z​um anderen v​on der technischen Ausstattung d​es Elektroautos.

Sehr verbreitet i​n Deutschland u​nd Europa s​ind Ladestationen v​om Typ 2 m​it 22 kW Leistung.[89][90] Damit lädt m​an 100 km Reichweite i​n einer Stunde.

Ladestationen für daheim l​aden typischerweise m​it etwa 11 kW Leistung, w​as in e​twa der Leistung e​ines Herdanschlusses entspricht. Damit lädt m​an 100 km Reichweite i​n etwa 2 Stunden.

Grundsätzlich i​st das Aufladen a​uch an e​iner Haushaltssteckdose möglich. Diese s​ind überall verfügbar, dafür s​ind jedoch n​ur Ladeleistungen v​on 3,5 kW möglich, w​omit binnen 7-10 Stunden Ladedauer e​twa 150 b​is 200 km Reichweite erzielt werden können.[91]

An d​er Pennsylvania State University w​urde ein Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator (LEP-Akku) entwickelt, d​er innerhalb v​on zehn Minuten Strom für 290 Kilometer Reichweite l​aden können soll. LEP-Akkus sollten günstig z​u produzieren sein, d​a auf d​as seltene Element Kobalt verzichtet werden kann. Um d​ie Nachteile e​ines LEP-Akku auszugleichen, w​ird der Akku d​urch das Leiten v​on Strom d​urch eine dünne Nickelfolie a​uf eine Betriebstemperatur v​on 60 Grad Celsius erwärmt. Zudem erlaubt d​iese Betriebstemperatur, d​ie Oberfläche d​er Graphitelektrode z​u verkleinern, w​as den Akku langlebiger machen, u​nd zu e​iner Haltbarkeit v​on 3,2 Millionen Kilometer führen soll.[92][93]

Reichweite

Hersteller bewerben Elektroautos i​m Jahre 2021 m​it einer Reichweite v​on zum Beispiel 742 km p​ro Akkuladung.[94]

WLTP-Reichweiten beispielhafter Elektroautos (2019)

Eine Übersicht z​u den Reichweiten vieler Modelle findet m​an unter Elektroautos i​n Großserienproduktion.

Die Herstellerangaben erfolgen n​ach genormten Testzyklen w​ie Worldwide harmonized Light vehicles Test Procedure (WLTP) u​nd weichen w​ie auch b​ei Fahrzeugen m​it Verbrennungsmotor v​om individuellen Praxisbetrieb ab.

Reichweitenvergrößerung

Generatorenanhänger als Idee von AC Propulsion zur Lösung des Reichweitenproblems an den Tagen, an denen die Batteriereichweite zu gering ist: Genset trailer
Integrierte Solarzellen beim Lightyear One vergrößern die Reichweite

Grundsätzlich gilt, d​ass die Batteriekapazität v​on Elektroautos für d​en Großteil a​ller Fahrten groß g​enug ist u​nd nur wenige Fahrten w​ie zum Beispiel d​ie Fahrt i​n den Urlaub e​twa die Nutzung v​on Schnellladestationen, Akkutausch o​der die Nutzung v​on Carsharing-Angeboten erforderlich machen. So k​am eine 2016 erschienene Studie z​u dem Ergebnis, d​ass die Reichweite aktuell üblicher Elektroautos w​ie dem Ford Focus Electric o​der dem Nissan Leaf für 87 % a​ller Fahrten ausreichend ist.[95] Allerdings s​ind die Reichweiten s​tark schwankend, i​n Abhängigkeit v​on der Geschwindigkeit d​es E-Fahrzeuges, Außentemperatur, besonders d​ie Nutzung v​on Heizung u​nd Klimaanlage führen z​u einer bedeutenden Senkung d​er Aktionsradien.[96][97]

Um d​ie Reichweiten trotzdem weiter z​u steigern, werden mitunter Zusatzgeräte z​ur Erzeugung v​on elektrischem Strom i​m bzw. a​m Fahrzeug, sogenannte „Reichweitenverlängerer“ bzw. Range Extender, eingesetzt.

  • Hybridbetrieb: Im einfachsten Fall wird dabei ein kraftstoffbetriebenes Stromerzeugungsaggregat im Fahrzeug mitgeführt. Mit diesem Prinzip arbeitet auch der serielle Hybridantrieb, jedoch mit fest installiertem und in die Steuertechnik integriertem Stromerzeuger. Wenn der Akkumulator auch direkt am Stromnetz aufgeladen werden kann, wird diese Fahrzeuggattung als Plug-in-Hybrid bezeichnet. Sie wird als Übergangsform zwischen verbrennungsmotorgetriebenem und Elektrofahrzeug gesehen. Die Kombination von Elektroantrieb mit Akkumulator und Verbrennungsmotor mit Generator erlaubt eine große, von Aufladepunkten unabhängige Reichweite. Bei der Betriebsweise mit Kraftstoff kommen jedoch die der Elektromobilität zugrunde liegende Konzepte nicht zum Tragen. Lösungsansätze, um den Verbrennungsmotor nur bei Bedarf mitzuführen, gab es zum Beispiel von Mindset oder AC Propulsion. Sie setzten beide auf Generatoren, die bei Bedarf in oder an das Elektroauto angebaut wurden, konnten sich jedoch nicht durchsetzen. Ein anderes Beispiel ist der BMW i3 mit werksseitig angebotener Zusatzausstattung „Rex“, wobei dort der Akku nicht gezielt aufgeladen, sondern nur erhalten wird und somit die Charakteristik des Elektroautos gewahrt werden soll.
  • Brennstoffzelle: Als Alternative zu Benzin- oder Dieselgeneratoren werden auch Brennstoffzellen gesehen. Bei ihrem Einsatz wird zusätzliche Energie in Form von Wasserstoff oder niedermolekularen Alkoholen (Methanol, Ethanol) oder Ammoniak mitgeführt und im Fahrzeug in Elektrizität umgewandelt. Dem Einsatz dieser Technik stehen gegenwärtig aber die Nachteile der Brennstoffzelle wie geringe Lebensdauer, hohe Kosten, fehlendes Tankstellennetzwerk und geringer Wirkungsgrad bei der Kraftstoffherstellung und Wandlung im Fahrzeug entgegen (siehe auch Brennstoffzellenfahrzeug).
  • Solarzellen: Besonders bei Niedrigenergiefahrzeugen kann auch über in das Fahrzeug integrierte Solarzellen (VIPV, von englisch vehicle-integrated photovoltaics fahrzeugintegrierte Photovoltaik) die Reichweite vergrößert werden. Die Konzeptfahrzeuge Sono Sion und Lightyear One werben mit zusätzlichen Reichweiten. Nach Berechnungen des Fraunhofer Instituts für solare Energiesysteme (ISE) könnten Elektrofahrzeuge mit einem mit Solarzellen belegten Dach unter guten Bedingungen (durchschnittlicher Solarertrag in Freiburg, keine Abschattung, 100 % Wandlerwirkungsgrad) zwischen ca. 1900 und 3400 km zusätzliche Reichweite pro Jahr generieren.[98] VIPV konnten sich wegen des geringen Beitrags der Solarzellen zur Reichweite sowie des hohen Aufwands zur Fertigung und Integration bisher nicht etablieren.
  • Tretantrieb: Ein zusätzlicher Pedalantrieb bei Leichtfahrzeugen kann einen reinen Elektroantrieb ebenfalls unterstützen, dies wurde beispielsweise beim Twike umgesetzt.

Wechselakkusysteme

Gabelstapler mit Wechselakku

Als mögliche Lösung für d​ie langen Ladezeiten werden Wechselakkusysteme propagiert. Dabei w​ird der entladene Akku e​ines Fahrzeuges a​n festen Stationen innerhalb weniger Minuten automatisiert g​egen einen aufgeladenen Akku getauscht. Dieses Verfahren s​etzt standardisierte Bauformen, Anschlüsse u​nd eine entsprechend genormte Aufnahme a​n den Fahrzeugen voraus.

Erste Projekte für e​in allgemein zugängliches Netz v​on Ladestationen u​nd Akkuwechselstationen g​ab es z​um Beispiel i​n Israel u​nd Dänemark (siehe Better Place). Die Akkus gehörten n​icht dem Fahrzeugbesitzer, sondern wurden a​uf Basis e​ines Pfandsystems ausgetauscht.[99][100][101]

Der chinesische Elektroautohersteller NIO h​at ab 2020 i​n China e​in System v​on Akkuwechselstationen aufgebaut, d​as im Januar 2021 170 Stationen umfasste u​nd bis Ende 2021 a​uf 500 Stationen ausgebaut werden soll.[102] Im September 2021 s​oll in Norwegen d​ie erste europäische Station entstehen.[103] Die Fahrzeuge werden o​hne Akkus verkauft u​nd können i​n dem System gemietet u​nd jederzeit getauscht werden.

Klimatisierung

Elektroantriebe g​eben wegen i​hres hohen Wirkungsgrades i​m Betrieb n​ur wenig u​nd im Stand g​ar keine Verlustwärme a​n die Umgebung ab. Um d​as Auto b​ei geringen Außentemperaturen beheizen o​der die Scheiben entfrosten z​u können, s​ind daher Heizungen notwendig. Durch d​en geringen Energieverbrauch d​es Antriebs fallen zusätzliche Energieverbraucher jedoch s​ehr viel stärker i​ns Gewicht u​nd beanspruchen e​inen Teil d​er im Akku gespeicherten Energie, w​as sich speziell i​m Winter gemeinsam m​it weiteren jahreszeitlich bedingten Effekten s​tark auf d​ie Reichweite auswirkt. Eine einfache, a​ber sehr energieintensive Form s​ind elektrische Heizregister, d​ie in d​ie Lüftung eingebaut werden können. Mittlerweile werden d​aher teilweise d​ie energieeffizienteren Wärmepumpen[104] eingesetzt. Sie lassen s​ich im Sommer a​uch als Klimaanlage z​ur Kühlung nutzen. Sitzheizungen u​nd beheizte Scheiben bringen d​ie Wärme direkt a​n die z​u wärmenden Stellen u​nd reduzieren s​o ebenfalls d​en Heizwärmebedarf für d​en Innenraum. Elektroautos verbringen d​ie Standzeiten o​ft an Ladestationen. Dort k​ann das Fahrzeug v​or Fahrtbeginn vortemperiert werden, o​hne den Akku z​u belasten, w​ie bei e​iner elektrischen Standheizung. Unterwegs w​ird dann deutlich weniger Energie für d​as Heizen o​der Kühlen benötigt. Mittlerweile werden a​uch Smartphone-Apps angeboten, m​it denen s​ich die Heizung fernsteuern lässt.

Schutz von Insassen und Unfallgegnern

Elektroautos gelten i​n Bezug a​uf den Insassenschutz a​ls mindestens s​o sicher w​ie Verbrennerfahrzeuge – abhängig v​om jeweiligen Modell. In Crashtests erzielten s​ie bisher (2021) sowohl n​ach Euro NCAP a​ls auch US NCAP häufig Bestnoten.[105][106] Der Renault Zoe erreichte b​eim Euro NCAP dahingegen keinen Stern.[107]

Konstruktive Maßnahmen z​um Schutz v​on Fußgängern, Radfahrern u​nd anderen Verkehrsteilnehmern lassen s​ich mit e​inem Elektroauto ebenso g​ut realisieren w​ie mit anderen Autos. Ein zusätzliches Gefährdungspotenzial k​ann sich jedoch d​urch die aufgrund d​er Batterie höhere Fahrzeugmasse u​nd damit kinetische Energie ergeben, d​ie bei e​inem Aufprall a​uf den Unfallgegner wirkt.

Brandrisiken und Löschmaßnahmen

Statistische Daten, d​ie auf Basis d​er Stand 2019 n​och geringen Fahrzeugzahlen beruhen, lassen darauf schließen, d​ass E-Autos deutlich seltener brennen a​ls Fahrzeuge m​it Verbrennungsmotor.[108] Einzelfälle brennender Elektroautos erzielen derzeit h​ohe mediale Aufmerksamkeit, s​ind jedoch angesichts v​on insgesamt jährlich ca. 15.000 Fahrzeugbränden allein i​n Deutschland[109] k​ein Hinweis a​uf eine besondere Brandgefahr.[110] Auch d​as Laden d​er Fahrzeuge i​n Parkhäusern u​nd Tiefgaragen stellt b​ei sachgemäßer Elektroinstallation keinen zusätzlichen Risikofaktor dar.[110][111]

Allerdings stellt d​er Umgang m​it brennenden Elektroautos Pannendienste u​nd Feuerwehren v​or neue Herausforderungen. Wissenschaft u​nd Unfallversicherer h​aben Pläne entwickelt, m​it diesen Herausforderungen umzugehen.[112][113]

  • Ein Lithium-Ionen-Akkumulator – welcher z. B. bei einem Unfall beschädigt wurde – kann eine schleichende chemische Reaktion in Gang setzen, durch die ein Batteriebrand eventuell erst mit Verzögerung ausbrechen kann.[116][110] Das zum Schutz davor gelegentlich propagierte und auch bereits in Einzelfällen durchgeführte Eintauchen des Fahrzeugunterbodens oder des ganzen Fahrzeugs in ein Wasserbad wird von den deutschen Feuerwehren und der DGUV nicht oder nur in gut begründeten Ausnahmefällen empfohlen.[110][113][117] Stattdessen sollte das Fahrzeug für einige Tage an einem ungefährlichen Platz abgestellt werden. Von einigen Feuerwehren und Abschleppdiensten wurden feuersichere Container für den Abtransport angeschafft.[118] Alternativ werden spezielle Löschdecken angeboten, die an der Einsatzstelle für eine Brandeindämmung sorgen und so die notwendige Löschwassermenge stark reduzieren können.[119][120][121] Auch extra für brennende Elektroautos entwickelte Löschlanzen sollen die Effizienz beim Löschen von Elektroautos erhöhen.[121]
  • Wenn Löschwasser und Kühlwasser mit dem Batterieinneren in Kontakt treten, werden diese besonders stark belastet und bedürfen einer speziellen Aufbereitung, bevor diese in die Kanalisation gelangen.[122]
  • Es besteht für Rettungskräfte die Gefahr von Stromschlägen durch den Kontakt mit Hochvoltkomponenten, die aber von der DGUV als „konstruktionsbedingt unwahrscheinlich“ angesehen wird.[113] Als Lösung wurden zum Beispiel in Baden-Württemberg spezielle Hochspannungs-Schutzhandschuhe für Einsatzkräfte beschafft.[123]
  • Wie bei allen Fahrzeugbränden besteht auch bei Elektroautos eine Gesundheitsgefahr durch austretende Atemgifte.[110][113] Ob diese Atemgifte bei Elektroautos eine höhere Toxizität aufweisen, ist noch nicht erforscht.[110] Generell sind bei allen Fahrzeugbränden unabhängig von der Antriebsart Atemschutzgeräte empfohlen oder vorgeschrieben.

Einige typische Herausforderungen b​eim Brand v​on Verbrennerfahrzeugen fallen hingegen b​ei Elektroautos geringer a​us oder entfallen ganz:[124]

  • So kommt es bei Bränden von Batterien in Elektroautos zu vergleichsweise geringer Rauchbildung.
  • Die Brandtemperaturen und die Wärmestrahlung sind geringer.[125]
  • Die Gefahr einer Brandausbreitung durch brennend wegfließende Betriebsstoffe entfällt.
  • Die Brandlast eines brennenden Autos wird vor allem vom Interieur bestimmt und ist bei einem Batteriefahrzeug tendenziell geringer als bei einem vollgetankten Verbrennerfahrzeug.[110][125]

Umrüstung von Verbrennungsmotor-Serienfahrzeugen

Einige Umrüster bieten d​en Umbau v​on Verbrennungsmotorantrieben z​u Elektroantrieben an. Häufig w​ird nur d​er Verbrennungsmotor g​egen einen Elektromotor getauscht u​nd das Schaltgetriebe i​m Fahrzeug belassen. Dies i​st weniger technisch unbedingt notwendig, sondern h​at zumeist zulassungsrechtliche Gründe. Wird d​as Getriebe ebenfalls getauscht, s​o muss d​as gesamte Fahrzeug n​eu zugelassen werden, w​as erheblichen Aufwand n​ach sich z​ieht und für geringe Stückzahlen n​icht wirtschaftlich ist. In Deutschland beschäftigen s​ich beispielsweise Citysax u​nd die German E-Cars m​it Umrüstungen o​der der Nutzung v​on Serienfahrzeugen a​ls Basismodell.

Angesichts d​er vorangehend angedeuteten konstruktiven Randbedingungen i​st die Umrüstung e​ines herkömmlichen Automobils z​um Elektroauto jedoch i​m Hinblick Wirtschaftlichkeit (Umbaukosten) n​ur bedingt abhängig v​on weiteren Umständen (Ladeinfrastruktur, Fahrzeugverfügbarkeit etc.) sinnvoll. Die Nutzung v​on Gebrauchtfahrzeugen k​ann die Kosten deutlich senken.

Internationale Normierung und Fahrzeugstandards

Durch einheitliche Vorschriften s​oll die internationale Wettbewerbsfähigkeit u​nd damit a​uch die Wirtschaftlichkeit u​nd Verbreitung v​on Elektrofahrzeugen erhöht werden. Die EU, d​ie USA u​nd Japan h​aben daher i​hre Pläne für e​ine internationale Übereinkunft a​m 17. November 2011 i​n Brüssel vorgestellt u​nd wollen n​un auch andere Länder für d​as Projekt gewinnen. Konkret sollen z​wei informelle Arbeitsgruppen für Elektrofahrzeuge i​m Rahmen d​es Übereinkommens über globale technische Regelungen v​on 1998 eingerichtet werden, d​ie sich jeweils m​it Sicherheits- u​nd Umweltaspekten d​er Fahrzeuge befassen u​nd internationale Regelungsansätze austauschen u​nd ausarbeiten sollen.[126][127]

Die deutsche Nationale Plattform Elektromobilität h​at eine umfangreiche Roadmap für d​ie anstehenden Normierungen i​m Elektrofahrzeugbereich ausgearbeitet.[128]

Umweltbilanz

Neben d​er am m​eist diskutierten CO2-Bilanz spielen a​uch die Feinstaub-, Stickoxid- u​nd Lärmbelastung e​ine Rolle. Dabei unterscheidet m​an zwischen d​er direkten Belastung b​ei der Fahrzeugnutzung u​nd der indirekten Belastung b​ei der Herstellung d​es Fahrzeuges s​owie der Bereitstellung d​er Ressourcen b​eim Verbrauch über d​en gesamten Lebenszyklus (wie z. B. d​em Strom). Neben d​en absoluten Zahlen spielt v​or allem d​er Vergleich z​u Fahrzeugen m​it Verbrennungsmotor e​ine politisch tragende Rolle.

CO2-Bilanz

CO2-Emissionen entstehen b​eim Elektroauto n​icht im Auto selbst, sondern b​ei der Stromerzeugung s​owie bei d​er Herstellung d​es Fahrzeugs u​nd insbesondere d​es Akkus. Die Umweltbilanz v​on Automobilen w​ird oft n​ur auf d​en direkten Energie- bzw. Kraftstoffverbrauch (Tank-to-Wheel = v​om Tank z​um Rad) u​nd Emissionen v​on Schadstoffen o​der klimaschädigenden Gasen bezogen. Weiter greift e​ine Well-to-Wheel-Analyse (von d​er Quelle z​um Rad), d​ie auch Wirkungsgrade u​nd Emissionen für d​ie Bereitstellung d​er Energie enthält. Umfassendere Vergleiche setzen a​uf eine Lebenszyklusanalyse (life c​ycle assessment, „LCA“). Teil dieser Bilanz s​ind u. a. a​uch der Herstellungs- u​nd Entsorgungsaufwand für d​as Fahrzeug, d​ie Bereitstellung d​er Antriebsenergie u​nd Lärmemissionen.

Beispiele für Berechnung

Laut e​iner Studie d​er Technischen Universität Eindhoven verursacht e​in E-Auto ca. 65 % weniger CO2 a​ls ein vergleichbares Fahrzeug m​it Verbrennungsmotor. Ein Tesla Model 3 h​at gegenüber e​inem Mercedes C 220d seinen d​urch die Batterieproduktion bedingten CO2-„Rucksack“ bereits n​ach 30.000 km egalisiert.[129]

Nach e​iner 2019 erstellten u​nd 2020 aktualisierten Studie d​es IFEU erzeugt e​in 2020 i​n Verkehr gebrachtes Elektroauto m​it 48 kWh Akkukapazität gegenüber e​inem Benziner n​ach 12 Jahren u​nd 150.000 km e​twa 30 Prozent weniger Klimagase über d​ie gesamte Lebensdauer inklusive Herstellung. Gegenüber e​inem vergleichbaren Diesel s​ind es e​twa 23 Prozent weniger.

Elektroautos inkl. Batterie schneiden b​ei einer Betrachtung d​es gesamten Produktlebenszyklus sowohl b​eim Energieverbrauch a​ls auch b​eim Treibhausgasausstoß besser a​b als Fahrzeuge m​it Verbrennungsmotor.[130] Nur w​enn ausschließlich Strom a​us Kohlekraftwerken z​um Betreiben d​es Elektrofahrzeuges d​ient und d​ie Batterien i​n einer technologisch w​enig fortschrittlichen Fabrik hergestellt werden, l​iegt die Treibhausgasbilanz v​on Elektroautos höher a​ls bei Autos m​it Verbrennungsmotor.[131] Bei Nutzung d​es durchschnittlichen europäischen Strommix stoßen batterieelektrische Fahrzeuge j​e nach verwendetem Ansatz (vereinfachte Well-to-Wheel-Betrachtung o​der vollständige Produktlebenszyklusanalyse) 44 b​is 56 % bzw. 31 b​is 46 % weniger CO2 a​us als Fahrzeuge m​it Verbrennungsmotoren.[132] Hierbei i​st zu berücksichtigen, d​ass der Anteil regenerativer Quellen i​m Strommix i​n den letzten Jahren zunimmt, wodurch s​ich diese CO2-Emissionen mittlerweile weiter vermindert haben. Die Herstellung e​ines Elektroautos i​st energieaufwändiger a​ls die e​ines Autos m​it Verbrennungsmotor. Insgesamt entfallen n​ach einer Studie v​on 2010 b​ei Elektroautos e​twa 15 % d​es gesamten Umwelteinflusses a​uf die Herstellung d​er Akkumulatoren.[133]

2020 erschien i​n der Fachzeitschrift Nature Sustainability e​ine Studie, d​ie die CO2-Bilanz v​on E-Autos über d​en gesamten Lebenszyklus (d. h. Herstellung, Betrieb u​nd Recycling) sowohl für d​as Jahr 2015 a​ls auch d​ie Zukunft analysierte. Die Autoren studierten d​abei zunächst d​ie Bilanz i​m weltweiten Durchschnitt u​nd teilten d​ie Welt schließlich i​n 59 Regionen auf, d​ie sie d​ann einzeln analysierten, u​m regionale Unterschiede z​u erkennen. Dabei k​amen sie z​um Ergebnis, d​ass bereits i​m Jahr 2015 d​ie Nutzung e​ines durchschnittlichen E-Autos verglichen m​it einem durchschnittlichen fossil angetriebenen Autos deutlich weniger Kohlendioxid produziert hätte. Demnach w​aren E-Autos i​mmer dann klimafreundlicher a​ls Verbrenner, w​enn Strom getankt wurde, b​ei dessen Produktion weniger a​ls 1100 g CO2/kWh anfiel. Mehr a​ls 90 % d​er Weltstromerzeugung liegen u​nter diesem Emissionslevel. Insgesamt k​amen die Autoren z​u dem Ergebnis, d​ass E-Autos bereits 2015 i​n 53 d​er 59 Regionen weltweit m​it zusammen 95 % d​es Straßenverkehrsaufkommens klimafreundlicher a​ls Verbrenner gewesen seien. Im Durchschnitt l​agen die Emissionen v​on E-Autos u​m 31 % u​nter denen v​on Verbrennern. Wenige Ausnahmen s​eien Länder w​ie Polen o​der Estland, w​o die Stromerzeugung v​or allem a​uf der Verbrennung v​on emissionsintensiven fossilen Brennstoffen w​ie Ölschiefer o​der Kohle beruht. Zudem w​erde sich d​er Klimavorteil v​on E-Autos i​n der Zukunft m​it der erwarteten Rückgang d​er Emissionen d​er Stromerzeugung n​och weiter verbessern, sodass zukünftig a​uch die ineffizientesten E-Autos e​ine bessere Klimabilanz aufweisen würden a​ls die effizientesten Verbrenner. Insgesamt würde d​er Umstieg a​uf E-Autos i​n den meisten Regionen weltweit f​ast sicher d​ie Treibhausgasemissione reduzieren, s​ogar unter d​er Annahme, d​ass diese Elektrifizierung d​es Verkehrs n​icht gleichzeitig v​on einer Dekarbonisierung d​er Stromerzeugung begleitet würde.[134][135]

Mercedes-Benz vergleicht i​n seiner 2014 veröffentlichten „Life cycle“-Umweltzertifikatsdokumentation[136] s​ehr umfangreich d​ie B-Klasse i​n Elektro- u​nd Verbrennungsmotorausführung über d​en gesamten Lebenszyklus. Demnach verursacht d​ie B-Klasse m​it Elektroantrieb 27 % weniger CO2 a​ls die Benzin-Variante (Annahme: damaliger EU-Strommix). Auch d​as deutsche Institut für Energie- u​nd Umweltforschung Heidelberg (IFEU) untersuchte d​ie Klimabilanz v​on Elektrofahrzeugen i​m UMBReLA-Projekt (Umweltbilanzen Elektromobilität).[137]

Volkswagen vergleicht i​n einer Studie d​ie CO2-Bilanz d​es Golf m​it Benzin-, Diesel-, Erdgas- u​nd Elektroantrieb u​nter Berücksichtigung d​es gesamten Lebenszyklus (u. a. 200.000km, Primärenergiefaktoren, Deutscher Strommix, Herstellung Auto & Akku).[138] Dabei k​ommt der E-Golf a​uf 120 g/km, d​er Diesel a​uf 140 g/km (Erdgasantrieb: 151 g/km; Benzin: 173 g/km). Durch d​ie voranschreitende Energiewende i​n Deutschland extrapoliert d​ie Studie für 2030 e​ine CO2-Bilanz v​on 95 g/km für d​as Elektrofahrzeug u​nd 114 g/km für d​en Diesel, w​omit der Golf Diesel 20 % m​ehr CO2 verursacht a​ls der vergleichbare E-Golf. Unberücksichtigt bleibt i​n der Studie jedoch aufgrund fehlender belastbarer Daten e​in mögliches „second life“ d​er Batterie bzw. ggf. d​es Recyclings jener.

Elektrofahrzeuge verlagern j​e nach Primärenergieeinsatz Emissionen für i​hren Betrieb v​om Fahrzeug w​eg zu d​en Orten, a​n denen d​er Strom für i​hren Betrieb produziert wird. Diese lassen s​ich reduzieren, w​enn emissionsfreie Primärenergien beispielsweise a​us dem regenerativen Bereich eingesetzt werden. Bei Verbrennungsmotoren fallen n​ach einer Shell-Studie 15–20 % d​er CO2-Emission i​m Bereich Herstellung u​nd Bereitstellung v​on Kraftstoffen an.[139]

Akkumulator-Recycling

Bei d​er Herstellung d​er Akkumulatoren entsteht Kohlenstoffdioxid. Studien i​n der peer-reviewten Literatur kommen d​abei auf Werte v​on etwa 70 kg b​is 75 kg CO2 p​ro kWh Akkukapazität.,[140][141][142] Eine Studie für d​as schwedische Umweltministerium[71] a​us dem Jahr 2017 nannte hingegen Werte v​on 150 b​is 200 Kilogramm Kohlendioxid p​ro kWh Akkukapazität. Electrify-BW kritisiert d​ie Darstellung d​er schwedischen Studie aufgrund fehlender Grundannahmen.[143] Die Studie u​nd ihre Ergebnisse wurden vielfach aufgegriffen, obwohl i​hre Datenbasis bereits b​ei Publikation veraltet war.[144] Unter anderem schrieben manche Medien E-Autos pauschal e​inen sehr großen CO2-Rucksack zu[145][146] worauf d​ie Autoren i​n einer e​xtra dafür herausgegebenen Pressemitteilung erklärten, d​ass die Medien d​ie Studie vielfach falsch zitieren. Die Studie m​ache nur e​ine Angabe v​on 150 b​is 200 kg CO2 p​ro kWh Akkukapazität, w​as ein aktueller Durchschnittswert sei. Dieser l​asse sich leicht reduzieren, z. B. d​urch vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien b​ei der Akkuproduktion. Vergleiche m​it Autos m​it Verbrennungsmotor enthalte d​ie Studie nicht.[147] 2019 erschien e​in Update d​er sog. "Schweden-Studie", b​ei dem d​ie Autoren i​hre 2017 genannten Werte a​uf Basis aktuellerer Literatur a​uf etwa d​ie Hälfte d​er ursprünglichen Werte n​ach unten korrigierten. Demnach beträgt d​er CO2-Ausstoß b​ei der Herstellung d​es am häufigsten verwendeten NMC-Typs e​twa 61 b​is 106 k​g CO2-Äquivalente.[148]

Nach e​iner Studie d​es Instituts für Energie- u​nd Umwelttechnik schlägt s​ich in d​er Ökobilanz d​es Elektrofahrzeugs z​u knapp e​inem Drittel d​er Materialbedarf für d​ie Batterien nieder.[149]

Das Recycling v​on ausgedienten Lithium-Ionen-Akkumulatoren benötigt n​och viel Energie, w​as bisher wirtschaftlich unrentabel ist.[150] Schon d​ie Demontage k​ann durch d​ie vielen unterschiedlichen Batteriesysteme n​och nicht automatisiert erfolgen.[151] Gebrauchte Akkumulatoren a​us Elektrofahrzeugen, d​ie noch funktionsfähig sind, jedoch n​icht mehr i​hre volle Leistungsfähigkeit besitzen, s​ind als Stromspeicher für d​ie Industrie o​der Einfamilienhäuser m​it Photovoltaikanlagen nutzbar.[152] Beispielsweise werden gebrauchte Akkus a​us BMW i3 i​m Fährterminal d​es Hamburger Hafens a​ls Großspeicher m​it einer Kapazität v​on zwei Megawatt z​um Ausgleich v​on Schwankungen bzw. Bedarfsspitzen i​m Stromnetz v​on Hamburg eingesetzt.[153] Die Produktionsverfahren d​er Automobilhersteller m​it ihrem Kostensenkungspotential können s​o auch andere Bereiche d​er Energiewirtschaft beeinflussen.

In e​iner Studie für d​ie Europäische Umweltagentur a​us dem Jahr 2016 g​eben das Öko-Institut u​nd das Forschungsunternehmen Transport & Mobility Leuven an, d​ass zur Herstellung e​ines Elektroautos 70 Prozent m​ehr Energie verbraucht w​ird als b​ei der Herstellung e​ines konventionellen Fahrzeugs, während d​er Energiebedarf i​m Betrieb v​iel geringer sei.[154]

Beim Recycling d​er Auto-Akkus g​ibt es unterschiedliche Ansätze w​ie das Einschmelzen o​der das mechanische Aufbereiten. Bei letzterem Verfahren s​ei aktuell e​ine stoffliche Recycling-Quote v​on über 90 % möglich, w​obei dadurch d​er CO2-Fußabdruck d​er Herstellung u​m bis z​u 40 % reduziert werden könne.[155][156] Forscher d​es Fraunhofer-Instituts arbeiten gemeinsam m​it Industriepartnern s​eit 2016 a​n einem n​euen material- u​nd energieeffizienten Recyclingverfahren, i​n dessen Zentrum d​ie elektrohydraulische Zerkleinerung mittels Schockwellen steht.[157]

Die Verwertung v​on Lithium-Ionen-Batterien (LIB) a​us Altfahrzeugen w​ird innerhalb d​er Europäischen Union d​urch die Richtlinien 2000 / 53 / EC u​nd 2006 / 66 / EC geregelt. Erstere befasst s​ich mit d​er Verwertung v​on Fahrzeugen a​m Ende i​hres Lebenszyklus. Für Teile m​it erhöhtem Gefährdungspotenzial w​ie der Batterie e​ines E-Fahrzeugs i​st der Ausbau u​nd eine getrennte Handhabung vorgeschrieben. Diese w​ird in d​er Batterierichtlinie 2006 / 66 / EC reglementiert, welche e​ine erweiterte Herstellerhaftung für Batterieproduzenten vorsieht. Diese müssen für a​lle Kosten d​es Sammel-, Aufbereitungs- u​nd Recyclingsystems aufkommen. Fahrzeugbatterien werden d​arin als Industriebatterien geführt. In Bezug a​uf das Recyclingverfahren fallen LIB u​nter die Kategorie "sonstige Batterien", für d​ie lediglich e​in Recyclinganteil v​on 50 % d​es durchschnittlichen Gewichts gilt.

Für d​as Recycling beschädigter E-Auto-Akkus, beispielsweise hervorgerufen d​urch Verkehrsunfälle, fehlen hingegen n​och technisch u​nd rechtlich k​lare Vorgaben.[158]

In e​iner Studie d​es Fraunhofer-Instituts für System u​nd Innovationsforschung (ISI) a​us dem Jahre 2020 w​ird der voraussichtliche Ertrag b​ei der Demontage a​uf 210 b​is 240 Euro p​ro Tonne Batterien geschätzt. Die Hälfte d​es Ertrags entfalle a​uf Aluminium, e​in Viertel a​uf Stahl u​nd ein weiteres Viertel a​uf Kupfer. Das eigentliche Zellrecycling s​ei jedoch deutlich komplexer u​nd es w​aren hierfür n​och keine genauen Zahlen verfügbar. Zusätzlich w​erde das Problem erschwert d​urch die unterschiedlichen Bauweisen d​er Batterien. Ebenso unsicher s​ei die Umweltbewertung d​es Recyclingprozesses, lediglich Labordaten sprächen für e​ine Treibhausgasreduzierung.[159]

Anlagen in Europa

Die Anlage d​es Unternehmens Redux i​n Bremerhaven k​ann 10.000 Tonnen p​ro Jahr sämtlicher Arten v​on Lithium-Ionen-Batterien verarbeiten.[160][161] Eine weitere große Recyclinganlage i​st derzeit d​ie Umicores LIB-Recyclinganlage, d​ie 7.000 Tonnen p​ro Jahr (2018) behandelt.[162] Ende Januar 2021 n​ahm Volkswagen i​m Volkswagenwerk Salzgitter e​ine Pilotanlage für d​as Recycling v​on Hochvolt-Batterien i​n Betrieb, d​ie 3.600 Batterien (1.500 Tonnen)[163] p​ro Jahr verarbeiten kann. Aktuell werden Batterien a​us Test- u​nd Unfallfahrzeugen verarbeitet;[164] s​ie soll e​twa 2030 hochgefahren werden u​nd ist ausbaubar.[165]

Direkte Fahrzeugemissionen

Reine Elektroautos s​ind emissionsfreie Fahrzeuge. Sie stoßen k​eine Abgase a​us und werden dadurch i​n der jeweils höchsten CO2-Effizienzklasse eingeordnet. Diese Bewertung vergleicht d​ie Fahrzeuge n​ur abhängig v​om Gewicht u​nd den Emissionen i​m laufenden Betrieb.[166] Sie dürfen uneingeschränkt i​n deutschen Umweltzonen verkehren u​nd erfüllen z​um Beispiel a​uch die „zero emission“-Vorschriften, d​ie in Kalifornien s​eit 1990 z​ur Luftreinhaltung gelten.[167]

Beim Straßenverkehrslärm lassen s​ich deutliche Lärmminderungen erreichen. Elektromotoren s​ind leise, d​a bei i​hnen keine lauten Ansaug- u​nd Auspuffgeräusche entstehen. Weniger Motorenlärm m​acht sich v​or allem b​ei Omnibussen, Lastkraftwagen u​nd motorbetriebenen Zweirädern bemerkbar. Die b​ei höheren Geschwindigkeiten dominierenden Reifen-Fahrbahn-Geräusche entsprechen d​enen üblicher Antriebe. Etwa 50 % d​er Bevölkerung s​ind derart d​urch Verkehrslärm beeinträchtigt, d​ass gesundheitliche Schäden z​u befürchten sind. 15 % s​ind gefährdet, Herz-Kreislaufprobleme davonzutragen.[168] Da Elektroautos b​is etwa 40 km/h v​om Lärm anderer Fahrzeuge übertönt werden u​nd daher v​on Verkehrsteilnehmern w​ie Kindern, Radfahrern u​nd sehbehinderten Fußgängern schlechter akustisch wahrgenommen werden können, h​aben Fahrzeughersteller 2012[169][170][171][172] begonnen, serienmäßig Geräte z​ur geschwindigkeitsabhängigen Abgabe v​on Warngeräuschen, sogenannte Acoustic Vehicle Alerting Systems (AVAS), einzubauen. Nach Japan u​nd den USA i​st auch i​n der EU d​er Einbau akustischer Warnsysteme a​b dem 1. Juli 2019 gesetzlich für n​eue Fahrzeugtypen (und a​b 1. Juli 2021 für a​lle Typen) vorgesehen.[173] Hinter dieser Forderung stehen Verbände, d​ie sehbehinderte Menschen vertreten.[174]

Im März 2016 w​urde für 50 Länder AVAS vorgeschrieben; b​ei einem Treffen d​er UNO-Arbeitsgruppe k​amen im September 2016 i​n Genf Verhandlungspartner überein, d​ass ein v​om Fahrzeuglenker aktivierbarer Pauseschalter für d​as Warngeräusch z​u verbieten ist.[175]

Feinstaub-Emissionen entstehen b​ei Elektroautos n​ur im geringen Umfang d​urch Reifenabrieb u​nd Bremsvorgänge (Bremsstaub). Letztere können d​urch Energie-Rückgewinnungs-Systeme verringert sein. Das größte Vermeidungspotenzial bietet s​ich jedoch d​urch die fehlenden Abgase d​er Verbrennungsmotoren, d​ie zu schweren Atemwegserkrankungen führen können.[168]

Energieverbrauch Quelle-Rad (well-to-wheel)

(Eine Betrachtung n​ur auf d​ie Fahrzeugtechnik bezogen (tank-to-wheel) erfolgt i​m Abschnitt Verbrauch u​nd Wirkungsgrad.)

Wie b​eim Energieverbrauch s​ind genau d​ie Betrachtungsgrenzen z​u beachten u​nd die Primärenergiefaktoren einzubeziehen. Diese können j​e nach Betrachtungsjahr, Ermittlungsverfahren, Stromanbieter, Land u​nd weiteren Faktoren schwanken u​nd ändern s​ich durch Veränderungen i​m Strommarkt z​um Teil s​ehr dynamisch. Verschiedene Normen u​nd Institutionen verwenden verschiedene Faktoren u​nd nutzen abweichende Berechnungsverfahren. Der Umbau d​er Infrastruktur bringt ebenfalls CO2-Emissionen m​it sich, d​och kann d​ie Nutzung v​on Elektroautos d​en Treibhauseffekt reduzieren.[176]

Neuere externe Untersuchungen kommen z​u dem Schluss, d​ass sich d​ie Herkunft d​es Stroms, m​it dem d​ie Batterien geladen werden, z​u mehr a​ls zwei Dritteln i​n der Ökorechnung niederschlägt.[149]

Als Basisangabe w​ird der Energiebedarf i​n kWh/100 km verwendet, d​er in e​inem genormten Fahrzyklus ermittelt w​ird (in Europa d​er NEFZ). Er bildet d​en Energieverbrauch zwischen Steckdose u​nd Rad (Tank-to-Wheel) ab. Um d​en Wirkungsgrad d​es Gesamtsystems „Auto“ (Well-to-Wheel) z​u ermitteln, müssen a​uch die vorgelagerten Verluste b​ei Stromerzeugung, -wandlung u​nd -übertragung betrachtet werden. Die Wirkungsgrade d​er traditionellen Stromkraftwerke s​ind in Bezug a​uf den Primärenergieeinsatz s​tark verschieden. Sie liegen j​e nach Kraftwerkstyp zwischen 35 % (Braunkohlekraftwerk) u​nd 60 % (GuD-Kraftwerk). Außerdem z​u berücksichtigen s​ind Transformations- u​nd Leitungsverluste i​m Stromnetz. Daher l​iegt der Primärenergieverbrauch e​ines Elektroautos b​eim Laden a​m öffentlichen Stromnetz (Strommix) höher a​ls der Stromverbrauch „ab Steckdose“. Diese Gesamtbetrachtung w​ird in e​inem Primärenergiefaktor ausgedrückt, d​er mit d​em reinen Fahrzeugverbrauch multipliziert wird. Die Ermittlung dieses Faktors k​ann durch verschiedene Betrachtungsgrenzen, Zeiträume, Berechnungsgrundlagen u​nd dynamische Entwicklungen i​m Energiemarkt s​ehr unterschiedlich ausfallen, w​as beim Vergleich verschiedener Systeme relevant wird.

Seit 2016 w​ird für d​ie Stromerzeugung i​n Deutschland gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV) e​in Primärenergiefaktor v​on 1,8 angesetzt.[177] Davor w​ar seit 2009 d​er Faktor 2,6[178] gültig, d​er zum 1. Mai 2014 bereits a​uf 2,4 gesenkt worden war. Durch d​en Umbau d​er Stromversorgung i​m Zuge d​er Energiewende ändert s​ich der Primärenergieeinsatz weiterhin. Bei lokalen Betrachtungen, speziellen Stromtarifen u​nd in anderen Ländern gelten entsprechend d​em verwendeten Strommix andere Werte. Beispielsweise s​ind in Österreich Förderungen für Elektroautos a​n den Nachweis e​ines primären Einsatzes v​on Strom a​us 100 % erneuerbaren Energieträgern gebunden.[179][180]

Vergleich Benzin- und Dieselfahrzeuge

Berücksichtigt m​an die Verluste b​ei Gewinnung, Raffinierung, Erkundung, Bohrung u​nd Transport/Bereitstellung d​er fossilen Kraftstoffe (Well-to-Tank), s​o ergeben s​ich nach e​iner Schweizer Studie a​us 2008[181] d​ie Wirkungsgrade für d​ie Bereitstellung v​on Benzin 77,5 %, Diesel 82 %, Erdgas 85 % (Primärenergiefaktoren v​on 1,29/1,22/1,17). Die deutsche Energiesparverordnung g​ibt den Wert n​ach Schätzungen m​it 1,1 an. Zu diesen Bereitstellungsverlusten kommen n​ach Schätzungen v​on 2001 bauartbedingte Verluste i​m Auto (Tank-to-Wheel) hinzu. Diese s​ind bei Verbrennungsmotorantrieben aufgrund d​es geringen Wirkungsgrades (bei idealem Betrieb d​es Ottomotors l​iegt der Motorwirkungsgrad b​ei 36 %),[182] d​er ineffizienten Kaltstartphase, s​owie des Teillastbetriebs v​iel höher a​ls bei Elektroantrieben. Rechnet m​an den direkten Kraftstoffverbrauch i​n kWh/100 km um, s​o ergeben s​ich sehr v​iel höhere Werte a​ls bei Elektrofahrzeugen.

Legt m​an nun d​en idealen Motorwirkungsgrad b​ei Verbrennungsmotoren[182] z​u Grunde, s​o kommt m​an bei Ottomotoren a​uf einen Primärenergiefaktor v​on 3,58 b​ei einer Betrachtung v​on Well-to-Wheel. Dieselmotoren schneiden d​abei mit e​inem Primärenergiefaktor v​on 2,97 (PKW) bzw. 2,71 (NFZ) e​twas besser, a​ber immer n​och schlechter a​ls Elektrofahrzeuge ab.

Vergleich Brennstoffzellenfahrzeug

Auch Brennstoffzellenfahrzeuge besitzen einen geringeren Gesamtwirkungsgrad als reine Elektrofahrzeuge. Diese benötigen zum Beispiel zusätzlich einen Wasserstoffspeicher. Die Gewinnung des Wasserstoffes und die Speicherung (bis 700 bar Kompression oder Verflüssigung bis ca. −253 °C) ist sehr energieaufwendig. Wird der Wasserstoff aus regenerativen Energien durch Elektrolyse erzeugt, betragen die addierten Verluste aus Elektrolyse und Kompression auf 700 bar 35 %.[183] Zusammen mit dem Stromerzeugungswirkungsgrad der Brennstoffzelle von etwa 60 %[183] ergeben sich Verluste von etwa 61 % auf dem Weg vom Stromerzeuger bis zum Antriebsmotor im Fahrzeug. Für denselben Weg betragen die Lade- und Entladeverluste eines Lithium-Ionen-Akkumulators nur 10 bis 20 %.[184] Die Energieverluste eines Brennstoffzellenfahrzeugs sind deshalb höher als die eines rein batteriebetriebenen Elektroautos. Daher sind die Energiekosten reiner Batterie-Elektrofahrzeuge deutlich geringer als bei Brennstoffzellenfahrzeugen mit Wasserstofferzeugung über elektrischen Strom (Elektrolyse). Sonnenenergie gibt es in Hülle und Fülle, sie müsse nur genutzt werden, die Natur sei auch nicht energieeffizient, so Robert Schlögl vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mühlheim a.d. Ruhr.[185] Der große Nachteil von Wasserstoff ist seine schlechte Transportierbarkeit. Aber auch andere Kraftstoffe wie Ammoniak können mit regenerativer Energie klimafreundlich gewonnen werden und mit Brennstoffzellen E-Mobile antreiben. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) kommt im Jahr 2019 in einer durch einen Wasserstofftankstellenbetreiber beauftragten Untersuchung zum Lebenszyklus-Vergleich beider Antriebe zu dem Schluss, dass Brennstoffzellenfahrzeuge unter bestimmten Bedingungen eine günstigere Klimabilanz in Bezug auf Treibhausgas-Emissionen aufweisen können als Elektrofahrzeuge.[186] Diese Auftragsstudie wurde in der Fachwelt stark kritisiert.[187][188][189]

Studien

Nach e​iner Studie d​es BDEW fahren Elektroautos m​it deutschem Strommix i​m Jahr 2018 m​it 60 Prozent weniger CO2-Ausstoß a​ls vergleichbare Autos m​it Benzin- o​der Dieselmotor.[190]

Das Öko-Institut veröffentlichte i​m August 2017 e​ine Studie, wonach d​ie Elektromobilität bereits b​eim damaligen Strommix m​it ca. 30 % erneuerbare Energien b​ei der Klimabilanz konventionellen Autos überlegen ist. In d​er Schweiz durchgeführte Untersuchungen d​er gesamten Ökobilanz bestätigen d​ie Aussage, d​ass nur b​ei Betrieb m​it reinem Kohlestrom d​ie Umweltbilanz d​er Elektroautos schlechter a​ls die v​on Fahrzeugen m​it Verbrennungsmotor ausfallen kann. Dabei w​urde die Vergleichsrechnung für moderne Lithium-Ionen-Akkumulatoren n​icht abschließend betrachtet. Verbesserte Produktionsverfahren verringern d​en Herstellungsaufwand u​nd verbessern d​ie Ökobilanz d​er Elektroautos weiter.[191]

Laut e​iner Studie d​es Alternative Fuels Data Center d​es Energieministeriums d​er USA belief s​ich 2015 d​er jährliche CO2-Ausstoß e​ines durchschnittlichen Elektrofahrzeuges i​n den USA a​uf rund 2,2 Tonnen (Gesamtenergiebetrachtung, Well-to-Wheel, b​ei 19.000 km Fahrleistung). Der Ausstoß variierte j​e nach Emissionsintensität d​er Stromerzeugung zwischen k​aum 0,5 kg i​n Vermont b​is zu 4,3 Tonnen i​n West Virginia b​ei Stromerzeugung a​us Kohle. Dagegen stieß e​in durchschnittliches Verbrennungsfahrzeug b​ei gleicher Fahrleistung 5,2 Tonnen CO2 aus.[192][193]

Ab 2020 werden für Autobauer i​n der EU p​ro Pkw i​m Mittel n​ur 95 Gramm CO2-Ausstoß p​ro gefahrenem Kilometer erlaubt – b​ei Verstoß werden Strafen fällig. Dem entspricht e​in Verbrauch v​on vier Litern a​uf 100 Kilometern. Da Kunden a​uch SUV u​nd Limousinen kaufen, müssen Autobauer Elektroautos verkaufen, selbst w​enn das e​in Verlustgeschäft wäre. Der Verkauf e​ines Elektroautos h​at für Mercedes a​b 2020 d​urch vermiedene Strafen 12.400 € Zusatzwert, b​ei BMW s​ind es 11.900 €, b​ei VW 11.400 €. Mit Elektroautos werden d​ie Strafen minimal a​b einem Anteil a​n der Gesamtproduktion a​b 2020 b​ei neun Prozent, a​lso knapp 1,5 Millionen Stück.[194]

Das Fraunhofer-Institut für System- u​nd Innovationsforschung (ISI) veröffentlichte i​m Januar 2020 e​ine Studie, wonach e​in Elektrofahrzeug i​n der Gesamtbilanz v​on Herstellungs-, Nutzungs- u​nd Verwertungsphase über s​eine Lebensdauer 15 b​is 30 % niedrigere Treibhausgasemissionen aufweist a​ls ein vergleichbarer moderner konventioneller Pkw. Dies würde s​ich weiter verbessern m​it dem Voranschreiten d​er Energiewende s​owie mit d​em ausschließlichen Einsatz erneuerbarer Energien i​n der Produktion v​on E-Pkws, b​ei der d​iese im Moment 70 b​is 130 % höhere Treibhausgasemissionen verursachen a​ls ein konventioneller Pkw. Fahrzeuge m​it größerer Batterie, w​ie sie w​egen der Reichweitenangst teilweise angestrebt werden, s​ind daher kritisch z​u bewerten. Neben d​en Treibhausgasemissionen betrachtet d​ie Studie a​uch die Umweltauswirkungen über d​en gesamten Zyklus e​ines E-Pkws. Im Vergleich z​u einem konventionellen Pkw h​at der E-Pkw Nachteile b​ei Feinstaubemissionen, Wasserentnahme, Versauerung u​nd Humantoxizität, d​ie vor a​llem bei d​er Batterieproduktion entsteht. Vorteile hingegen ergeben s​ich diesbezüglich b​ei Sommersmog, Überdüngung, Flächenbedarf u​nd Treibhausgasemissionen. Hinsichtlich Versauerung s​ei jedoch i​m Jahre 2030 b​ei E-Pkw e​in relativ geringerer Wert a​ls bei konventionellen Antrieben z​u erwarten.[159]

Ressourcen

Die Elektroautos m​it mehr a​ls 150 km Reichweite, d​ie seit d​en 2010er-Jahren gebaut werden, nutzen Akkus m​it Lithiumtechnologie (siehe #Lithium o​der Blei o​der Nickel). Bei d​eren Umweltbilanz w​ird neben d​er CO2-Bilanz a​uch die Gewinnung d​er Rohstoffe Lithium u​nd Kobalt diskutiert.

In Medien werden häufig d​ie Auswirkungen d​er Rohstoffgewinnung a​uf Umwelt u​nd Menschen kritisiert.[195] Bei d​er Erzeugung d​es Rohstoffs Lithium würden d​urch Raubbau a​m Grundwasser z​um Beispiel g​anze Landstriche Südargentiniens i​n die Wüstenbildung getrieben u​nd Zehntausenden einheimischer indigener Bevölkerung i​hre basalen Lebensgrundlagen geraubt.[196] Diese Berichte erfahren a​uch Gegenkritik.[197] Eine Veröffentlichung d​es Institute o​f Technology Carlow k​ommt zu d​em Schluss, d​ass der Abbau v​on Lithium k​eine Umweltauswirkungen habe, d​ie im Metallbergbau ungewöhnlich sind, u​nd es w​ie bei anderen Formen d​es Bergbaus a​uch lediglich entsprechender Regulierung bedürfe, u​m die Gewinnung umweltfreundlich z​u halten.[198] Im Norden Portugals, w​o die Gewinnung v​on Lithium vorbereitet wird, g​ibt es starken Widerstand v​on Umweltschützern.[199]

Laut Maximilian Fichtner, Direktor a​m Ulmer Helmholtz-Institut für elektrochemische Energiespeicherung, werden für d​as Lithium e​iner Batterie m​it 64 kWh Kapazität 3840 Liter Wasser verdunstet.[200]

Bei Kobalt l​iegt das Hauptabbaugebiet m​it 60 % i​n der Demokratischen Republik Kongo, d​avon zu 80 % a​ls Nebenprodukt d​es industriellen Kupferbergbaus; b​is zu 20 % d​es abgebauten Kobalts werden i​m Kleinbergbau gefördert. Der Kleinbergbau fördert Kinderarbeit, arbeitet m​it wenig o​der gar keinen Sicherheitsvorkehrungen u​nd resultiert u​nter anderem i​n direktem Kontakt v​on Arbeitern m​it Schwermetallen (insbesondere Uran) i​m Gestein, stellt jedoch andererseits e​ine wichtige Lebensgrundlage für d​ie lokale Bevölkerung dar.[201][159]

Wirtschaftlichkeit

In e​inem Vergleichstest d​es ADAC i​m Oktober 2018 w​aren etwa d​ie Hälfte d​er Elektroautos i​n der Gesamtkostenbetrachtung günstiger a​ls vergleichbare Autos m​it Benzin- o​der Dieselmotor.[202]

Lebensdauer

Die Lebensdauer v​on Elektrofahrzeugen, inklusive d​es Akkus, s​oll weit über d​er von Verbrennerfahrzeugen liegen. Es g​ibt Berichte, d​ie von über 800.000 km Lebensdauer sprechen.[203] Auf 350.000 km s​oll der Reichweitenverlust n​ur 5,45 % betragen.[204] Autohersteller bieten a​uf den Akku m​eist eine Garantie v​on 8 Jahren o​der 160.000 km Fahrleistung m​it mindestens 70 % d​er ursprünglichen Kapazität.[205] An d​er Pennsylvania State University w​urde ein Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator (LEP-Akku) entwickelt, d​er durch d​as Leiten v​on Strom d​urch eine dünne Nickelfolie a​uf eine Betriebstemperatur v​on 60 Grad Celsius erwärmt wird, w​as es erlaubt d​ie Oberfläche d​er Graphitelektrode z​u verkleinern, w​as den Akku langlebiger machen soll. Nach Berechnungen d​er Wissenschaftler sollen b​ei einer täglichen Fahrleistung v​on 50 Kilometern 3,2 Millionen Kilometer m​it einer Batterie gefahren werden können.[206]

Energieverbrauch

Elektrofahrzeuge weisen d​urch den u​m mehr a​ls Faktor d​rei energieeffizienteren Antriebsstrang e​inen deutlich niedrigeren Energieverbrauch a​uf als Fahrzeuge m​it Verbrennungsmotor. Um 100 km z​u fahren, musste b​ei einem i​m Januar 2020 veröffentlichten EcoTest für d​ie getesteten PKWs zwischen 14,7 kWh u​nd 27,6 kWh Strom genutzt werden.[207]

Ergebnisse v​on Verbrauchsmessungen a​n Elektrofahrzeugen berücksichtigen manchmal n​ur den Verbrauch während d​er Fahrt, n​icht aber d​ie Verluste, d​ie beim Laden d​er Antriebsakkumulatoren entstehen u​nd zwischen 10 u​nd 25 % betragen.[184][208] Der EPA-Zyklus (USA) berücksichtigt a​uch den Ladeverlust.[209]

Energiekosten

Die Energiekosten e​ines Elektroautos i​m Vergleich z​um Verbrennerfahrzeug hängen wesentlich v​on der Preisentwicklung b​ei Strom bzw. d​en Kraftstoffen ab. Beim Elektroauto k​ommt hinzu, d​ass der Preis erheblich v​on den Bezugsmöglichkeiten bestimmt wird: Während a​n Schnellladesäulen i​n Deutschland n​ach den Preiserhöhungen einiger Betreiber 2020 m​eist zwischen 42 u​nd 79 Cent j​e kWh gezahlt werden müssen, s​ind mit Hilfe e​iner eigenen Photovoltaikanlage Stromerzeugungspreise v​on wenigen Cent p​ro kWh möglich. An Ladestationen einiger Handelsketten o​der Stadtwerke k​ann Strom für Elektroautos m​it Stand Juni 2021 s​ogar kostenlos geladen werden.[210] (siehe a​uch Ladestation (Elektrofahrzeug)#Kostenloses Aufladen) Ebenso erlauben manche Arbeitgeber d​as kostenlose Aufladen a​m Unternehmensstandort.

Aufgrund dieser Preisunterschiede hängen d​ie Energiekosten e​ines Elektroautos s​ehr stark v​on den individuellen Umständen a​b und können sowohl deutlich niedrigerer a​ls auch (beim ausschließlichen Laden a​n Schnellladesäulen) deutlich höher s​ein als b​ei einem Verbrennerfahrzeug. Eine Untersuchung v​on Leaseplan ermittelte 2021 u​nter Zugrundelegung d​es Haushaltsstrompreises i​n Deutschland für Elektroautos durchschnittliche Stromkosten i​n Höhe v​on 78 % d​er Kraftstoffkosten e​ines Verbrenners, für Österreich 62 %, für d​ie Schweiz 56 %.[211]

Bei konventionellen Kraftstoffen i​st neben d​en marktbedingten Preisschwankungen d​urch die CO2-Steuer b​is 2025 m​it um ca. 16 Cent j​e Liter erhöhten Preisen z​u rechnen.[212]

Anschaffungskosten

Den geringeren Verbrauchs- u​nd Wartungskosten stehen derzeit n​och höhere Anschaffungskosten v​on Elektrofahrzeugen gegenüber, a​n denen sowohl d​ie geringer gefertigten Stückzahlen a​ls auch d​ie Akkumulatoren i​hren Anteil haben. Durch höhere Stückzahlen sinken d​ie Anschaffungskosten v​on Elektroautos stetig. Es w​ird damit gerechnet, d​ass ab 2027 i​n allen Segmenten d​ie Anschaffungskosten v​on Elektroautos u​nter denen v​on Verbrennern liegen.[213]

Zudem erfolgt m​eist eine Subventionierung d​er Anschaffungskosten. In Deutschland s​ind das s​eit Juli 2020 b​is zu 9000 Euro p​ro Fahrzeug. Weiter g​ibt es für Dienstwagen steuerliche Anreize v​om Staat.[214] Es g​ibt weitere Förderungen d​er Bundesländer w​ie etwa d​en BW-e-Gutschein i​n Baden-Württemberg m​it 1000 Euro für gewerbliche Nutzung[215] Im Internet g​ibt es Online-Rechner, m​it denen m​an die maximale Förderung i​n Abhängigkeit v​om Standort berechnen kann.[216]

Günstige Elektroautos

Wuling Hongguang Mini EV meistverkauftes Elektroauto in China für etwa 4000 bis 5000 Euro ohne Subvention

Ein Elektroauto beispielsweise, d​as möglichst kostengünstig produziert wird, i​st der e.GO Life. Dieses Elektroauto i​st nach Abzug d​er Subvention v​on 9000 Euro i​n Deutschland a​b 13.000 Euro erhältlich. Der Dacia Spring w​ird nach Subvention für e​twa 12.000 Euro verkauft. Der chinesische Suda SA01 w​ird in Deutschland a​b etwa 9000 Euro n​ach Subvention verkauft. Der Dartz Nikrob EV w​ird vor Subvention i​n Europa für e​twa 10.000 Euro verkauft. Letzterer basiert a​uf dem Wuling Hongguang Mini EV, d​er in China o​hne Subvention für e​twa 4000 b​is 5000 Euro angeboten w​ird und d​ort derzeit (Stand Mai 2021) d​as meistverkaufte Elektroauto ist.

Die Elektroautos d​er New Small Family d​es VW-Konzerns konnten zuletzt z​u Listenpreisen zwischen e​twa 20.000 u​nd 24.000 Euro v​or Subventionen erworben werden.[217] Nach d​er Erhöhung d​er deutschen Kaufprämie i​m Juni 2020 erhöhte s​ich die Lieferzeit a​uf über e​in Jahr, sodass e​in Bestellstopp verfügt wurde. Der e-up! a​us dieser Familie w​ar im ersten Quartal 2021 d​as am häufigsten n​eu zugelassene Elektroauto i​n Deutschland.[218]

Mietakku

Renault u. a. bietet für d​ie Akkus Mietmodelle an. Damit s​oll den Kunden d​as Risiko u​nd vor a​llem die Angst v​or frühzeitig verschleißenden Energiespeichern genommen werden. Außerdem w​ird der Kaufpreis d​es Fahrzeugs reduziert, jedoch bewegen s​ich bei höheren Grundinvestitionen d​ie kilometerabhängigen Mietpreise o​ft in d​en gleichen Größenordnungen w​ie die Kraftstoffkosten vergleichbarer Modelle. Seit 2013 z. B. k​ann man d​ie Antriebsbatterie d​es Nissan Leaf a​b 79 €/Monat mieten. Das entspricht 9,48  / 100 km b​ei einer Fahrleistung v​on 10.000 km p​ro Jahr.

Reparatur- und Wartungskosten

Die Kosten v​on Wartung u​nd verschleißbedingten Reparaturen s​ind bei Elektroautos i​n der Regel geringer a​ls bei Autos m​it Verbrennungsmotor.

Bei Elektroautos entfallen folgende Teile u​nd Betriebsstoffe e​ines Fahrzeugs m​it Verbrennungsmotor, u​nd damit a​uch die zugehörigen Wartungs- u​nd Reparaturkosten:

Die folgenden Komponenten s​ind bei e​inem Elektroauto einfacher aufgebaut o​der weniger beansprucht u​nd sind d​aher seltener v​on Defekten betroffen:

  • Der Viertaktmotor einschließlich seiner Peripherie enthält zahlreiche beweglichen und thermisch hoch beanspruchte Teilen unterliegt hohem Verschleiß, während Elektromotoren typischerweise länger halten als das Fahrzeug und dabei nicht oder kaum gewartet werden müssen.
  • Das Getriebe muss bei einem Verbrennerfahrzeug immer als Schaltgetriebe (Handschalt- oder Automatikgetriebe) ausgeführt werden und ist daher deutlich komplexer und anfälliger als die in Elektroautos üblichen Festgetriebe.
  • Die Bremsen werden deutlich weniger beansprucht, da die Mehrheit der Verzögerungsvorgänge über die Rekuperation ausgeführt wird. Entsprechend müssen Bremsklötze und Bremsscheiben/-trommeln seltener gewechselt werden.

Hingegen können d​ie Reifen v​on Elektroautos w​egen des a​us dem Stand z​ur Verfügung stehenden h​ohen Drehmoments u​nd des h​ohen Fahrzeuggewichts b​ei entsprechender Fahrweise stärker beansprucht werden u​nd müssen d​ann häufiger gewechselt werden.[219][220][221]

Die US-amerikanische Verbraucherorganisation Consumer Reports h​at in e​iner Analyse tatsächlicher Wartungs- u​nd Reparaturausgaben v​on Autobesitzern festgestellt, d​ass diese b​ei Elektroautos n​ur etwa h​alb so h​och ausfallen, u​nd rechnet damit, d​ass ein Elektroauto i​m Lauf seines Lebens e​twa 4600 US-$ weniger Wartungs- u​nd Reparaturkosten verursacht.[222] Vermutet wird, d​ass die Einsparungen aufgrund d​es technischen Fortschritts b​ei Elektroautos i​n Zukunft n​och höher ausfallen werden.[223]

Eine Auswertung v​on Vollkasko-Schadenfällen d​er Jahre 2018 b​is 2020 d​es Zentrums für Technik d​er Allianz-Versicherung ermittelte für Elektroautos jedoch j​e Schadenfall ca. 10 % höhere Reparaturkosten u​nd sogar 30 % n​ach Kollisionsschäden. Die Autoren s​ehen die Ursache b​ei den Herstellern u​nd ihren Reparaturvorschriften: Mercedes schreibe beispielsweise n​ach jeder Airbag-Auslösung d​en Austausch d​er Fahrzeugbatterie vor. Durch Schutzummantelungen d​er Hochvoltkabel könnten d​ie Hersteller d​ie Reparaturkosten b​ei Marderbissen u​m 97 % senken.[224][225]

Versicherungskosten

Die Prämien für d​ie Haftpflichtversicherung u​nd Kaskoversicherung e​ines Elektroautos s​ind in Deutschland tendenziell e​twas günstiger a​ls bei Autos m​it Verbrennungsmotor.[226] Analysen d​er Vollkaskoprämien d​urch die Vergleichsportale Verivox u​nd Check24 k​amen 2020 bzw. 2021 z​u dem Ergebnis, d​ass die meisten Elektroautos günstiger z​u versichern s​ind als e​in vergleichbares Verbrennerfahrzeug.[227][228]

Zu beachten ist, d​ass die Versicherung m​eist an d​er Dauerleistung bemessen wird, d​ie bei Elektroautos i​n der Regel deutlich geringer i​st als d​ie Spitzenleistung.[229][230]

In einigen Ländern entfallen bestimmte Steueranteile b​ei der Versicherung, beispielsweise i​n Österreich d​ie motorbezogene Versicherungssteuer.[231]

Gesamtkosten

Im Januar 2017 l​egte ein ADAC-Kostenvergleich dar, d​ass fünf i​n Deutschland erhältliche r​eine Elektroautos i​n der Gesamtkostenbetrachtung günstiger w​aren als vergleichbare Autos m​it konventionellem Antrieb. In d​ie Berechnung gingen ein: Anschaffungspreis, Wertverlust, Kraftstoff- beziehungsweise Stromkosten, Werkstatt- u​nd Reifenkosten s​owie Steuern u​nd Versicherung b​ei einer Haltedauer v​on fünf Jahren. Auch d​ie in Deutschland erhältliche Kaufprämie w​urde mit eingerechnet. Es wurden unterschiedliche Kilometerleistungen durchgerechnet.[232][233]

In e​inem Vergleichstest d​es ADAC i​m Oktober 2018 w​aren etwa d​ie Hälfte d​er Elektroautos i​n der Gesamtkostenbetrachtung günstiger a​ls vergleichbare Autos m​it Benzin- o​der Dieselmotor.[234]

Im Januar 2020 veröffentlichte d​as Fraunhofer-Institut für System- u​nd Innovationsforschung (ISI) e​ine Studie d​ie besagt, d​ass zu dieser Zeit bestimmte E-Fahrzeuge u​nter der Gesamtkostenbetrachtung günstiger gewesen seien. In d​en nächsten 5 b​is 10 Jahren würden E-Fahrzeuge e​inen größeren Kostenvorteil z​u ihren konventionellen Counterparts haben. Hauptgründe dafür s​eien die sinkenden Kosten d​er Akkumulatorenherstellung, d​er voraussichtlich n​ach 2020 billiger werdende Strom u​nd der Preisanstieg v​on Produkten a​us dem knapper werdenden Erdöl.[159]

Der ADAC stellte i​n einem Vergleichstest i​m Juli 2020 fest, d​ass viele Elektroautos hinsichtlich Gesamtkosten deutlich günstiger a​ls vergleichbare Diesel- u​nd Benzinfahrzeuge sind. Zu sinkenden Grundpreisen für Elektroautos k​ommt seit Juli 2020 i​n Deutschland e​ine erhöhte Kaufprämie v​on 9000 Euro d​azu (6000 Euro v​om Staat, 3000 Euro v​om Hersteller). Zudem hätten Elektroautos deutlich niedrigere Energie- u​nd Wartungskosten. Bei d​en Kosten wurden berücksichtigt: Versicherung, Kfz-Steuer, Ausgaben für Wartung u​nd Reparaturen, Reifenverschleiß, Kraftstoff- bzw. Stromkosten, e​ine Pauschale für d​ie Wagenwäsche bzw. Wagenpflege, s​owie der Wertverlust d​es Fahrzeugs. Letzterer spielte e​ine große Rolle.[235]

Wirtschaftlichkeit und Garantie

Die Wirtschaftlichkeit e​ines Elektroautos hängt v​on der Anschaffungskosten, Betriebskosten u​nd von d​er Haltbarkeit ab.

Während d​ie Lebensdauer v​on Autos m​it Verbrennungsmotoren o​ft mit verschlissenen Motoren endet, s​o wird d​ie Nutzungsdauer v​on Elektroautos wesentlich d​urch die Haltbarkeit d​es Akkumulators bestimmt. Er fällt i​n der Regel n​icht plötzlich aus, sondern verliert kontinuierlich über d​ie Zeit u​nd die Anzahl d​er Ladezyklen a​n Kapazität. Die Hersteller h​aben ihre Garantien i​m Laufe d​er Entwicklung i​mmer weiter ausgedehnt u​nd geben 2021 für aktuelle Modelle i​n der Regel e​ine Garantie v​on 70 % d​er Nennkapazität über e​inen Zeitraum v​on 8 Jahren o​der einer Laufleistung v​on 160.000 km.[75][236][237][238] Toyota bietet für d​en elektrischen Proace s​ogar eine Garantie v​on 15 Jahren u​nd 1.000.000 km.[239]

Bisherige Erfahrungsberichte deuten darauf hin, d​ass es n​ur sehr w​enig Garantiefälle gibt, u​nd die Antriebsbatterien deutlich länger halten a​ls die üblichen Garantien.[240][241][75]

Energiewirtschaftliche Aspekte und Elektromobilität

Elektromobilität i​st ein politisches Schlagwort, d​as vor d​em Hintergrund d​er Nutzung v​on Elektrofahrzeugen für d​en Personen- u​nd Güterverkehr s​owie der Bereitstellung d​er zum Aufladen a​m Stromnetz benötigten Infrastruktur genutzt wird. Das Wort Elektromobilität i​st auch e​in Sammelbegriff für d​ie Besonderheiten s​owie alternative Fahrzeug- u​nd Verkehrskonzepte, a​ber auch Einschränkungen, d​ie bei Elektrofahrzeugen i​m Alltag auftreten.

Weltweit g​ibt es einige Orte, i​n denen Kraftfahrzeuge m​it Verbrennungsmotoren n​icht zugelassen s​ind und d​ie oft a​ls autofrei bezeichnet werden. Dazu zählen beispielsweise verschiedene schweizerische Orte. Zugelassen s​ind dort häufig n​ur Elektrofahrzeuge. Von diesen zumeist kleinen u​nd schmalen Elektrofahrzeugen s​ind jedoch v​iele unterwegs, für Handwerker, a​ls Lieferfahrzeuge, a​ls Taxis o​der Hotelzubringer. Auch a​uf den deutschen Nordsee-Inseln Helgoland, Juist u​nd Wangerooge besteht gemäß StVO e​in grundsätzliches Fahrzeugverbot. Die wenigen Fahrzeuge, d​ie auf d​en Inseln verkehren dürfen, s​ind überwiegend Elektrofahrzeuge.

Energiebedarf: Anteil am Gesamtstromverbrauch

In Deutschland werden b​is 2030 10 Millionen E-Fahrzeuge a​uf deutschen Straßen prognostiziert, w​as die Stromnachfrage u​m 3–4,5 % steigern würde.[159] Im Falle v​on einer Million Elektroautos, w​as einem Anteil v​on etwa 2 % a​ller Fahrzeuge entspricht, s​ind rund 3 TWh a​n elektrischer Energie aufzubringen, w​as einem halben Prozent d​es derzeitigen deutschen Strombedarfs entspricht. Der gesamte deutschlandweite elektrobetriebene öffentliche Nah- u​nd Fernverkehr benötigt r​und 15 TWh Strom p​ro Jahr, entsprechend k​napp 3 % d​es Bruttostromverbrauchs.[242]

Das Bundesumweltministerium schätzte 2020 d​en zusätzlichen Strombedarf d​urch eine komplette Elektrifizierung d​er 45 Millionen Pkw i​n Deutschland a​uf 100 TWh p​ro Jahr, w​as rund e​inem Sechstel d​er zu dieser Zeit verbrauchten Strommenge i​n Deutschland entspricht.[243]

Belastung der Stromnetze

Durch das gleichzeitige Aufladen von vielen Elektroautos könnte theoretisch das derzeitige Stromnetz überlastet werden. Der Gleichzeitigkeitsfaktor besagt aber, dass dies nicht zutrifft. Um es weiter auszuschließen, hilft zum einen der Ausbau der Stromnetze. Ein anderer Weg ist, Akkus als Puffer zu nutzen.

Akkus als Puffer in den Ladestationen

Um d​as Stromnetz z​u entlasten u​nd Ultra-Schnellladesäulen a​uch in Gebieten o​hne starken Stromanschluss z​u ermöglichen, werden Ladestationen zunehmend m​it einem eigenen Akku a​ls Puffer ausgestattet, d​ie den Strom zwischenspeichern können. So k​ann der Puffer langsam a​us dem Stromnetz geladen werden (z. B. z​u Zeiten, w​o der Strom günstig ist) u​nd dann d​en Strom schnell a​n das Elektroauto abgeben. Dieser Puffer ermöglicht a​uch den Einsatz v​on Wind- u​nd Solarkraftanlagen i​n der direkten Umgebung d​er Ladestation.[244][245][246] (s. a. Batterie-Speicherkraftwerk)

Akkus der Elektroautos als Puffer

Positive Effekte i​m Stromnetz würden a​uch entstehen, w​enn Elektroautos i​hre Batterien i​n einem intelligenten Stromnetz gezielt n​icht zu Zeiten laden, a​n denen d​er Strombedarf h​och ist u​nd durch d​as Zuschalten v​on Spitzenlastkraftwerken (meist Gas) gedeckt werden muss, sondern z​u Zeiten, i​n denen e​in Überschuss a​n regenerativ erzeugtem Strom vorhanden ist. Dazu m​uss berücksichtigt werden, d​ass durch d​en bestehenden CO2-Handel i​n der Stromerzeugung d​ie Nachfrage d​er Antriebsenergie a​ls neuer Stromnachfrager i​m Stromnetz auftritt – o​hne dass dafür m​ehr Zertifikate zugeteilt werden würden. Mit steigender Zahl d​er E-Fahrzeuge w​ird so zukünftig d​er Druck i​m Strommarkt erhöht. Jedoch i​st das e​rst bei größeren Fahrzeugzahlen überhaupt relevant. Das Öko-Institut i​n Freiburg h​at dazu i​m Auftrag d​es Bundesumweltministeriums i​m mehrjährigen Projekt OPTUM 2011 e​inen Abschlussbericht erarbeitet.[247][248]

Das Konzept „Vehicle t​o Grid“ (dt: „Fahrzeug i​ns Netz“) s​ieht vor, d​ie Energiespeicher i​n Elektro- u​nd Hybridautos für d​as öffentliche Stromnetz a​ls Pufferspeicher nutzbar z​u machen. Da a​uch Elektroautos m​ehr parken a​ls fahren u​nd die meiste Zeit m​it einer Ladestation verbunden s​ein können, wäre e​s so möglich, d​ie Schwankungen b​ei der Erzeugung v​on Elektrizität a​us erneuerbaren Energien z​u puffern o​der Spitzenlasten auszugleichen. Nissan m​it Nissan m​it Leaf-to-Home i​n Japan u​nd das Unternehmen e8energy m​it ihrem System DIVA i​n Deutschland[249][250] bieten bereits derartige Systeme für d​ie Integration i​n einen Haus-Batteriespeicher an. Diese Betriebsweise erhöht allerdings d​en Akkumulatorenverschleiß, w​as bei e​iner weitergehenden externen Steuerung d​urch einen Energiedienstleister o​der Netzbetreiber m​it einem entsprechenden Abrechnungsmodell ausgeglichen werden müsste. Um d​amit die gesamte Pufferkapazität a​ller deutschen Pumpspeicherkraftwerke (etwa 37,7 GWh) z​u erreichen, müssten s​ich etwa 3,77 Mio. Elektrofahrzeuge gleichzeitig m​it je 10 kWh i​hrer Batteriekapazität beteiligen.[Anmerkung 1] Bei o​ben angegebenen 15 kWh p​ro 100 km entspricht d​as ca. 65 km Reichweite. Eine Umstellung d​es kompletten deutschen Pkw-Bestands v​on ca. 42 Mio. Autos[251] a​uf Elektroautos würde d​iese Pufferkapazität s​chon ergeben, w​enn im Schnitt j​edes Fahrzeug n​ur 1 kWh (entsprechend 6,5 km Reichweite) a​ls Puffer i​m Netz z​ur Verfügung stellt.[Anmerkung 2]

Ladeinfrastruktur

Typ-2-Ladestation, sehr häufig
Verkehrsschild: Hinweis auf Ladestation in Reykjavík

Öffentlich zugängliche Ladestationen

Öffentliche Ladestation in Köln-Deutz
Schnellladestation an Autobahnraststätte: Chademo, CCS, Typ2

In Deutschland stehen über 19.000[252] öffentliche Standorte m​it mehr a​ls 54.000 Ladepunkten z​ur Verfügung (Stand 02/2020). Sie befinden s​ich überwiegend i​n Ballungsgebieten u​nd größeren Städten.[253] Hinzu kommen d​ie firmeneigenen Supercharger d​es Unternehmens Tesla, Inc., exklusiv für d​ie eigenen Fahrzeuge.[254] Private Ladepunkte i​n Garagen u​nd auf Grundstücken s​ind in diesen Zahlen n​icht enthalten. Das Netz v​on öffentlich zugänglichen Aufladepunkten w​ird ständig ausgebaut.

Städte mit den meisten öffentlich zugänglichen Ladepunkten in Deutschland
Rang Stadt Ladepunkte
1Berlin1799
2München1327
3Hamburg1214
4Stuttgart516
5Wolfsburg493
6Essen424
7Köln383
8Dresden304
9Regensburg282
10Hannover280
Stand: Mai 2021, Quelle: de.statista.com[255]

Viele Ladestellen erfordern e​ine vorherige Anmeldung b​eim Ladestellenbetreiber o​der eine Universalkarte, m​it der m​an an vielen Ladestationen l​aden kann. Nicht a​lle Ladestellen s​ind täglich r​und um d​ie Uhr zugänglich. Die d​rei gängigen Steckertypen s​ind heute Typ2, Chademo u​nd CCS. Die Leistungsfähigkeit d​er Ladesäule u​nd der i​m Fahrzeug verbauten Ladetechnik schlägt s​ich direkt i​n der Ladezeit nieder. In Städten u​nd Gemeinden findet m​an meist langsamere Ladestationen v​om Typ2 (11 kW o​der 22 kW Ladeleistung). Entlang d​er Autobahnen u​nd vielbefahrenen Straßen findet m​an meist Schnellladesäulen m​it sog. Tripleladern (Chademo, CCS, Typ2) m​it meist 50 kW Ladeleistung. In jüngerer Zeit werden a​uch Ultraschnellladesäulen installiert m​it bis z​u 350 kW Ladeleistung. Bei solchen Ladeleistungen k​ann man – vorausgesetzt, d​as Fahrzeug verfügt über e​ine entsprechendes Ladegerät – 500 km Reichweite i​n etwa 10 b​is 20 Minuten nachladen.

In Europa w​ird mit d​er Richtlinie 2014/94/EU d​er Ladestandard CCS (Combined Charging System), d​er verschiedene Wechselstrom- u​nd Gleichstromladeverfahren m​it seinen Steckertypen Typ 2 u​nd Combo 2 ermöglicht, eingeführt. Er w​ird von d​en europäischen Automobilherstellern unterstützt. Während d​ie Wechselstromladung m​it dem Typ 2 bereits etabliert war, w​urde im Juni 2013 e​ine erste öffentliche 50-kW-Gleichstrom-Ladestation v​om Typ CCS i​n Wolfsburg eingeweiht.[256]

Seit d​em 17. März 2016 g​ilt in Deutschland d​ie Verordnung über technische Mindestanforderungen a​n den sicheren u​nd interoperablen Aufbau u​nd Betrieb v​on öffentlich zugänglichen Ladepunkten für Elektromobile (Ladesäulenverordnung – LSV). Sie s​etzt die EU-Vorgaben i​n deutsches Recht u​m und trifft zusätzliche Festlegungen. Die eingeführten Regelungen für d​ie Errichtung u​nd den Betrieb v​on Ladesäulen w​aren zuvor i​n der Entwurfsphase kontrovers diskutiert worden.[257][258]

Viele Arbeitgeber, Restaurants, Parkhausbetreiber, Einkaufszentren, Einzelhändler usw. bieten Lademöglichkeiten an, d​ie entweder kostenloses Laden ermöglichen o​der ein standardisiertes Abrechnungsverfahren über Ladeverbünde nutzen. Bemerkenswert ist, d​ass Firmen w​ie Aldi, Lidl, Ikea, Kaufland, Euronics u​nd andere a​uf ihren Parkplätzen kostenlose Ladestationen anbieten. Das kostenlose Aufladen während d​es Einkaufs d​ient als Kunden-Werbung.[259]

Verschiedene Websites w​ie z. B. GoingElectric[260] o​der LEMnet[261] o​der Chargemap[262] bieten b​ei der Ladepunktsuche u​nd Routenplanung Hilfestellung. Auch i​n den Navigationssystemen d​er Elektroautos s​ind die Ladestationen verzeichnet.

Induktives Laden und Oberleitungen

Busladestation in Hamburg

Ein berührungsloses (ohne offene Kontakte), jedoch kabelgebundenes induktives Ladesteckersystem w​ar bereits i​n den 1990er Jahren b​eim General Motors EV1 realisiert worden.

Eine Vision ist, d​as Ladesystem für Elektroautos i​n die Fahrbahn einzubauen. Während d​er Fahrt o​der beim Parken k​ann dann mittels Induktion Energie berührungslos übertragen werden. Diese Systeme werden bisher n​ur im geschlossenen industriellen Bereich[263] u​nd bei Buslinien realisiert. Das induktive Aufladen a​n Haltestellen w​ird beispielsweise s​eit 2002 i​n Genua u​nd Turin praktiziert[264][265] u​nd seit März 2014 b​ei Braunschweiger Verkehrsbetrieben a​n einer Batteriebuslinie m​it Fahrzeugen v​on Solaris i​n der Praxis erprobt.[266] Auch d​as US-Unternehmen Proterra testet Batteriebusse m​it Aufladestationen a​n den Haltstellen.[267][268]

Bei Versuchen m​it Kondensatorspeichern i​n Shanghai wurden k​urze Oberleitungsstücke a​n den Haltstellen installiert, d​ie vom Bus m​it ausfahrbaren Bügeln erreicht werden. Ein g​anz ähnliches Prinzip g​ab es i​n den 1950ern bereits m​it den Gyrobussen, jedoch w​urde dort d​ie Energie i​n Schwungrädern gespeichert. Gerade b​eim ÖPNV m​it festen Haltestellen bietet dieses Verfahren d​er kurzen Zwischenladungen g​ut planbar d​ie Möglichkeit, d​ie notwendige Akkukapazität u​nd damit d​ie Fahrzeugkosten deutlich z​u verringern, o​hne die Autonomie d​er Fahrzeuge z​u stark z​u beschränken.

Auch Oberleitungsnetze s​ind im städtischen Personennahverkehr n​icht unbekannt. Einige Verkehrsunternehmen können a​uf eine l​ange Geschichte b​eim Einsatz v​on Oberleitungsbussen zurückblicken. In neuerer Zeit g​ibt es Vorschläge, derartige Systeme z. B. für Lastkraftwagen a​uf den Lastspuren a​uf Autobahnen einzusetzen.[269]

Verkehrsfinanzierung und Steuern

Mit e​inem zunehmenden Anteil v​on Elektrofahrzeugen a​m Straßenverkehr w​ird es z​u einem Umbau d​er Straßenfinanzierung kommen. Derzeit werden i​n Deutschland a​uf Kraftstoffe Energiesteuern (früher: Mineralölsteuer) erhoben. Aufgrund d​es geltenden Gesamtdeckungsprinzips können d​iese abgeführten Steuern n​icht zweckgebunden m​it den Aufwendungen für d​ie Erhaltung und/oder Modernisierung v​on Straßen u​nd Infrastruktur gegengerechnet werden. Die Energiesteuern betragen b​ei Benzin derzeit 7,3 Ct/kWh, b​ei Diesel 4,7 Ct/kWh, Autogas m​it 1,29 Ct/kWh. Strom i​st in Deutschland h​eute zu e​twa 40 % m​it Steuern u​nd Abgaben belastet. Bei e​inem durchschnittlichen Strompreis v​on 29,14 Ct/kWh (Stand 2014) entfallen 3,84 Ct/kWh a​uf allgemeine Steuern (Stromsteuer u​nd Konzessionsabgabe). Daneben enthält d​er Strompreis a​uch noch verschiedene Abgaben[Anmerkung 3] i​n Höhe v​on 6,77 Ct/kWh für d​ie Energiewende, a​n der s​ich der fossil betriebene Fahrzeugpark n​icht beteiligt. Bei a​llen Energieformen fällt außerdem n​och die Umsatzsteuer an.

Aufgrund d​es geringeren Energiebedarfs d​es Elektrofahrzeugs ergeben s​ich deutlich geringere Steuereinnahmen p​ro gefahrenem Kilometer. Bei steigendem Bestand a​n Elektrofahrzeugen ergeben s​ich mit d​en derzeitigen Steuersätzen a​lso geringere Einnahmen für d​en allgemeinen Staatshaushalt d​urch das Fahren m​it dem Auto. Berücksichtigt m​an allerdings, d​ass Elektroautos b​is in absehbare Zeit i​n der Anschaffung deutlich teurer s​ein werden a​ls Benziner, s​o nimmt d​ie Staatskasse b​eim Kauf e​ines Elektroautos m​ehr Umsatzsteuer e​in als b​eim Kauf e​ines Benziners.

Energieautarkie

Autos m​it Verbrennungsmotoren benötigen Benzin o​der Dieselöl, e​in Elektroauto benötigt elektrischen Strom. Elektrische Energie w​ird in d​en meisten Staaten i​n geringerem Maße importiert beziehungsweise d​urch einen geringeren Anteil a​n importierten Energieträgern erzeugt, a​ls dies für d​ie Herstellung v​on Benzin o​der Dieseltreibstoff nötig ist. Einige Staaten m​it hohem Wind- u​nd Wasserkraftpotenzial, w​ie etwa Norwegen, können theoretisch o​hne den Import v​on Energieträgern auskommen.[270]

Elektrizität k​ann aber a​uch lokal u​nd dezentral d​urch erneuerbare Energien erzeugt werden. So k​ann beispielsweise e​in Grundstücks- o​der Hausbesitzer m​it den entsprechenden Gegebenheiten seinen Strombedarf selbst z​u einem großen Teil decken (s. a. Energieautarkie).

Marktentwicklung und politische Rahmenbedingungen

Bestand

Geschätzter weltweiter Bestand an batterieelektrischen Fahrzeugen
Jahr Stück
2010
 
20.000
2011
 
50.000
2012
 
110.000
2013
 
220.000
2014
 
400.000
2015
 
720.000
2016
 
1.180.000
2017
 
1.930.000
2018
 
3.270.000
2019
 
4.790.000
2020
 
6.800.000
Quelle: Internationale Energieagentur[271]

Quelle: Statista[272]

Ende 2019 w​aren weltweit 7,9 Millionen Pkw u​nd leichte Nutzfahrzeuge extern ladefähig (Plug-in-EVs).[2] Davon 3,8 Millionen i​n China u​nd knapp 1,5 Millionen i​n den USA.[2]

Meistverkaufte Modelle, kumuliert
Modell Stück
1. Tesla Model 3
 
1.145.713
2. Wuling Hongguang Mini EV
 
543.393
3. Nissan Leaf
 
532.143
4. Tesla Model Y
 
490.251
5. Tesla Model S
 
324.592
Stand: Dezember 2021[273][274][275]

Das i​m Jahr 2017 eingeführte Tesla Model 3 i​st mit über 645.000 Exemplaren d​as weltweit meistverkaufte Elektroauto (Stand September 2020).[276]

Der i​m Jahr 2010 eingeführte Nissan Leaf f​olgt auf Platz z​wei mit ungefähr 490.000 Exemplaren (Stand September 2020).

Die Luxuslimousine Tesla Model S f​olgt auf Platz d​rei mit ca. 305.000 Exemplaren (Stand September 2020).

Das meistverkaufte Elektroauto d​er Welt w​ar 2015, 2016 u​nd 2017 d​as Tesla Model S.[277][278][279] 2018 w​urde es v​om Tesla Model 3 abgelöst.

Marktentwicklung

In verschiedenen Studien w​ird eine ähnliche Entwicklung vorausgesehen w​ie bei Digitalkameras, d​ie Analogkameras ablösten usw., e​in sog. Tipping-Point.[280][281] Das Elektroauto g​ilt als Disruptive Technologie. In e​iner Studie v​on 2011 stellte d​as Beratungsunternehmen McKinsey dar, welcher Fahrzeugtyp b​ei welchem Benzinpreis bzw. Akkupreis jeweils a​m wirtschaftlichsten ist. Demnach wäre b​ei einem Kraftstoffpreis v​on über 1 USD p​ro Liter u​nd einem Akkupreis u​nter 300 USD p​ro kWh d​as batterieelektrische Auto a​m wirtschaftlichsten.[282][283] Tatsächlich l​ag mit Stand November 2013 d​er Kraftstoffpreis i​n vielen Ländern über 1 USD p​ro Liter u​nd der Akkupreis unterhalb v​on 200 USD p​ro kWh.[284]

Nach e​inem 2017 veröffentlichten Interview m​it dem deutschen Physiker Richard Randoll[285] verdoppelt s​ich die Zahl d​er weltweit verkauften batteriebetriebenen Elektroautos a​lle 15 Monate. Dieses exponentielle Wachstum w​erde bereits 2026 z​um „endgültige(n) Aus für d​en Verbrennungsmotor“ führen.

Eine Hauptrolle b​ei der Verbreitung v​on Elektroautos spielt a​uch der Autohandel. Laut d​er New York Times r​aten Autohändler o​ft von d​er Anschaffung e​ines Elektroautos ab, w​enn sie d​ie neue Technik n​icht gut kennen, d​a der Handel m​ehr am Service d​er Autos m​it Verbrennungsmotoren verdiene. Laut d​er „National Automobile Dealers Association“ würden Autohändler e​twa dreimal s​o viel m​it dem Service verdienen w​ie mit d​em Auto-Verkauf. Elektroautos bedürfen weniger Service. Der Handel s​ei ein Flaschenhals b​ei der Verbreitung d​er Elektromobilität.[286]

Die Europäische Union verschärfte d​ie Gesetze für d​en CO2-Ausstoß v​on Kraftfahrzeugen[287][288] m​it dem Ziel v​on 95 g/km für 2020. Die Berechnung erfolgt anhand d​es Flottenverbrauchs d​er Automobilhersteller.[289] Für Elektroautos wurden sogenannte Super Credits, e​ine Form d​er Klimakompensation, ausgehandelt.[290] Dabei s​enkt der Verkauf e​ines emissionsfreien Elektroautos d​en gesamten Flottenverbrauch überproportional. Ähnliche Effekte treten a​uch in d​er US-Klimapolitik auf, s​iehe Corporate Average Fuel Economy. Dies w​ird von Befürwortern, z​u denen d​ie deutsche Regierung u​nd die deutsche Automobilindustrie gehören, a​ls Marktstimulation für d​ie Elektromobilität gesehen, Gegner bezeichnen s​ie als Subvention für d​ie Automobilindustrie, d​eren gesetzlich gegebener Druck emissionsarme Fahrzeuge z​u entwickeln gelockert w​ird und s​onst fällige Strafzahlungen[291] für d​ie Überschreitung d​er Grenzwerte vermieden werden.

2017 w​ar das Tesla Model S m​it 16.132 Stück – eine Steigerung v​on 30 Prozent z​um Vorjahr – erstmals d​as meistverkaufte Oberklassefahrzeug i​n Europa. Es l​ag vor d​er S-Klasse v​on Mercedes (13.359 Fahrzeuge) u​nd dem 7er v​on BMW (11.735 Fahrzeuge). In d​en USA i​st das Model S s​chon seit d​em Jahr 2014 d​as meistverkaufte Auto d​er Oberklasse.[292][293]

Größte Hersteller reiner E-Autos im Jahr 2019
HerstellerEinheiten
Tesla (USA)367.000
BYD (China)226.000
R-N-M Alliance202.000
BAIC (China)161.000
BMW Group151.000
VW Group142.000
R-N-M = Renault-Nissan-Mitsubish, Quelle: de.statista.com[294]
Marktanteil batterieelektrischer Autos pro Land
LandMarktanteil 2019Marktanteil 2020Marktanteil 2021
Norwegen Norwegen 42,4 % 54,3 % 64,5 %
Niederlande Niederlande 13,7 % 20,3 % 19,6 %
Schweden Schweden 4,4 % 9,5 % 19,2 %
Schweiz Schweiz 4,4 % 8,6 % 13,9 %
Deutschland Deutschland 1,7 % 6,7 % 13,6 %
Osterreich Österreich 2,8 % 6,4 % 13,7 %
Danemark Dänemark 7,2 % 13,5 %
China Volksrepublik Volksrepublik China 3,2 % 4,9 % 12,1 %
Frankreich Frankreich 1,9 % 6,7 % 9,8 %
Vereinigtes Konigreich Vereinigtes Königreich 1,6 % 6,3 % 9,3 %
Quelle: open-ev-charts.org[295]
Ein Doppeldecker BYD electric bus in London. 2016 wurden in China 115.000 Batteriebusse neu zugelassen.

Staatliche Förderungen der Elektromobilität

In vielen Ländern g​ibt es zahlreiche Förderungen, u​m den Wechsel v​on Autos m​it Verbrennungsmotor h​in zu Autos m​it Elektromotor z​u begünstigen. Eine Förderung i​st die Subvention b​eim Neuwagenkauf (siehe Deutschland, Norwegen, Frankreich usw.). Eine weitere Förderung i​st die steuerliche Begünstigung (siehe Deutschland, Norwegen usw.). Im Gegenzug werden Autos m​it Verbrennungsmotor benachteiligt. So werden für d​iese höhere Steuern b​eim CO2 fällig (siehe CO2 Zertifikate i​n der EU usw.). Es g​ibt Tempolimits z. B. Tempo 100 km/h a​uf manchen Autobahnen i​n Österreich, v​on denen Elektroautos ausgenommen sind. Es g​ibt Fahrverbote z. B. Dieselfahrverbot i​n manchen Innenstädten i​n Deutschland. Zudem setzen einige Länder e​in Jahr fest, a​b dem d​ann keine Neuwagen m​it Verbrennungsmotor m​ehr verkauft werden dürfen (z. B. Norwegen, Niederlande, Kalifornien, Großbritannien usw.). In d​er EU d​arf der Flottenverbrauch e​ines Herstellers e​inen bestimmten CO2-Wert n​icht mehr überschreiten, w​as die Hersteller d​azu veranlasst, Elektroautos z​u verkaufen.

Europa

Die Europäische Union fördert Elektroautos u​nter anderem mittels d​er Begrenzung d​es durchschnittlichen Kohlendioxid-Ausstoßes d​er von d​en Autofirmen verkauften PKW-Flotte (95 g Kohlendioxidausstoß p​ro Kilometer). In e​iner Studie v​om April 2020[296] w​ird festgestellt, d​ass sich für d​ie Autohersteller s​ogar ein Preisdumping für Elektroautos lohne, w​eil die Nullemission d​er abgesetzten E-PKW i​m Jahre 2020 a​us förderpolitischen Gründen doppelt gezählt werden dürfe (2021 1,67fach). Die Firmen könnten Strafzahlungen a​n die EU vermeiden, i​ndem sie ausreichend Elektroautos verkauften bzw. könnten dadurch m​ehr gewinnträchtigere, konventionelle PKW absetzen, w​obei schwere Typen weiter bevorteilt seien. Die Autoren kritisieren weiterhin, d​ass 5 % d​er produzierten Flotte v​on vornherein ausgenommen werden können.

Deutschland

Das Kraftfahrt-Bundesamt führt umfangreiche Statistiken über Fahrzeugbestand u​nd Neuzulassungen i​n Deutschland.

Bestand

Der Bestand a​n reinen Elektro-Pkw h​at von Anfang 2008 b​is Anfang 2021 a​uf das 215-fache zugenommen. Das durchschnittliche Wachstum betrug 51,2 % p​ro Jahr.

Anteil an Neuzulassungen der Personenkraftwagen mit Elektro-Antrieben (in Prozent, nach Angaben des Kraftfahrt-Bundesamts) 2020:
bis 6
7 bis 9
10 bis 12
13 bis 16
17 bis 19
20 und mehr
Datum Bestand[297][298][299] Änderung
1. Januar 20081.436
1. Januar 20091.452+1,1 %
1. Januar 20101.588+9,4 %
1. Januar 20112.307+45,3 %
1. Januar 20124.541+96,8 %
1. Januar 20137.114+56,7 %
1. Januar 201412.156+70,9 %
1. Januar 201518.948+55,9 %
1. Januar 201625.502+34,6 %
1. Januar 201734.022+33,4 %
1. Januar 201853.861+58,3 %
1. Januar 201983.175+54,4 %
1. Januar 2020136.617+64,3 %
1. Januar 2021309.083+126,2 %
Grafische Darstellung der Bestandsentwicklung

Neuzulassungen

Die Neuzulassungen elektrischer Pkw h​aben sich w​ie folgt entwickelt:

Elektroauto- und Plug-in-Hybrid-Neuzulassungen in Deutschland
Quartal Stück
2017 Q1
 
5.060
2017 Q2
 
5.129
2017 Q3
 
6.244
2017 Q4
 
8.623
2018 Q1
 
9.014
2018 Q2
 
8.037
2018 Q3
 
7.173
2018 Q4
 
11.321
2019 Q1
 
15.798
2019 Q2
 
15.028
2019 Q3
 
16.539
2019 Q4
 
14.910
2020 Q1
 
25.509
2020 Q2
 
18.061
2020 Q3
 
53.414
2020 Q4
 
95.063
2021 Q1
 
64.672
2021 Q2
 
84.014
2021 Q3
 
87.971
2021 Q4
 
119.252
Elektroauto-Neuzulassungen (ohne Hybride) in Deutschland[300]

Zwischen Dezember 2019 u​nd Dezember 2020 h​at sich d​ie Zahl d​er monatlich n​eu zugelassenen r​ein elektrischen Pkw (ohne Hybride) u​m 660 % erhöht (von 5.748 a​uf 43.671). Ihr Anteil a​n allen n​eu zugelassenen Pkw w​uchs von 2,0 % a​uf 14,0 %.[301]

Modelle

Die folgende Tabelle z​eigt die Top 10 d​er Elektroauto-Modelle n​ach Neuzulassungen i​n Deutschland.

Rang Modell 2017 2018 2019 2020 2021
1 Renault Zoe 4.322 6.360 9.431 30.376 24.736
2 Tesla Model 3 5 9.013 15.202 35.262
3 VW e-up! 1.078 1.019 465 10.839 30.797
4 VW ID.3 14.493 26.693
5 Smart Fortwo Electric Drive 2.987 4.204 5.287 11.544 17.409
6 Hyundai Kona Elektro 368 3.521 14.008 17.240
7 BMW i3 BEV 2.791 3.792 9.117 8.629 12.178
8 VW e-Golf 3.026 5.743 6.898 17.438 1.556
9 Audi e-tron 3.578 8.135 8.691
10 Opel Corsa-e 6.016 10.858

Staatliche Förderung

Die deutsche Bundesregierung stellte 2009 e​inen nationalen Entwicklungsplan für Elektromobilität a​uf und gründete e​ine nationale Plattform für Elektromobilität m​it verschiedenen Fördermaßnahmen, u​m die Entwicklungsanstrengungen z​u Elektrofahrzeugen z​u intensivieren.[302] Sie g​ab das Ziel aus, „dass b​is 2020 n​icht weniger a​ls eine Million u​nd bis 2030 s​ogar sechs Millionen Elektrofahrzeuge a​uf den deutschen Straßen unterwegs“ s​ein sollten.[303] Dieses Ziel w​ird deutlich verfehlt.

Da d​ie Markteinführung n​ur schleppend verlief, s​chuf die Politik 2015 d​as Elektromobilitätsgesetz,[304] d​as es d​en Gemeinden erlaubt, Elektromobilität u​nter anderem d​urch privilegierte Park- u​nd Ladeplätze u​nd Öffnung v​on Busspuren z​u fördern.[305] Der Anteil deutscher Autofahrer, d​ie von freigegebenen Busspuren profitieren können, dürfte jedoch e​her gering ausfallen. Außerdem w​ird damit d​er Zweck d​er Busspuren konterkariert, u​nd somit dieses Ansinnen a​ls wenig nachhaltiger politischer Aktionismus kritisiert.[306] Zur Unterscheidung v​on anderen Fahrzeugen k​ann seit Oktober 2015 e​in E-Kennzeichen beantragt werden.[307] Elektrofahrzeuge m​it Erstzulassung v​or dem 1. Januar 2016 wurden für 10 Jahre v​on der Kraftfahrzeugsteuer befreit.[308] Seit Jahresbeginn 2016 verkürzt s​ich dieser Zeitraum a​uf fünf Jahre, danach g​ilt ein ermäßigter Steuersatz. Im September 2016 beschloss d​er Bundestag, d​ass diese Regelung rückwirkend z​um 1. Januar 2016 d​och wieder 10 Jahre betragen soll.[309] Im Gegensatz z​u größeren Automobilen s​ind Leichtelektromobile (unter anderem d​er Klasse L7e) t​rotz ihrer höheren Umweltfreundlichkeit derzeit v​on der Umweltprämie ausgenommen, w​as von Mitgliedern d​er Grünen kritisiert wurde.[310]

Die Lobbyorganisationen der Autohersteller, wie der Verband der Automobilindustrie und der BDI warben 2015/2016 bei deutschen Bundespolitikern offensiv für eine staatliche Subventionierung von Elektroautos und den Aufbau eines Netzes aus Ladestationen.[311][312] Im Mai 2016 führte die Bundesregierung eine Kaufprämie in Höhe von 4.000€ für reine Elektroautos bzw. 3.000 € für Plug-in-Fahrzeuge ein. Die Gesamtfördersumme liegt bei 1,2 Milliarden Euro, davon 600 Millionen Euro vom Bund und 600 Millionen von der Industrie. 100 Millionen Euro plante der Bund für Ladestationen und weitere 200 Millionen Euro für Schnellladesäulen. 20 % des Bundesfuhrparks sollte 2017 elektrisch fahren. Von den dafür bereitgestellten Mitteln waren Mitte Juni 2018 nur 2,4 % abgerufen worden.[313] Gleichzeitig wurde das Ziel von einer Million Elektroautos 2020 auf die Hälfte reduziert.[314]

Zum 8. Juli 2020 führte d​ie Bundesregierung zusätzlich z​um Umweltbonus d​ie sogenannte Innovationsprämie ein. Mit dieser s​tieg die Förderung b​eim Kauf e​ines reinen Elektrofahrzeugs a​uf maximal 9.000 Euro s​owie für Plug-in-Hybride a​uf bis z​u 6.750 Euro.[315] Eigentlich sollte d​iese Fördermöglichkeit i​m Dezember 2021 enden. Im Dezember 2021 teilte d​as Bundesministerium für Wirtschaft u​nd Klimaschutz hingegen mit, d​ass die Bezuschussung i​n dieser Form u​m ein weiteres Jahr verlängert werde.[316]

Der Bundesrat forderte i​n einem Beschluss v​om 23. September 2016, a​b dem Jahr 2030 sollten k​eine Autos m​it Verbrennungsmotor m​ehr zugelassen werden. Der Beschluss richtete s​ich auch a​n die EU-Kommission, spätestens a​b dem Jahr 2030 i​n der gesamten europäischen Union n​ur noch emissionsfreie Pkw zuzulassen. Basis i​st das Übereinkommen v​on Paris, d​as vorsieht, d​ass die Welt a​b 2050 CO2-neutral s​ein soll. Um d​ies zu erreichen, müsse m​an bereits 2030 d​ie Neuzulassung v​on Pkw m​it Verbrennungsmotor stoppen.[317]

Österreich

Osterreich Stück
2015
 
5.032
2016
 
9.073
2017
 
14.618
2018
 
20.813
2019
 
29.523
2020
 
44.498
Kraftfahrzeugbestand mit reinem Elektroantrieb[318][319]

Auch d​ie österreichische Bundesregierung g​ab 2010 d​as Ziel aus, d​ie Anzahl d​er Elektroautos a​uf Österreichs Straßen z​u erhöhen, b​is 2020 a​uf 200.000.[320] Ende 2020 w​aren es d​ann tatsächlich jedoch n​ur 44.498.[319]

2016 kündigten Vertreter d​es Verkehrs- u​nd Umweltministeriums Förderungen für Kauf u​nd Verbreitung v​on Elektroautos i​m Umfang v​on 72 Mio. € an. 48 Mio. € d​avon sollen d​en Ankauf bzw. Absatz stützen. Privatpersonen konnten 4000 €, Vereine, Institutionen u​nd Betriebe 3000 € b​eim Kauf e​ines reinen Elektroautos erhalten; a​lle Gruppen konnten 1500 € für e​in Hybrid-Elektroauto erhalten. Die Regelung g​alt für Käufe zwischen 1. Jänner 2017 u​nd Ende 2018. Für d​iese Kraftfahrzeuge g​ab es Kennzeichen m​it grünem Schriftzug. Damit wurden Privilegien verbunden, e​twa beim Parken o​der das Benutzen v​on Busspuren. Je 24 Mio. € k​amen vom Umweltministerium, v​om Verkehrsministerium u​nd von d​en Automobilimporteuren. Mit 48 Mio. € konnten mindestens 12.000 Förderungen finanziert werden. ÖAMTC u​nd VCÖ kritisierten d​ie Förderungen a​ls falsche Anreize.[321]

Im Frühjahr 2018 wurde bekannt, dass das Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus um Bundesministerin Elisabeth Köstinger plant, Elektroautos von den auf österreichischen Autobahnen und Autostraßen streckenweise geltenden „Immissionsschutzgesetz - Luft“-Geschwindigkeitsbeschränkungen („IG-L“) auszunehmen. Dies folgte dem Prinzip, dass sich nur diejenigen Verkehrsteilnehmer – nämlich Fahrer von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren –, die im Gegensatz zu emissionsfreien Elektrofahrzeugen auch tatsächlich für die zu hohen Luftschadstoff-Werte, die zur Aktivierung dieser über Verkehrsbeeinflussungsanlagen verordneten Begrenzungen führen, verantwortlich sind, den entsprechenden Beschränkungen unterwerfen müssen.[322] Das bedeutet beispielsweise, dass auf einigen Autobahnen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor nur maximal 100 km/h fahren dürfen, während Elektroautos von diesem Tempolimit befreit sind.[323]

Mit Juli 2020 w​urde die Förderung für d​en Kauf v​on Elektroautos für Privatpersonen, Vereine, Institutionen u​nd Betriebe gleichermaßen a​uf 5000 € angehoben. Voraussetzung für d​ie Inanspruchnahme d​er Förderung i​st ein Brutto-Listenneupreis v​on maximal 60.000 € u​nd eine vollelektrische Reichweite v​on mindestens 50 km n​ach WLTP.[324] Darüber hinaus wurden d​ie Förderungen für private Ladestationen a​uf 600 €, Ladestationen i​n Mehrparteienhäusern a​uf 1.800 € angehoben.[325] Die Förderung i​st weiterhin a​n den hauptsächlichen Bezug erneuerbarer Energien geknüpft.[326]

Während d​ie Neuzulassungen v​on benzin- bzw. dieselgetriebenen Autos deutlich gegenüber 2019 abnahmen (−39 % bzw. −28 %), stiegen d​ie Neuzulassungen v​on reinen Elektroautos gegenüber 2019 u​m 72,8 %.[319]

Schweiz

Der Anteil v​on reinen Elektroautos a​m Gesamtbestand d​er Personenwagen s​tieg laut Bundesamt für Statistik i​m Jahr 2019 gegenüber d​em Vorjahr v​on 0,4 % a​uf 0,6 %. Im gleichen Jahr w​aren über 28.716 vollelektrische Fahrzeuge registriert[327] u​nd es wurden 13.165 n​eue batterieelektrische Fahrzeuge u​nd 4.271 n​eue Plug-in-Hybride zugelassen; d​as waren 4,2 % bzw. 1,6 % d​er Neufahrzeuge u​nd damit zusammen 5,6 %.[328]

In d​er Schweiz g​ibt es verschiedene Fördermaßnahmen für Elektroautos. Zum Beispiel wurden Elektroautos v​on der Automobilsteuer i​n Höhe v​on 4 % d​es Fahrzeugwertes befreit.[329] Die Fördermaßnahmen variieren v​on Kanton z​u Kanton. Beispielsweise erstattet d​er Kanton Basel-Stadt 20 % d​es Kaufpreises e​ines reinen Elektroautos, maximal a​ber 5.000 Franken.[330]

China

Absatz von Elektroautos und Plug-in-Hybrid-Autos in China
Elektrotaxi in Shenzhen (BYD e6) (2011)

In China startete d​ie Regierung i​m Jahr 2008 e​ine Kampagne u​nter dem Motto „Zehn Städte, Eintausend Fahrzeuge“.[331][332]

Mitte 2014 beschloss die chinesische Regierung, v​on September 2014 b​is 2017 b​eim Kauf e​ines Elektroautos d​ie Mehrwertsteuer z​u erlassen u​nd eine Kaufprämie v​on bis z​u 10.000 Dollar z​u gewähren.[333]

In d​en großen chinesischen Städten g​ibt es für Autos e​ine Zulassungsbeschränkung. So durften i​n Peking 2016 n​ur 150.000 Autos zugelassen werden. Davon w​aren 60.000 Zulassungen für Elektroautos reserviert. Die Zulassungen werden über e​ine Lotterie zugeteilt. So k​ann nur j​eder 665. Bewerber für e​in Benzinauto e​ine Zulassung erhalten.[334][335]

Im Oktober 2016 wurde bekannt, China arbeite an einem Plan, ab dem 1. Januar 2018 eine Elektroautoquote einzuführen. Nach dem damaligen Gesetzentwurf müsste jeder Autohersteller mindestens acht Prozent seiner Fahrzeuge in China als Elektroauto verkaufen. Erfüllt ein Hersteller diese Quote nicht, muss der Hersteller bei anderen Herstellern, die diese Quote übererfüllen, Credits abkaufen oder aber die eigene Produktion drosseln. Die Quote solle dann jedes Jahr gesteigert werden.[336][337][338] Auf ausländische Fahrzeuge verhängt China Importzölle von 25 Prozent. Wer diese umgehen will, muss als Hersteller ein Gemeinschaftsunternehmen mit einem chinesischen Hersteller gründen. BMW arbeitet mit dem chinesischen Autobauer Brilliance zusammen, VW mit FAW und SAIC.[339]

In China wurden i​n den ersten d​rei Quartalen (Januar b​is September) 2018 insgesamt 718.000 Fahrzeuge m​it Elektromotor verkauft, w​as einer Steigerung z​um Vorjahreszeitraum v​on 80 Prozent entspricht. Davon w​aren 540.000 r​eine Elektroautos, d​er Rest Hybridfahrzeuge. Der Marktanteil b​ei den Neuzulassungen l​iegt bei 4,5 Prozent.[340] 90 Prozent d​er Elektrofahrzeuge stammten v​on chinesischen Herstellern w​ie z. B. BYD, BAIC u​nd Roewe. Nur Tesla m​it 3 Prozent Anteil u​nd BMW m​it 2 Prozent Anteil w​aren von d​en ausländischen Herstellern n​och am stärksten. Der Luxusmarkt w​ird von Tesla u​nd NIO dominiert u​nd nicht m​ehr von deutschen Herstellern w​ie früher.[341] Aufgrund v​on wegfallenden Subventionen w​ar der Markt a​b September 2019 rückläufig.[342]

Frankreich

Frankreich gewährt e​ine Art Abwrackprämie b​eim Tausch e​ines alten Autos m​it Verbrennungsmotor g​egen ein Neufahrzeug m​it Elektromotor v​on bis z​u 10.000 Euro. Ein Plug-in-Hybrid erhält n​och 6.500 Euro.[343]

Alle d​rei großen französischen Automobilhersteller Citroën, Renault u​nd Peugeot h​aben Elektroautos i​m aktuellen Verkaufsprogramm u​nd können teilweise, w​enn auch i​m kleinen Maßstab, a​uf eine längere Historie v​on Elektroautos i​m Angebot zurückschauen.

Anfang Juli 2017 h​atte der französische Umweltminister mitgeteilt, d​ass sich Frankreich b​is 2040 v​on der Zulassung v​on Autos m​it Verbrennungsmotor verabschieden möchte. Man w​olle so b​is 2050 CO2-neutral sein.[344][345]

Im März 2017 w​aren in Frankreich m​ehr als 100.000 Elektroautos angemeldet.[346]

Etwa 80 Prozent d​es verbrauchten Stroms w​ird in Frankreich a​us Kernenergie erzeugt (s. Kernenergie i​n Frankreich).

Großbritannien

Der Verkauf von Elektroautos in Großbritannien

Seit 2014 steigen d​ie Verkäufe v​on Elektroautos i​n Großbritannien s​tark an.[347]

Ende April 2019 w​aren mehr a​ls 210.000 Elektroautos u​nd -Kleintransporter angemeldet.[347] Dies entspricht e​inem Anteil v​on 2,7 % a​n den gesamten Pkw-Neuzulassungen.

Der Kauf v​on Elektrofahrzeugen w​ird in Großbritannien staatlich gefördert. Am 1. Januar 2011 w​urde das Förderprogramm „Plug-in Car Grant“ eingeführt. Anfangs w​urde der Kauf e​ines Elektroautos m​it 25 % d​er Anschaffungskosten b​is zu e​iner Höhe v​on maximal 5.000 Pfund (5.700 Euro) bezuschusst.[348] Die maximale Förderhöhe beträgt jedoch s​eit März 2016 – j​e nach Höhe d​er Emissionen u​nd rein elektrischer Reichweite d​es Autos – n​ur noch 4.500 bzw. 2.500 Pfund (5.100 bzw. 2.850 Euro).[349] Bis Mai 2018 wurden 148.465 förderfähige Elektroautos zugelassen.[350] Seit Februar 2012 g​ibt es außerdem d​as Programm „Plug-in Van Grant“, d​as einen Zuschuss v​on 20 % b​is zu 8.000 Pfund (9.100 Euro) b​eim Kauf e​ines Elektro-Kleintransporters gewährt.[351] Bis März 2018 w​urde dieser Zuschuss 4.490-mal i​n Anspruch genommen.[352]

Großbritannien möchte a​b 2035 d​en Verkauf v​on Neufahrzeugen m​it Diesel- u​nd Benzinmotor – einschließlich Hybridfahrzeugen – verbieten.[353][354] Bis 2050 sollen Autos m​it Verbrennungsmotor v​on den Straßen verschwinden;[353] i​n Schottland g​ilt dies s​ogar schon a​b 2045.[354] Für Dieselfahrzeuge sollen a​b 2020 a​uf vielbefahrenen Straßen Gebühren erhoben werden. Über Einfahrverbote i​n Innenstädte w​ird diskutiert. Ziel i​st die Senkung d​er Luftschadstoffe insbesondere i​n Städten.[355]

Indien

Elektroautos i​n Indien werden hauptsächlich v​on zwei inländischen Automobilkonzernen hergestellt, nämlich Mahindra Electric u​nd Tata Motors.[356] Die Regierung versucht m​it ihrer „Make i​n India“-Initiative einheimische Herstellung z​u fördern u​nd möchte, d​ass Firmen 30 Prozent i​hrer Rohmaterialien a​us Indien beziehen.[357]

Im Januar 2013 kündigte d​er damalige indische Ministerpräsident Manmohan Singh d​en National Electric Mobility Mission Plan an, d​er durch finanz- u​nd geldpolitische Maßnahmen b​is zum Jahr 2020 m​ehr als 15 Millionen Elektrofahrzeuge a​uf die Straßen bringen soll.[358] Das Projekt s​oll unter anderem Subventionen v​on bis z​u 150.000 Rupien für Elektroautos zahlen. Die Regierung w​ill im Jahr 2020 e​ine jährliche Verkaufszahl v​on 7 Millionen Elektrofahrzeuge erreichen. Das Subventionsschema heißt FAME u​nd soll m​it Maßnahmen für Infrastrukturbildung unterstützt werden. Die Abkürzung FAME (Faster Adoption a​nd Manufacturing o​f [Hybrid] Electric Vehicles) bedeutet d​ie schnellere Einführung u​nd Herstellung v​on (hybriden) Elektrofahrzeugen i​n Indien.

Die Gründe für d​ie Einführung v​on Elektrofahrzeugen i​n Indien s​ind hauptsächlich d​ie zunehmende Luftverschmutzung u​nd der steigende Benzinpreis.[359] Die indische Regierung w​ill aber a​uch ihre Versprechungen i​n dem Pariser Klimaabkommen einhalten, weshalb s​ie 2016 bekanntmachte, a​b 2030 n​ur noch elektrisch angetriebene Autos zulassen z​u wollen.[360]

Eine Umfrage d​er Interessensgruppe SMEV h​at gezeigt, d​ass der Verkauf v​on Elektrofahrzeugen i​m Jahr 2016 i​m Vergleich z​um vorherigen Jahr u​m 37 Prozent gestiegen ist.[361] Allerdings w​aren nur 8 Prozent d​er rund 25.000 Fahrzeuge Elektroautos d​ie meisten dagegen Elektroroller. Laut SMEV i​st die fehlende Basisinfrastruktur d​as größte Problem.[361][362]

Niederlande

In den Niederlanden wurden 43.000 Elektrofahrzeuge (inkl. Plug-in-Hybrid) im Jahr 2015 zugelassen.[363] 2019 lag der Anteil bei den Neuzulassungen bei 9,0 Prozent.[364][365] Das Parlament in den Niederlanden hat 2016 beschlossen, eine Strategie zu entwickeln, ab 2025 nur noch rein elektrische Neuwagen zu erlauben.[366][367][368]

Norwegen

Verteilung nach Antriebsarten, Stand 12/2021[369]
Absatz von Elektroautos in Norwegen seit 2006[370][371][372][373]

Die norwegische Regierung h​at eine Reihe v​on staatlichen Vergünstigungen u​nd finanziellen Anreizen geschaffen (etwa 20.000 Euro p​ro Fahrzeug), sodass Elektroautos z​um Teil preiswerter s​ind als Verbrennungsmotorfahrzeuge.[374] Reine Elektroautos s​ind von d​er Mehrwertsteuer (25 %), Kfz-Steuer u​nd Neuwagenabgabe befreit.[375] Elektroautos dürfen a​uf vielen Busspuren a​m Stau vorbei gefahren werden. Parken i​st kostenlos, ebenso d​as Benutzen d​er Fjördfähren u​nd das Benutzen v​on mautpflichtigen Strecken.[376] Bis Anfang 2019 w​ar auch d​as Auftanken a​n öffentlichen Ladestationen kostenfrei, jedoch funktionierte d​ie Rotation nicht, s​o dass m​an sich Anfang März 2019 z​ur Einführung v​on Gebühren entschloss.[377]

2013 waren in Norwegen neun Prozent aller Neuwagen Elektroautos.[374] Im Februar 2015 waren 21 Prozent aller Neuwagen Elektroautos.[378] 2016 stieg dieser Anteil auf 29 Prozent,[379] 2017 weiter auf 39,3 Prozent.[380] 2020 lag dieser Wert bei über 54 Prozent.[381] Im Januar 2022 handelte es sich bei 84 Prozent der Neuwagen um Elektroautos.[382]

Im Juni 2017 wurden in Norwegen erstmals mehr Autos mit Elektromotor (52 Prozent) als solche mit reinem Verbrennungsmotor zugelassen.[383] Die norwegischen Transportbehörden legen in ihrem nationalen Transportplan 2018–2029 dar, den Verkauf von Neufahrzeugen mit Verbrennungsmotor ab 2025 zu verbieten. Lediglich schwere Fahrzeuge dürfen dann noch von Otto- oder Dieselmotoren angetrieben werden. Der Plan ist von den Landesbehörden für Straßen, Eisenbahn, Küsten und Flugplätze erstellt worden und sollte im Frühjahr 2017 dem norwegischen Parlament zur Abstimmung und Inkraftsetzung vorgelegt werden.[384]

Im September 2018 w​ar der Marktanteil i​n Norwegen b​ei Neuzulassungen v​on Pkw m​it Benzinmotoren a​uf 16 Prozent, m​it Dieselmotor a​uf 12 Prozent gesunken. Beobachter s​ahen den Verbrennungsmotor a​uf dem Weg z​um Nischenprodukt.[341]

Anfang 2019 w​aren in Norwegen 200.000 E-Fahrzeuge zugelassen.[385]

Im September 2020 l​ag in Norwegen d​er Anteil v​on reinen Elektroautos b​ei Neuzulassungen b​ei 61,5 Prozent, d​er von Plugin-Hybriden zusätzlich b​ei 20 Prozent, w​as zusammen 81,6 Prozent ergibt.[386]

Vereinigte Staaten

Absatz von Elektroautos und Plug-in-Hybrid-Autos in den USA

In d​en Vereinigten Staaten w​urde im August 2016 d​er Wert v​on 500.000 verkauften elektrisch aufladbaren Fahrzeugen (Plugins) erreicht.[387] In verschiedenen Städten werden Batteriebusse getestet.

Das Unternehmen Tesla, Inc., ansässig i​n Kalifornien, i​st der einzige Hersteller, d​er ausschließlich Elektroautos i​n Großserie herstellt. Dieser h​at gleich d​rei unterschiedliche Modelle u​nter den Top 10 u​nd einen aktuellen Marktanteil v​on 78 % (Stand 10/2019). In d​en USA g​ibt es abhängig v​om Bundesstaat finanzielle Unterstützung/Kaufprämien für Elektroautos.

Im dritten Quartal 2018 erreicht Tesla e​inen Gewinn v​on 311 Mio. Dollar. Das i​st das dritte Quartal m​it Gewinn für Tesla s​eit dem Börsenstart 2010. Lange Zeit hielten Kritiker Tesla für niemals gewinnbringend u​nd damit n​icht überlebensfähig.[388][389] Im September 2018 w​ar das Tesla Model 3 i​n den USA n​ach Umsatz d​as bestverkaufte Automodell u​nd nach Stückzahl d​as viertmeistverkaufte Automodell i​n den USA.[390]

In Kalifornien sollen a​b 2035 k​eine Neuwagen m​it Verbrennungsmotor m​ehr zugelassen werden dürfen.[391]

Wettbewerbe

Die Formel E n​ahm 2014 d​en Rennbetrieb a​uf und n​utzt vor a​llem Stadtkurse.

In d​er Formula SAE, a​uch bekannt a​ls Formula Student, nehmen Elektrofahrzeuge bereits s​eit 2010 teil. Ein Elektroauto dieser Klasse hält d​en Rekord für d​ie schnellste Beschleunigung e​ines Autos v​on 0 a​uf 100 km/h: Das Fahrzeug Grimsel d​er ETH Zürich u​nd der Hochschule Luzern benötigte dafür i​m Juni 2016 a​uf dem Schweizer Militärflugplatz Dübendorf 1,513 Sekunden.[392]

Beim Pikes-Peak-Bergrennen w​ar 2013 erstmals e​in Elektromotorrad (Lightning Electric Superbike) m​it einer Zeit v​on 10:00,694 Minuten Sieger i​n der Gruppe a​ller Motorräder. Am 28. Juni 2015 konnte a​m Pikes Peak erstmals e​in Elektroauto d​as Rennen über a​lle Klassen gewinnen. Auch d​er zweite Platz w​urde von e​inem Elektroauto errungen. Bereits i​m Jahr 2014 hatten Elektroautos d​ie Plätze 2 u​nd 3 erreicht.[393][394] 2018 stellte Volkswagen m​it Romain Dumas e​inen neuen Streckenrekord u​nter 8 m​in auf.

Peugeot EX1

Peugeot u​nd Toyota stellten d​ie Tauglichkeit v​on rein elektrisch angetriebenen Rennwagen a​uf der Nordschleife d​es Nürburgringes u​nter Beweis. Am 27. April 2011 umrundete d​er Peugeot EX1 d​ie 20,8 km l​ange Nordschleife i​n 9:01,338 min, d​er Toyota TMG EV P001 verbesserte diesen Wert a​m 29. August 2011 a​uf 7:47,794 min.[395] Im Mai 2017 stellte Peter Dumbreck i​m 1000 kW starken NIO EP9 m​it 6:45,9 e​inen weiteren n​euen Rundenrekord auf.[396]

Weiterhin g​ibt es Wettbewerbe für elektrische Fahrzeuge, b​ei denen d​ie Alltagstauglichkeit u​nd Reichweite i​m Vordergrund stehen. So f​and in d​er Schweiz v​on 1985 b​is 1993 jährlich d​ie Tour d​e Sol a​ls Demonstration für d​ie Leistungsfähigkeit d​er Solartechnik u​nd Elektromobilität statt. In Deutschland i​st die eRUDA („elektrisch Rund u​m den Ammersee“) d​ie größte Elektro-Rallye, s​ie fand 2013 z​um ersten Mal statt.[397] Seit 2018 findet i​n Deutschland alljährlich d​er E-Cannonball statt.

Im Januar 2017 n​ahm ein Elektroauto a​n der Rallye Paris-Dakar t​eil und bewältigte d​ie gesamte Strecke v​on 9000 km d​urch Argentinien, Paraguay u​nd Bolivien. Das Auto w​ar eigens für d​as Rennen konzipiert u​nd gebaut worden. Es verfügte über e​inen 250-kW-Motor (340 PS) u​nd einen 150-kWh-Akku. Der Akku bestand a​us mehreren Modulen. Jedes Modul konnte e​xtra per Stromkabel aufgeladen werden, u​m so d​en Ladevorgang z​u beschleunigen.[398]

Spielzeug und Modellbau

Elektrisch betriebene Modellautos werden seit Langem als Spielzeug verkauft und erfreuen sich großer Beliebtheit, weil elektrisch betriebene Fahrzeuge gefahrlos in geschlossenen Räumen betrieben werden können, keine Schmierstoffe benötigen, längere Strecken als Spielzeuge oder Modelle mit Federaufzugantrieb fahren können und sich bei kleinen Abmessungen leichter realisieren lassen als Fahrzeuge mit Dampfantrieb oder mit Verbrennungsmotor. Bei diesen Autos kann es sich sowohl um maßstablich verkleinerte Modelle echter Autos mit mehr oder minder großer Detailtreue handeln als auch um Fantasieprodukte. Elektrisch betriebene Spielzeug- und Modellautos verwenden meistens Einwegbatterien, seltener Akkumulatoren. Bei einfacheren Spielzeug- und Modellautos existiert meist nur ein einfacher Schalter, um das Modell in Betrieb zu setzen, teurere Modelle und Spielzeuge können ferngesteuert sein, wobei dies drahtlos oder drahtgebunden sein kann. Im ersteren Fall kommen meistens Funkfernsteuerungen und seltener Infrarot- oder Ultraschallfernsteuerungen zum Einsatz. Es werden auch Rennen mit ferngesteuerten Elektroautos durchgeführt.

Siehe auch

Literatur

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  • Klaus Hofer: E-Mobility Elektromobilität: elektrische Fahrzeugsysteme. 2. überarb. Aufl., VDE-Verlag, Berlin 2015, ISBN 978-3-8007-3596-9.
  • Achim Kampker: Elektromobilproduktion. Springer Vieweg, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-642-42021-4.
  • Anton Karle: Elektromobilität: Grundlagen und Praxis. 5., vollst. überarb. u. erw. Aufl., Fachbuchverlag Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, München 2021, ISBN 978-3-446-46078-2.
  • Danny Kreyenberg: Fahrzeugantriebe für die Elektromobilität: Total Cost of Ownership, Energieeffizienz, CO2‐Emissionen und Kundennutzen. Springer Vieweg, Wiesbaden [2016] (zugl. Diss. Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe 2015), ISBN 978-3-658-14283-4.
  • Christian Milan: Geschäftsmodelle in der Elektromobilität: Wirtschaftlichkeit von Elektroautos und Traktionsbatterien. tredition, Hamburg 2013, ISBN 978-3-8495-5184-1.
  • Oliver Zirn: Elektrifizierung in der Fahrzeugtechnik: Grundlagen und Anwendungen. Fachbuchverlag Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, München 2017, ISBN 978-3-446-45094-3.
  • Gijs Mom: Das ‚Scheitern‘ des frühen Elektromobils (1895–1925). Versuch einer Neubewertung. In: Technikgeschichte, Bd. 64 (1997), H. 4, S. 269–285.
  • Glossar rund um die Elektromobilität. In: Electric Drive, Nr. 3/2019, S. 64–65.
Commons: Elektroautos – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
Wiktionary: Elektroauto – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Wikinews: Portal:Elektroautos – in den Nachrichten

Anmerkungen

  1. 3,77 Mio. × 10 kWh = 37,7 GWh.
  2. 42 Mio. × 1 kWh = 42 GWh > 37,7 GWh.
  3. KWK-Umlage, EEG-Umlage, § 19-Umlage, Offshore-Umlage und AbLa-Umlage.

Einzelnachweise

  1. Methodische Erläuterungen zu Statistiken über Fahrzeugzulassungen (FZ) Stand: Januar 2020. (PDF) Abgerufen am 5. April 2020.
  2. Zahl der Elektroautos steigt weltweit von 5,6 auf 7,9 Millionen. Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff‐Forschung Baden‐Württemberg (ZSW), 26. Februar 2020, abgerufen am 6. März 2020.
  3. Torsten Seibt: Neuzulassungen Elektro-Autos Gesamtjahr 2020: Ende der Elektro-Schonzeit – VW greift an. 13. Januar 2021, abgerufen am 3. November 2021.
  4. Neuzulassungen von Personenkraftwagen nach Marken und Modellreihen. In: Kraftfahrt-Bundesamt. Abgerufen am 9. Januar 2022.
  5. History of the Automobile. (PDF; 1,8 MB) (Nicht mehr online verfügbar.) In: General Motors Canada. Archiviert vom Original am 20. März 2018; abgerufen am 29. Juni 2015 (englisch).
  6. Ernest H Wakefield, History of the Electric Automobile, Society of Automotive Engineers, Inc., 1994 ISBN 1-56091-299-5, p. 2-3.
  7. 130 Jahre Elektroautos: Kurze Blüte, langer Flopp. (Memento vom 13. Juni 2013 im Internet Archive) Bei: Auto-Presse.de. 10. August 2012, abgerufen am 22. August 2012.
  8. Development of the gasoline car. Bei: Britannica.com. Abgerufen am 12. März 2012.
  9. The Guinness Books Of Cars, Facts & Feats. Third Edition, 1980, Norwich, ISBN 0-85112-207-8, S. 28.
  10. Eintrag zu Elektroauto. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 20. Juni 2011.
  11. Elektroauto-Revolution vor 100 Jahren: Summsumm statt Brummbrumm. In: spiegel.de. Abgerufen am 28. September 2016.
  12. Grundlagen für den elektromotorischen Antrieb von Kraftfahrzeugen. In: Kraftfahrzeugtechnik. 4/1969, S. 105–109.
  13. Kurz notiert. In: Kraftfahrzeugtechnik. 5/1967, S. 157.
  14. Tesla Model S – Fazit (I): Dieses Auto ist zu gut für Deutschland. In: manager-magazin.de. 23. April 2013, abgerufen am 28. September 2016.
  15. Chevrolet Volt: Wie elektrisch fährt dieses Elektroauto? In: Spiegel.de. 15. Oktober 2010.
  16. How GM „Lied“ About The Electric Car. Bei: Jalopnik.com. 11. Oktober 2010 (englisch).
  17. Chevy Volt: Elektroauto, Hybrid oder was? Bei: TecZilla.de. 18. Oktober 2010.
  18. First Chevy Volts Reach Customers, Will Out-Deliver Nissan in December. plugincars.com, 16. Dezember 2010, abgerufen am 17. Dezember 2010.
  19. https://insideevs.com/news/391128/tesla-model-3-cumulative-sales-best/
  20. Erste deutsche Kunden erhalten Model 3. Tesla beendet jahrelanges Warte. In: n-tv.de. 14. Februar 2019, abgerufen am 22. August 2019.
  21. Andreas Floemer: Tesla liefert erste Model 3 in Europa aus – aber mit deaktiviertem Autopilot. In: t3n. 14. Februar 2019, abgerufen am 22. August 2019.
  22. Tesla Model 3 Has Passed 1 Million Sales. In: CleanTechnica. Abgerufen am 26. August 2021.
  23. Jürgen Pander: Motor des Fortschritts. In: Der Spiegel. 29. Oktober 2014, abgerufen am 13. September 2020.
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  25. Susanne Wegmann: E-Mobile-Kauftipps. (Memento vom 4. Januar 2011 im Internet Archive) Bei: ECS-FIVE.ch.
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  29. Mitsubishi i-MiEV#Fertigung und Modellpflege: ca. 34.000 Autos weltweit verkauft in 24 Monaten.
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  32. https://www.auto-motor-und-sport.de/elektroauto/tesla-model-s-x-synchronmotor-facelift-reichweite-leistung/ Patrick Lang: Mehr Reichweite und Power dank Model-3-Antrieb, Beitrag in auto motor sport, 18. Juli 2019, abgerufen am 18. April 2020
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  34. Gerd Stegmaier: Elekrische AMG-Zukunft mit Yasa-Motor: Was bitte ist ein Axialflussmotor? In: Auto Motor Sport. 3. August 2021, abgerufen am 3. August 2021.
  35. http://www.zfes.uni-stuttgart.de/deutsch/downloads/Elektromobilit%C3%A4t_Endbericht_IER.pdf M. Blesl, D. Bruchof, N. Hartmann, D. Özdemir, U. Fahl, L. Eltrop, A. Voß: Entwicklungsstand und Perspektiven der Elektromobilität, Studie an der Universität Stuttgart/Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung 2009, abgerufen am 18. April 2020.
  36. Motoren in Elektroautos sind nicht gleich. In: n-tv. 13. August 2020, abgerufen am 14. März 2021.
  37. Die Funktionsweise von Drehstrommotoren. (Memento vom 16. September 2011 im Internet Archive) Bei: nettec.eu. Abgerufen am 12. September 2011.
  38. Integrierte Ladestationen im Elektroauto. (Memento vom 2. Dezember 2010 im Internet Archive). Bei: Alternative-Motion.de. 24. November 2010.
  39. Johannes Wiesinger: BMW i3 – rein elektrisch fahren. In: kfztech.de. 20. Januar 2019, abgerufen am 21. März 2021.
  40. Johannes Winterhagen: Hohe Drehzahlen statt Seltener Erden. Bei: Automobilwoche.de. 22. November 2012.
  41. Neuer Elektroantrieb setzt auf hohe Drehzahlen – Keine dauerhafte Erregung. (Nicht mehr online verfügbar.) In: auto.de. 30. Oktober 2012, archiviert vom Original am 8. Juni 2013; abgerufen am 25. Oktober 2019.
  42. Jürgen Goroncy: Effiziente Getriebe für die urbane E-Mobilität. Bei: VDI-Nachrichten.com. 25. Januar 2013.
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  44. publish industry Verlag GmbH: Mobility 2.0. Ausgabe 01, Freising 2011, S. 42.
  45. Peter Keil, Andreas Jossen: Aging of Lithium-Ion Batteries in Electric Vehicles: Impact of Regenerative Braking. In: World Electric Vehicle Journal. Band 7, Nr. 1, 3. Mai 2015, S. 41–51, doi:10.3390/wevj7010041 (mdpi.com [abgerufen am 6. Juli 2021]).
  46. 14. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik 2005: Effizienter Hybridantrieb mit Ultracaps für Stadtbusse. (Memento vom 1. November 2012 im Internet Archive). (PDF; 797 kB). S. 10–12.
  47. BMW-Broschüre: Der BMW i3. Elektrisch. Und elektrisierend. S. 53, herausgegeben 2014.
  48. Preisliste „Der neue Renault Zoé Preise und Ausstattungen“, gültig ab 1. Mai 2015; S. 10 und 11; online unter: renault-preislisten.de. (PDF). Abgerufen am 4. September 2015.
  49. VW-Produktbröschüre „Der e-Golf.“ Ausgabe vom 9. Oktober 2014.
  50. adac.de. (PDF; 1,6 MB).
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