Die Blei-Säure-Batterie in Elektroautos

Das macht eine Blei-Säure-Batterie in E-Autos

Die Zukunft ist auf Klimaschutz und grüne Energie ausgerichtet. Auch in der Automobilwelt ist das Thema aktuell, wenn es um die Einführung und Nutzung von Elektromobilität geht. Viele Hersteller überbieten sich in neuen E-Modellen, die in der Reichweite und Akkuleistung immer besser werden. Gegenüber dem Verbrennungsmotor bietet das Elektroauto den Strombezug aus Batterien mithilfe von Elektromagneten, die Strom in Bewegungsenergie umwandeln. Elektrofahrzeuge fahren ohne Benzin, stoßen keine Abgase aus und verursachen keinen Lärm. Ist der Akku leer, schließen Sie ihn einfach an die Steckdose an und laden ihn wieder auf.

Für Kurzstrecken sind E-Autos schon jetzt eine gute Lösung und bleiben der Trend für die Zukunft. Gerne wird jedoch übersehen, dass das Fahrzeug nicht nur eine Lithium-Ionen-Antriebsbatterie besitzt, sondern immer auch mit einem Blei-Säure-Akku als Backup-Batterie arbeitet, ohne die das Fahrzeug nicht auskommt. Das ist für die Umwelt nicht so problematisch wie es den Anschein hat, den Ausgleich schafft die deutlich geringere Treibhausgasemission im Vergleich zu Verbrennungsmotoren.

Warum hat ein Elektroauto noch eine 12-Volt-Blei-Batterie?

Das Ersetzen der Verbrennungsmotoren ist ein Aspekt, mit dem sich Automobilhersteller mehr und mehr auseinandersetzen müssen. Der Trend geht hin zur Nachhaltigkeit – und in Forschung und Entwicklung wird das E-Modell die zukunftsweisende Lösung sein.

Umso verwunderlicher ist es für viele Elektroneulinge, dass ihr Elektrofahrzeug neben der eigentlichen Hochvoltbatterie auch eine 12-V-Blei-Batterie hat. Sie fungiert in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren als Starterbatterie, die für eine kurze Zeit eine sehr hohe Strommenge erzeugt. Zwar ist ein Anlasser im E-Fahrzeug nicht mehr nötig, die 12-Volt-Batterie bleibt jedoch ein wichtiger Bestandteil und wird als Blei-Säure-Variante für die gesamte Bordnetzversorgung benötigt. Gleichzeitig hat sie eine Sicherheitsfunktion und dient der zusätzlichen Energiereserve.

Genauer heißt das: Die Blei-Säure-Batterie ist notwendig, weil der Hochvolt-Akku genauso ausfallen kann wie der Generator bei einem Verbrennungsmotor. Gleiches gilt, wenn das Hochvoltsystem aus Sicherheitsgründen abgeschaltet werden muss. Während die Hochvoltbatterie den Antrieb, den Bordcomputer, die Kabinenheizung und den DC-DC-Wandler versorgt, laufen die gesamte sonstige Peripherie und die Komfortsysteme mit der 12-V-Batterie – Lichter, Anzeigen, Sicherheitssysteme, Steuergeräte, Kühlkreislaufpumpen, Internet, Sitzheizung und Radio.

Welche Batterien werden in der Elektromobilität eingesetzt?

Die Batterien für Elektroautos unterscheiden sich vor allem durch ihre chemischen Elemente. Verwendet werden größtenteils Lithium-Ionen-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien und Blei-Säure-Batterien. Laut IEA Global EV Outlook 2024 dominieren Lithium-Ionen-Batterien den Antriebsbereich, während Blei-Säure-Batterien als Bordnetzbatterien weiterhin unverzichtbar sind.

Lithium-Ionen-Batterien

Lithium-Ionen-Batterien erfreuen sich großer Beliebtheit und arbeiten mit hoher Leistung. Im EV-Sektor tragen sie am meisten zur fortschrittlichen Entwicklung bei und zeichnen sich durch eine hohe Effizienz, einen niedrigen Preis und ein hohes Produktivitätsniveau im Verhältnis zu ihrem Zellgewicht aus. Vorteilhaft sind die Masse und Menge der gespeicherten Energie sowie der vielseitige Einsatz über das Elektrofahrzeug hinaus.

Nickel-Metallhydrid-Batterie

Bei der Nickel-Metallhydrid-Batterie handelt es sich um ein Modell für spezielle Anwendungen. Aufgrund ihrer chemischen Bestandteile und Batteriezellen ist sie weiterhin selten. Sie arbeitet mit Wasserstoff, der eine gesonderte Kontrolle benötigt, während die Batterie gleichzeitig Energie verliert, sobald sie nicht verwendet wird. Ausgeglichen wird das durch die lange Lebensdauer der Batteriezelle. Die Produktionskosten für diese Batterie sind allerdings immer noch sehr hoch, was eine häufige Verwendung erschwert.

Blei-Säure-Batterie

Die Blei-Säure-Batterie ist eine der ältesten und am meisten verbreiteten Batterien. Sie weist ausgezeichnete Leistungsparameter auf, ist sehr günstig in den Produktionskosten und wird auch im Elektrofahrzeug als Zweitbatterie genutzt. Gerade in E-Fahrzeugen ist sie als 12-Volt-Batterie fest verbaut und wird auch in der klimafreundlichen Zukunft ein fester Bestandteil der Modelle bleiben. Denn auch wenn diese Fahrzeuge keinen Anlasser benötigen, ist eine Bordnetzbatterie zwingend notwendig.

Als Backup-Batterie dient das Blei-Säure-Modell dazu, die 12-V-Verbraucher bereits dann zu versorgen, bevor das Hochvoltsystem unter Spannung steht. Das betrifft beispielsweise die Zentralverriegelung, die Komfortelektronik, die Instrumente oder die Sicherheitskomponenten des Hochvoltsystems. Traditionelle Hersteller setzen weiterhin auf Bordnetzbatterien aus Blei-Säure-Technik, da diese die günstigste Variante bleiben. Gleichzeitig ist die Blei-Säure-Batterie bis zu 100 Prozent recycelbar.

Die Bordnetzbatterie als unverzichtbarer Bestandteil des E-Autos

Das Bordnetz stellt die Gesamtheit aller elektronischen Komponenten im Auto dar. Es sorgt für die Stromvernetzung und den Datenfluss zwischen Bauteilen und Steuergeräten sowie die Bordnetzspannung. Von der Lichtmaschine über die Anzeigeelemente, Beleuchtungssysteme und ähnliche Aktoren bis zu Energiespeicher und Sensoren bilden die Komponenten das Bordnetz für Sicherheit und Komfort.

Was versorgt die Bordnetzbatterie?

Mit Niedervolt werden alle sicherheitskritischen Systeme bedient: das Batteriemanagement, ABS, Airbags, Bremskraftverstärker, Gurtstraffer und ESP, alle Lichter, Anzeigen, Instrumente, die Zentralverriegelung, die Kühlkreislaufpumpen, die Steuergeräte, Türen, Scheiben, Wischer sowie Lenk- und Bremsunterstützung. Die Blei-Säure-Batterie hat eine hohe Verfügbarkeit, ein geringes Risiko und übernimmt auch einen Teil des Bordcomputers, der wiederum die Hochvoltbatterie steuert.

Sicherheitssysteme und Pufferfunktion

Die Blei-Säure-Batterie dient gleichzeitig als Puffer. Auch bei E-Fahrzeugen muss sichergestellt sein, dass die Servolenkung funktioniert, die Fahrassistenzsysteme versorgt sind und die adaptive Geschwindigkeit reguliert werden kann. Der Puffer funktioniert sowohl beim Sicherheits-Shutdown der Hochvoltbatterie als auch beim Ausfall des DC-DC-Wandlers. Um auf die Hochvoltbatterie zugreifen zu können, muss die Sicherheit durch eine Analyse der Steuergeräte gewährleistet sein – diese laufen allein mit der Batterie auf Blei-Säure-Basis. Ist diese entladen, kann auch der Bordcomputer nicht hochfahren und ein Start des Autos ist nicht möglich.

Zustandsanalyse

Im Elektrofahrzeug ist immer eine zweite Energiequelle notwendig, um die grundsätzlichen Sicherheitsanforderungen zu gewährleisten. Das betrifft Licht, Lenkung, Bremsen, Scheibenwischer und ähnliches – Funktionen, die garantiert sein müssen, damit sich das Hochvoltsystem auch bei voller Fahrt ausschalten kann, wenn es die Sicherheit erfordert.

Welche Vorteile hat die Blei-Säure-Batterie im E-Auto?

Problematisch für die Umwelt ist der hohe Anteil an Akkus – besonders bei den Lithium-Ionen-Batterien, die keinen Marktwert haben. Gegenüber der Blei-Säure-Variante ist das Recyceln dieser Akkus noch sehr teuer. Aufgrund der vielen Inhaltsstoffe ist die Demontage der verschiedenen E-Fahrzeuge äußerst komplex, sodass die Einnahmen der recycelten Stoffe die Kosten für Demontage und Recycling nicht ausgleichen.

Deutlich besser sieht es bei den Blei-Säure-Akkus aus. Sie bestehen zu drei Viertel aus Metall und lassen sich lohnend recyceln und zu 100 Prozent wiederverwerten. Da es in Sachen Herstellung und Preis noch keine Alternativen gibt, bleibt die Blei-Säure-Batterie als günstigste Lösung weiterhin effizient. Sie hat puffernde Funktionen und muss keine hohe Leistung erbringen – das verlängert ihre Langlebigkeit.

Die meisten Elektrofahrzeuge enthalten ganz normale Blei-Säure-Batterien in verschiedenen Konstruktionsformen: flüssige Elektrolyt-, AGM- oder Gel-Batterien. Da diese im Verhältnis zu ihrer Kapazität noch groß und schwer sind, wird daran gearbeitet, Gewicht und Größe weiter zu reduzieren.

Welche Entsorgungsprobleme gibt es beim Lithium-Ionen-Akku?

Problematisch ist bei Lithium-Ionen-Akkus, dass wertvolle Ressourcen wie Lithium, Graphit und Kobalt verloren gehen. Angestrebt ist ein geschlossener Lebenszyklus für Antriebsbatterien, was durch Förderprogramme in die Wege geleitet werden soll. Zwar wird dem Vorhaben eine gute Umweltbilanz bescheinigt – momentan ist das alles jedoch noch nicht kostendeckend, da ein nachhaltiger Kreislauf zu viel Aufwand und Energie erfordert. Entsprechend wird der Blei-Säure-Akku weiterhin im Vordergrund stehen und besonders als Bordnetzbatterie unverzichtbar bleiben.

Wie lange hält die Blei-Säure-Batterie und wann muss sie getauscht werden?

Für alle Akkus gilt: Eine Tiefentladung schädigt die Batterie. Empfohlen wird, das 12-V-System extern mit Strom zu versorgen. Eine gute Konstruktion des Elektrofahrzeugs schließt auch die 12-V-Batterie in die periodische Überwachung mit ein – entsprechend lädt die Batterie über das Hochspannungssystem und den DC-DC-Wandler nach. Je nach Hersteller sollten Sie die Zweitbatterie alle zwei bis drei Jahre austauschen, damit die volle Funktionalität des Elektrofahrzeugs gewährleistet ist.

Die Blei-Säure-Batterie ist dabei das sicherheitsrelevante Bauteil, das die Fahrzeugkomponenten auch dann mit Strom versorgt, wenn das Hochvoltsystem aus Sicherheitsgründen ausgeschaltet wird. Der Austausch ist spätestens dann notwendig, wenn Sie auf dem Display des Bordcomputers die Anzeige „ELEC System prüfen" sehen und die Batteriewarnleuchte aufleuchtet.

Die 12-V-Batterie entnehmen Sie nach Angaben des Herstellers oder anhand der Informationen in der Fahrzeuganleitung. Sie ist entweder im vorderen Bereich verbaut oder hinten im Innen- oder Kofferraum. Die Prozedur des Ausbaus bleibt dabei jedoch immer gleich. Der Wechsel der Hochvoltakkus sollte dagegen einem Fachmann überlassen werden – die Komponenten sind an den orangefarbenen Leitungen zu erkennen und der Ausbau erfordert ausgebildete KFZ-Kenntnisse und die dazugehörige Ausrüstung.

Fazit: Blei-Säure-Batterie bleibt unverzichtbar im E-Auto

Auch in der Ära der Elektromobilität bleibt die Blei-Säure-Batterie ein unverzichtbarer Bestandteil jedes E-Fahrzeugs. Als Bordnetzbatterie versorgt sie alle sicherheitsrelevanten Systeme, dient als Puffer beim Ausfall des Hochvoltsystems und ist zu 100 Prozent recycelbar. Wer sein E-Auto zuverlässig betreiben möchte, sollte die 12-Volt-Batterie regelmäßig prüfen und rechtzeitig tauschen.