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Kostenstruktur der Energiespeicher von batteriebetriebenen Fahrzeugen

Erstellt am: 03.09.2010 | Stand des Wissens: 01.12.2023
Synthesebericht gehört zu:
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.

Die Traktionsbatterie stellt einen zentralen Bestandteil des elektrischen Antriebssystems dar. Sie dient als Energiespeicher, der die zum Antrieb des Fahrzeugs benötigt Energie enthält. Anders als die Tanksysteme konventioneller Antriebe handelt es sich nicht um ein Gefäß für flüssigen Brennstoff. In der Batterie wird elektrische Energie innerhalb eines Verbundes von Batteriezellen gespeichert. Die Energiedichte dieser Speicherform liegt deutlich unter der von konventionellen Kraftstoffen, daher ergeben sich für batterieelektrische Fahrzeuge Probleme im Bereich der Reichweite. Weitere Problemfelder liegen in der Lebensdauer und der Sicherheit. Die Kompensation dieser Schwachstellen erfolgt über den Einsatz neuer Technologien im Bereich der Batteriezellen. Die Lithium-Ionen Technologie ist dabei die zurzeit am meisten verbreitete Alternative. Sie bietet eine relativ hohe Energiedichte, über den Einsatz geeigneter Materialien lassen sich für den Kraftfahrzeugbau relevante Aspekte der Sicherheit und der Lebensdauer adressieren [WaFr11a, S.125 f.]. Die Energiedichte der Lithium-Ionen-Batterie konnte in den letzten 10 Jahren deutlich erhöht werden. Durch weitere Forschungs- und Entwicklungsinitiativen könnte die Energiedichte bis zum Jahr 2030 noch weiter gesteigert werden. So ist es möglich, dass es bei gleichem Platzbedarf für die Batterie zu einer Reichweitenerhöhung von etwa 250 bis 400 auf etwa 500 bis 800 Kilometern kommt [ThWi20]. Die Kostenaspekte dieser Technologie sind ein zentraler Punkt für die Wirtschaftlichkeit von batterieelektrischen Elektrofahrzeugen. Insgesamt ist bei den Batteriekosten eine hohe Streuung zu beobachten, da Skaleneffekten abhängig von der Gesamtzahl der produzierten Fahrzeuge ausgelöst werden können. Somit können die Batteriekosten in Abhängigkeit von der Anzahl der produzierten Einheiten variieren [KöNi21, S.6].
Bei der Betrachtung der Kosten der Fahrzeugbatterien muss zwischen den Kosten fur die Zellfertigung und denen für einsatzfähige Batteriesysteme unterschieden werden. Die Kosten werden dabei auf den Energieinhalt bezogen und in Euro pro Kilowattstunde (Euro/kWh) angegeben. Bei dem 2019 veröffentlichten Audi Model etron liegen die Batteriekosten bei 157 Euro pro Kilowattstunde, was aufgrund der 95 Kilowattstunden großen Batterie Kosten von 14.915 Euro entspricht (bei 100.000 Einheiten pro Jahr) [KöNi21, S.7]. Durch die Weiterentwicklung der Fertigungstechnologien und größeren Produktionsvolumina konnten die Kosten in den letzten Jahren reduziert werden.
Neben den reinen Zellkosten müssen in Bezug auf Batteriesysteme weitere Kostenfaktoren berücksichtigt werden. Die Zellen werden innerhalb eines mechanischen Systems über entsprechende elektrische Komponenten verbunden. Das Thermomanagement stellt die Einhaltung der Betriebstemperaturen sicher, eine Software regelt die Überwachung und Ansteuerung der einzelnen Zellen. Durch die weiteren Komponenten liegen die Kosten für ein Batteriesystem deutlich über denen der einzelnen Batteriezellen. Das Verhältnis zwischen den Kosten für die Zellfertigung und denen für die einsatzfähigen Batteriesysteme lag im Jahr 2020 durchschnittlich bei 2,07 und soll bis zum Jahr 2030 auf durchschnittlich 1,2 sinken. Die zukünftige Senkung der Kosten (welche unabhängig vom Zelltyp erwartet wird) ist insbesondere auf Optimierungen in den Produktionsprozessen und der Zellchemie zurückzuführen [KöNi21, S.8].
Es wird deutlich, dass die Kosten für die Batterie insgesamt einen bedeutenden Anteil am Gesamtwert eines Elektrofahrzeugs ausmachen und die Kosten für einen konventionell betriebenen Kleinwagen übersteigen. Es wird angenommen, dass bei Kosten ab 91 Euro pro Kilowattstunde für die Traktionsbatterie, die batteriebetriebenen Elektrofahrzeuge die Verbrennungsfahrzeuge übertreffen können [KöNi21, S.7].
Ansprechpartner
IKEM - Institut für Klimaschutz, Energie und Mobilität e.V.
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Grundlagen der Elektromobilität (Stand des Wissens: 08.12.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?426933
Literatur
[KöNi21] Adrian König, Lorenzo Nicoletti, Daniel Schröder, Sebastian Wolff, Adam Waclaw, Markus Lienkamp An Overview of Parameter and Cost for Battery Electric Vehicles, 2021/02/03, Online-Referenz doi:10.3390/wevj12010021
[ThWi20] Axel Thielmann, Martin Wietschel, Simon Funke, Anna Grimm, Tim Hettesheimer, Sabine Langkau, Antonia Loibl, Cornelius Moll,, Christoph Neef, Patrick Plötz, Luisa Sievers, Luis Tercero Espinoza, Jakob Edler Batterien für Elektroautos: Faktencheck und Handlungsbedarf, 2020/01
[WaFr11a] Wallentowitz, Henning, Freialdenhoven, Arndt Strategien zur Elektrifizierung des Antriebstranges: Technologien, Märkte und Implikationen , Ausgabe/Auflage 2. Auflage, Vieweg+Teubner, 2011, ISBN/ISSN 3834814121
Glossar
kWh
= Kilowattstunde. Die Wattstunde (Einheitenzeichen: Wh) ist eine Maßeinheit der Arbeit und damit eine Energieeinheit. Eine Wattstunde entspricht der Energie, welche eine Maschine mit einer Leistung von einem Watt in einer Stunde aufnimmt oder abgibt.

Im Alltag gebräuchlich und verbreitet ist die Kilowattstunde, das Tausendfache der Wattstunde. In ihr werden vor allem Strom-, aber auch Heizwärmekosten abgerechnet.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?330587

Gedruckt am Montag, 29. April 2024 10:07:41