Was ist der Unterschied zwischen Watt und Volt-Amperes?

Lotus hat eine Designstudie vorgestellt, die sich auf einen elektrischen Langstreckenrennwagen konzentriert – das Ziel ist es, diesen in der Saison 2030 in Le Mans und auf anderen Strecken einzusetzen. Zu den geplanten Innovationen des Lotus E-R9 gehören ein Elektromotor für jedes Rad und flugzeugähnliche Karosserieteile, die ihre Form je nach Bedarf ändern können, um auf den Geraden einen minimalen Luftwiderstand und in den Kurven einen maximalen Abtrieb zu erzeugen.

Von allen vorgeschlagenen Merkmalen war es am merkwürdigsten, dass die Lotus-Ingenieure sich für eine im laufenden Betrieb austauschbare Batterie entschieden haben, die von der Boxencrew mit ein wenig mechanischer Hilfe auf ähnliche Weise wie das Nachfüllen von Kraftstoff gewechselt werden kann.

Das Le-Mans-Konzeptfahrzeug ER-9 von Lotus verfügt über bewegliche Aero-Oberflächen und einen vollständig austauschbaren Akku.

Während eines Le-Mans-Rennens muss ein Auto etwa alle 45 Minuten einen Tankstopp einlegen, insgesamt etwa 30 Mal. Das bedeutet, dass ein Auto etwa 100 Meilen weit fahren können muss, bevor es auftanken muss, um konkurrenzfähig zu sein. Die Batterietechnologie ist jedoch erst so weit fortgeschritten, dass sie für kürzere Rennen (etwa 45 Minuten), wie in der aktuellen Formel E, sinnvoll ist. Bis 2030 rechnet Lotus damit, dass das Problem gelöst sein wird.

„Die Energie- und Leistungsdichte von Batterien entwickelt sich von Jahr zu Jahr deutlich weiter. Vor 2030 werden wir Batterien mit gemischter Zellchemie haben, die das Beste aus beiden Welten bieten, sowie die Möglichkeit, die Batterien bei Boxenstopps im laufenden Betrieb auszutauschen“, sagte Louis Kerr, Mitglied des E-R9-Entwicklungsteams und leitender Plattform-Ingenieur für den Lotus Evija, einen Elektro-Sportwagen in Kleinserie und das erste Elektroauto, das vom Unternehmen vorgestellt und hergestellt wird.

Der Gedanke, dass ein Auto auf der Grundlage von Hot-Swap-Batterien entwickelt werden kann, die ein schnelleres „Auftanken“ ermöglichen, ist nicht neu. Tatsächlich hat Elon Musk 2013 die Batteriewechsel-Technologie von Tesla in seinem Model S vorgeführt. Als Tesla jedoch in Kalifornien eine Batteriewechselstation eröffnete, die darauf vorbereitet war, die Energiezellen eines Fahrzeugs gegen voll aufgeladene auszutauschen, anstatt sich auf Schnellladestationen zu verlassen, lehnten die Besitzer das Konzept des Batteriewechsels ab. Nur eine kleine Anzahl von Fahrzeugen wurde zum Austausch der Batterien gebracht.

Erfolgreiches Swapping in China

Allerdings scheint die Idee in China zu funktionieren, dem größten Elektromarkt der Welt mit 3,1 Millionen aktiven Elektrofahrzeugen. NIO, ein 2014 gegründeter, börsennotierter Automobilhersteller mit Sitz in Shanghai, ist mit einem Batterietausch-Geschäftsmodell erfolgreich. Kunden der chinesischen Marke können nur das Fahrzeug kaufen, sich für BaaS (Battery as a Service) entscheiden und das beste Batteriepaket für ihren Bedarf auswählen: 70 kWh oder das neuere 100-kWh-Paket, zum Beispiel.

Batterietausch eröffnet auch die Möglichkeit, dass Autohersteller die Gesamtkosten des E-Fahrzeugs senken können, da die Verbraucher die Batterie nicht besitzen – sie wird geleast, bis sie ausgetauscht wird. Batterien sind einer der teuersten Bestandteile eines Elektrofahrzeugs. Das BaaS-Abonnementmodell von NIO zum Beispiel entkoppelt die Batteriekosten vom Kaufpreis der Fahrzeuge. Mit dem BaaS-Modell können Kunden die NIO ES8-, ES6- oder EC6-Fahrzeuge ohne Batterie kaufen, Batterien verschiedener Kapazitäten mieten und die Batteriegebühr monatlich entsprechend ihrem tatsächlichen Bedarf bezahlen.

Abgebildet ist eine NIO-Batterie in der Batterietauschstation des Unternehmens.

NIOs „Batterien-nicht-inklusive“-Programm für seine 70-kWh-Batterie kann Käufern eine Ersparnis von 10.000 US-Dollar gegenüber dem Fahrzeugpreis ermöglichen. Derzeit kostet ein 70-kWh-Akku etwa 145 US-Dollar pro Monat.

Mit einer 100-kWh-Batterie kann die Reichweite der NIO-Modelle nun bis zu 615 km betragen. Beim Kauf eines NIO-Autos mit der 100-kWh-Batterie über BaaS werden 128.000 RMB (19.732 $) vom Preis des Autos abgezogen, und es fällt eine monatliche Batteriegebühr von 1.480 RMB (228 $) an.

NIO hat damit einen Erfolg erzielt, wie ihn bisher kein anderer Autohersteller auf der Welt hatte. Sein EV-Batterie-Tausch-Service in China, genannt NIO Power, hat die Marke von 1,1 Millionen Tauschvorgängen überschritten. NIO hat auch die Größe seines Batteriewechsel-Netzwerks auf 158 erweitert und plant, bis 2021 300 weitere zu errichten, da der Automobilhersteller mehrere Vereinbarungen unterzeichnet hat, die darauf abzielen, diese Zahl noch weiter zu erhöhen.

So hat NIO beispielsweise eine Vereinbarung mit State Grid EV Service, einer Einheit des staatlichen chinesischen Stromversorgers, über den Bau von 100 Stationen in ganz China und eine strategische Kooperationsvereinbarung mit einem führenden chinesischen Möbelhändler, Red Star Macalline, über den gemeinsamen Bau von EV-Lade- und Batteriewechselstationen geschlossen. Im Rahmen der letztgenannten Vereinbarung werden die beiden Parteien in diesem Jahr gemeinsam 60 solcher Stationen errichten.

NIO hat seine erste Batteriewechselstation im Mai 2018 gebaut. Jede Station hat fünf Plätze für austauschbare Batterien. Es dauert durchschnittlich drei bis fünf Minuten, um an einer NIO-Power-Swap-Station entladene Batterien durch voll aufgeladene zu ersetzen. Das ist ungefähr die gleiche Zeit, die man zum Tanken an einer Tankstelle benötigt.

Das Neueste von NIO

Auf seinem NIO-Tag Anfang Januar stellte das Unternehmen sein 150-kWh-Batteriepaket und die zweite Generation der Batteriewechselstation vor.

Das neue Akkupaket erhöht die Energiedichte auf 360 Wh/kg dank eines Hybridelektrolyts, einer anorganischen Si/C-Verbundanode und einer nano-beschichteten Hoch-Nickel-Kathode. Diese Batterie erhöht die Reichweite des neuen ES8 auf 850 km, des ES6 auf 900 km, des EC6 auf 910 km und des ET7 auf über 1.000 km.

Die Batteriewechselstation der zweiten Generation von NIO kann 13 Batterien aufnehmen, was bis zu 312 Wechselvorgänge pro Tag ermöglicht. NIO geht davon aus, dass die Zahl seiner Batteriewechselstationen in China bis Ende 2021 auf 500 ansteigen wird. BaaS deckt inzwischen 64 Städte in China ab, und NIO baut jede Woche eine neue Batteriewechselstation in China.

Neben NIO arbeiten BAIC BJEV, die Elektrofahrzeug-Einheit der Beijing Automotive Group (BAIC), und State Grid EV, ein staatliches chinesisches Stromversorgungsunternehmen, im Batteriewechselgeschäft mit dem Ziel zusammen, gemeinsam 100 Batteriewechselstationen einzurichten und bis Juni 2021 nicht weniger als 10.000 Fahrzeuge mit austauschbaren Batterien zu versorgen.

Regierungsrolle

Eines der Hindernisse für einen umfassenden Versuch, den Batterietausch in China flächendeckend einzuführen, ist die Tatsache, dass das chinesische Finanzministerium in diesem Jahr die Subventionen für Elektroautos um 20 % gekürzt hat; der Standardbetrag, der den Käufern im vergangenen Jahr erstattet wurde, betrug etwa 18.000 RMB (2.800 $). Dieser Rabatt wird nun auf etwa 2.220 Dollar reduziert. Pekings Subventionen laufen bis zum Jahr 2022 aus.

Um einen sicheren Batterietauschprozess zu gewährleisten, arbeitet die chinesische Regierung an der Standardisierung von Batterietauschdiensten mit dem Ziel, gemeinsame Industriestandards für das Verfahren zu schaffen. Dies ist wichtig, da die chinesischen Elektroautohersteller, die einen Batterietausch-Service anbieten, einschließlich BJEV und NIO, unterschiedliche Batteriemodelle haben, was bedeutet, dass Elektroautobesitzer ihre Batterien nur in der Station ihrer eigenen Marke tauschen können.

Die technische Anpassung, die erforderlich ist, um mehrere Arten von batteriebetriebenen Fahrzeugen zu bedienen, ist schwierig. Sie kann jedoch überwunden werden, wenn man etwa mit einer Taxiflotte arbeitet, in der alle Taxis gleich sind.

Infolgedessen erwarten Branchenbeobachter, dass sich der Batterieaustausch bei Robo-Taxis und Flotten mit gemeinsamem Eigentum durchsetzen wird. Chinas größter Hersteller von reinen Elektroautos, BAIC BJEV, verfügt beispielsweise über 206 Batterietauschstationen in 19 Städten in China. Die Stationen dienen hauptsächlich der Taxiflotte des Unternehmens.

Auch die Bluepark Intelligence Energy Technology Company, selbst ein Batterietechnik-Spinoff der BAIC-Gruppe, verfügt Berichten zufolge über 187 Batteriewechselstationen in 15 chinesischen Städten. Das Bluepark-Batterietauschprogramm richtet sich vor allem an Taxifahrer und Carsharing-Netzwerke; es bedient 16.000 elektrisch betriebene Taxis. Einer der Investoren von BluePark Intelligence ist SK Future Energy Shanghai, eine hundertprozentige Tochtergesellschaft von SK Innovation aus Korea, die wiederum Teil des koreanischen Mischkonzerns SK Group ist.