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Wechselakkus für Elektroautos: Zukunft der E-Mobilität?
20. April 2022
Elektroautos und E-Mobilität

Wechselakkus für Elektroautos: Zukunft der E-Mobilität?

In 180 Sekunden von 0 auf 100! Das sind nicht etwa die Beschleunigungswerte eines Trabbis, sondern die Zeit, mit der Elektroautos mit Wechselakkus bei 100% Batterieladung sein sollen. Das schafft keine Ladesäule, aber mit einem Wechselakku ist es möglich. Die Technik erlaubt Lade-Stopps auf dem Temponiveau von fossilem Volltanken.

Leerer Akku raus, geladene Batterie rein und weiterfahren? Laut einer Untersuchung der deutschen Akademie für Technikwissenschaften könnte ein solches Tausch-Akku-Prinzip den häufigsten Kritikpunkt am E-Auto beseitigen. 60 Prozent der Deutschen entscheiden sich laut der Studie „Mobilitätsmonitor 2021“ vor allem aufgrund der Ladezeiten gegen den Kauf eines Elektroautos. Ein Vorbehalt, der mit zunehmender Verbreitung der Antriebsart immer bedeutsamer wird. Was, wenn die nächstgelegene Ladestation schlicht belegt ist?

Bei der Idee, den Akku einfach zu tauschen, rücken Service-Stationen an Stelle der Ladesäulen. Das vom Verbrenner gewohnte Prinzip des kurzen Tankstellen-Stopps bleibt bestehen, wenn sich auch der technische Vorgang stark unterscheidet. Die Idee fasziniert Hersteller wie Investoren schon lange: Die erste praktische Umsetzung ist beinahe so alt ist wie das Automobil selbst. 2022 könnte sie im größeren Maßstab zurückkehren.

Doch das Hochskalieren birgt einige technische und infrastrukturelle Schwierigkeiten. Die für Europa und China geplanten Projekte stellen noch längst nicht die Renaissance der Tauschbatterie dar. Was im Idealfall geplant ist? Und woran es in der Praxis scheitern könnte? Das liest du hier.

Wechselakkus: Überblick, Grundprinzip und Voraussetzungen

Beim Batterietausch anstelle des Nachladens fährt das Elektroauto in eine spezialisierte Service-Station ein. Dort wird der beinahe entleerte Stromspeicher gegen eine vollgeladene Batterie gewechselt wird. Der entnommene Wechselakku des E-Autos wird in der Station wieder aufgeladen und steht für einen der nächsten Kunden bereit. Im Idealfall geschieht das Ganze nahezu vollautomatisch.

Damit dieses Konzept einen Vorteil bietet, ist ein möglichst schneller Wechsel entscheidend. Nach Aussagen von Industrie-Experten lassen sich Wechselzeiten unterhalb von fünf Minuten nur dann erreichen, wenn das Fahrzeug auf diesen Vorgang hin konstruiert wurde. So müssten alle kritischen Komponenten standardisiert sein, möglichst viele Elektroautos bräuchten die gleichen Bauteile. Sobald verschiedene Stromspeicher für unterschiedliche Modelle zum Einsatz kommen, verkompliziert das die Lagerung und Montage erheblich.

Die neuesten Ansätze, etwa vom chinesischen Autobauer Nio, zielen deshalb auch auf einen hohen Grad an Automatisierung ab. Einige Wechselstationen sollen bereits über voll-autonome Systeme für den Tausch des E-Auto-Akkus verfügen. Aus Sicht der Fahrer existiert eine weitere entscheidende Bedingung neben der Dauer des Wechsels: Die Verfügbarkeit. Das Angebot an Service-Stationen muss zum eigenen Fahrprofil und der Reichweite des Autos passen.

Pioniere: Historische und moderne Modelle mit Tauschakku

Elektroautos, Wechselakkus, revolutionäre Technologien? Mitnichten. In den letzten 100 Jahren hat sich dann aber doch einiges getan. (Bild: The Automobile Magazine, Vol.2)

Zukunftsmusik? Mitnichten. Als das Akku-Wechseln erstmals zur Anwendung kam, dachte man bei „Tesla“ noch an den kroatischen Physiker mit Vornamen Nikolai. Nicht auszuschließen, dass Nikolai Tesla im New York der späten 1890er Jahre hin und wieder sogar in einem E-Fahrzeug mit Wechselakku Platz nahm. Wenn auch nicht auf dem Fahrersitz: Die ersten Wechselakku-Fahrzeuge dienten der US-Metropole Ende des 19. Jahrhunderts als Taxis.

Wie lange ein Batteriewechsel an den Autos der Columbia Automobile Company einst dauerte, ist nicht überliefert. Es scheint, als scheiterte das Projekt an anderen Problemen. Technik-Historiker nennen vor allem die mäßige Reichweite der Autos, gepaart mit den hohen Kosten eines engmaschigen Stations-Netzes.

Erst mehr als ein Jahrhundert später folgte der nächste Vorstoß mit E-Antrieb und Tauschbatterie: Das israelische Unternehmen Better Place wollte der (wieder-)aufkommenden Elektromobilität 2007 mit dem Tauschkonzept zum Durchbruch verhelfen. Renault-Nissan beteiligt sich und passt die 2011 gelaunchte, elektrische Variante des Renault Fluence für den schnellen Aus- und Einbau des Stromspeichers an. Drei Minuten sollte der Wechsel des 22 kWh großen Lithium-Ionen-Akkus im Heckbereich beanspruchen.

Was zum Erfolg fehlte? Rückblickend schlicht die Nachfrage nach Elektroautos. Bei gesamt rund 400.000 verkauften Stromern weltweit, entfiel nur Bruchteil auf Renaults Kompakt-Limousine. Eine Basis für ein flächendeckendes Netz an Tausch-Punkten war das nicht. Better Place meldet im Jahr 2013 Insolvenz an.

Schon 2015 ist die Welt eine andere und die E-Mobilität einen Schritt weiter auf dem Weg in Richtung gesellschaftlicher Mitte. Doch erneut scheiterte ein Vorstoß an mangelnder Nachfrage: Tesla hatte den Akkutausch im Jahr 2013 auf einem “Battery Swap Event” präsentiert und bot die Tauschoption testweise im Raum San Francisco an. Doch laut CEO Elon Musk nahmen nur wenige Tesla-Fahrer das Angebot an. Ein Grund, warum der Elektro-Autobauer aktuell ausschließlich auf das Schnell-Ladekonzept setzt.

Wechselbatterie im E-Auto: Aktuelle Projekte, Nio, Renault und Co.

Renault arbeitet an mobilen Batterie-Ladestationen, die allerdings vorerst für Recycle-Akkus gedacht sind. (Bild: Renault)

Woher kommt die aktuelle, erneute Diskussion ums Thema? Der Haupttreiber ist, dass dieses Prinzip in China bereits zufriedenstellend läuft. Und zwar in größerem Maßstab als alle bisherigen Versuche. E-Auto-Spezialist Nio betreibt dort bereits mehr als 600 Anlagen für rasche Tauschvorgänge von Akkus. Bis zum Jahr 2025 soll ihre Anzahl sogar auf 4.000 steigen. 1.000 dieser Service-Stationen plant Nio in Regionen außerhalb Chinas.

Nio nennt Wechselzeiten im Bereich von zwei Minuten, zumindest für die neueste Generation seiner Anlagen. Beim Start im Jahr 2020 setzt der Elektroauto-Hersteller noch auf einen höheren Anteil manueller Arbeit beim Akkutausch. Seit Frühjahr 2021 erhöht Nio den vollautomatischen Anteil schrittweise.

Unter den aktuellen E-Auto-Modellen des Herstellers spielt der ES8 die größte Rolle. Das SUV mit 75 kWh oder 100 kWh großem Akku bietet Nio bereits in Norwegen an, weitere europäische Märkte sollen folgen. Im skandinavischen Elektro-Musterland existiert zwar nur eine Tausch-Station (Stand: Frühjahr 2022), doch das Geschäftsmodell steht. Mit der „Baas“-Option („Batterie as a Service“) können Käufer den Stromspeicher mieten. Das kennen deutsche E-Autofahrer vom beliebten Elektro-Kleinwagen Renault Zoe: Der Fahrzeugpreis sinkt, dafür fällt eine monatliche Batteriemiete an.

Anhand konkreter, norwegischer Zahlen heißt das: Der Nio ES8 kostet mit Mietakku ab 53.500 Euro, unabhängig von der Größe. Mit Eigentums-Batterie sind es knapp 63.000 bis knapp 70.000 Euro Basispreis. Die Monatsmiete der Batterie kostet bei Nio 142 Euro (75 kWh) oder mehr etwas mehr als 200 Euro (100 kWh). Inklusive sind bis zu sechs Batterie-Wechsel pro Monat, ein wesentlicher Unterschied zum mit rund 72 Euro wesentlich günstigeren Mietmodell von Renault.

Denkbar ist, dass Renault sein Mietprinzip ebenfalls (erneut) um eine Akkutausch-Variante erweitert. Renault hat die Technologie bereits im Jahr 2020 mit der Studie “Morphoz” wieder aufgegriffen. Außerdem bekräftigte Konzern-Chef Luca de Meo im Jahr 2021 in einem Interview mit der Financial Times die Ernsthaftigkeit dieser Überlegungen.

Aber nicht jeder Ankündigung wird tatsächlich ein Netz an Tauschstationen folgen. Der deutsche Elektroauto-Hersteller e.Go hatte das Konzept für seinen Stadt-Kleinstwagen e.Go Life auf dem Zettel. Ob der niederländische Marken-Neueigentümer das “e.Pit” getaufte Prinzip in sein Programm mit aufnehmen wird, ist bislang noch unklar. Mit Wechselzeiten von einer Stunde wäre das e.Go-Tauschmodell allerdings nicht attraktiver als schnelles Laden – und dem Ansatz von Nio unterlegen.

Die Zukunft des Wechsel-Akkus in Deutschland

Das chinesische Startup Nio trägt das Konzept Wechselbatterie mit Abstand am weitesten. (Bild: Nio)

Ganz unabhängig von Nios Markteintritt, den Plänen von Renault oder der Zukunft eines Aachener Start-ups: Deutschlands erste Akku-Wechselstation für Autos steht bereits. Das deutsch-chinesische Kooperationsprojekt “Infradianba” betreibt seit Ende 2021 einen Servicepunkt in Berlin. In dem Modellprojekt schließt sich gewissermaßen ein Kreis: Wie im New York der späten 1890er-Jahre zielt das Projekt auf Taxis. In diesem Fall geht es um die Akkus von elektrischen SUVs der Marke MG. Die britische Traditionsmarke gehört heute Chinas größtem Autobauer SAIC.

Tausch-Stationen also, wegen unterschiedlicher technischer Standards, also nur für eine bestimmte Marke oder Konzern-Plattform? Ein Multimarken-System halten Experten für wenig aussichtsreich. Die Wechsel-Infrastruktur brauche einen hohen Anteil an Standardisierung, was den Herstellern wiederum einiges an Alleinstellungsmerkmalen und somit Profitmargen rauben würde – erklärt etwa Branchen-Experte Ferdinand Dudenhöffer gegenüber dem Magazin mobility.talk.

Ein großer Lagerbestand unterschiedlicher Batterietypen würde das Tauschsystem unwirtschaftlich machen. Generell ist die Frage nach der Sinnhaftigkeit also nicht beantwortet. Schließlich ist der Ausbau der Schnelllade-Infrastruktur weit fortgeschritten, eine konkurrierende Technologie nur schwer zu etablieren und finanzieren.

Allerdings: Finanziell potente Unternehmen könnten ein dichtes Netz an Service-Stationen durchaus aufziehen und mit einem attraktiven Preismodell auch erfolgreich vermarkten. Denn auch mit einem Schnelladenetz ist es nicht so leicht, Geld zu verdienen.

Nio plant bereits 2022 die ersten Stationen in Kooperation mit Shell, einem Öl-Konzern, den bisher wenig mit der E-Mobilität verbindet. Der jedoch über ein großes Netzwerk an Tankstellen verfügt, wo sich ein solches System mit standardisierten Nio-Stationen durchaus realisieren ließe. Die Menschen verbinden die hell erleuchteten Tankstellen mit kurzen Stopps und Energie für die nächsten Kilometer. Deshalb sehen einige Branchen-Beobachter in dieser Verbindung durchaus Erfolgschancen. Wenn Nio in Deutschland genug Autos verkauft, könnte die Renaissance des Akku-Tauschens durchaus funktionieren.

Titelbild: NIO GmbH

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