Der Akku ist das teuerste Bauteil eines Elektroautos – doch eine einzige defekte Zelle kann das gesamte Batteriepaket erheblich früher abgeschrieben werden. Eine kürzliche Studie an tatsächlichen Fahrzeugen zeigt, dass Abweichungen zwischen den einzelnen Zellen die nutzbare Lebensdauer der Akkus um bis zu 22,8 Prozent verringern können. Diese Störung bleibt oft lange versteckt und erst nach hunderten Ladevorgängen oder hoher Fahrleistung offensichtlich.
In einem modernen Elektroauto arbeiten Hunderte Batteriezellen in einem Paket zusammen. Wenn eine Zelle schneller altern als ihre Nachbarn, limitiert dies das gesamte System: Bei der Ladung erreicht die schwache Zelle früher ihre Grenzwertspannung, ein zunehmender Innenwiderstand drückt die Leistung und schließlich bestimmt diese Zelle, wann das Batteriepaket seine Lebensdauer erreicht. Die anderen Zellen können im Moment noch gut funktionieren – doch mit der defekten Zelle wird das gesamte System unsauber.
Die in der Fachzeitschrift „Nature Energy“ am 25. August veröffentlichte Forschung „Quantifying the impact of cell-to-cell inconsistency on electric vehicle battery degradation and utilization“ basiert auf mehr als drei Jahren Betriebsdaten von 116 Elektro-Pkw mit NMC-Batterien und 17 Elektrobussen mit LFP-Akkus. Die Fahrzeuge erreichten Laufleistungen bis zu 300.000 Kilometern. Unterschiede zwischen den Zellen verkurzten die Lebensdauer der Batteriepakete bei Pkw im Durchschnitt um 17,7 Prozent und bei Elektrobussen sogar um 22,8 Prozent. Gleichzeitig sank die Leistungsfähigkeit durch unterschiedliche Innenwiderstände um durchschnittlich 12,9 bis 15,1 Prozent.
Bei 19 genauer untersuchten Pkw blieb die Abweichung in der Zellgesundheit bis etwa 170.000 Kilometern gering. Danach zeigten sich deutliche Unterschiede bei vielen Fahrzeugen, weil einzelne Zellen früher beschleunigt altern. Bei einem Akku mit 95 Zellen waren die Spannungsverläufe bei 73.000 Kilometern fast gleich, bei 304.000 Kilometern waren sie stark ungleich. Der Zeitpunkt variiert stark zwischen Fahrzeugen: Während einige Systeme bereits ab rund 170.000 Kilometern auseinanderliefen, blieben andere Exemplare bis zu 300.000 Kilometer stabil.
Die Störung entsteht oft erst nach mehreren hundert Ladezyklen. Ein Auto kann beim Kauf vollständig normal funktionieren, während eine defekte Zelle erst mit zunehmender Fahrleistung Probleme verursacht. Für Käufer gebrauchter Fahrzeuge ist dies besonders gefährlich, da die Störung tief im Batteriepaket versteckt sein kann.
Die Ursachen liegen bereits in der Herstellung: Unterschiede in den Rohstoffen, Schwankungen bei der Fertigung und eine ungünstige Gruppierung der Zellen können zu Ungleichheiten führen. Bei unzureichender Qualitätskontrolle könnten sogar defekte Zellen in das Paket eingebaut werden. Während des Betriebs verstärken Temperaturunterschiede, Position der Zellen, Kühlung, mechanische Belastungen und Vibrationen die Abweichungen.
Über die gesamte Lebensdauer kostet dieses Ungleichgewicht erhebliche Kapazitätsverluste. Die Pkw-Batterien nutzen im Durchschnitt lediglich 80,7 Prozent der verfügbaren Energieressourcen, bei den Elektrobussen waren es nur 72,9 Prozent. Der Hauptverlust entsteht, wenn die schwache Zelle das Ende des Pakets bestimmt und die gesünderen Zellen gleichzeitig abgeschaltet werden – was die Ressourceneffizienz der Elektroautos weiter verschlechtern kann.
Eine weitere Untersuchung aus Großbritannien zeigt, warum diese Probleme beim Gebrauchtwagenkauf oft unter dem Radar bleiben. Der Batteriediagnostiker Generational analysierte rund 10.000 Tests von gebraucht Electros. Bei etwa jedem 85. Test lag die Spannungsdifferenz zwischen der stärksten und schwächsten Zelle über 50 Millivolt – ein Wert, der genauer untersucht werden sollte. Rund jeder 200. Test überschritt sogar 100 Millivolt, was auf einen Fehler hinweisen kann.
Der „State of Health“-Wert beschreibt zwar die verbleibende Kapazität des Akkus, zeigt aber nicht immer die Gesundheit einzelner Zellen. In einigen Fällen kann ein Fahrzeug eine stabile Gesamtwert anzeigen, während auf Zellbene bereits Störungen entstehen. Warnsignale oder Verhaltensänderungen treten erst bei stärkerer Abweichung auf – und dann sind die Reichweite, das Ladeverhalten und der Fahrzeugwert betroffen.
Für Käufer gebrauchter Elektroautos stellt dies ein hohes Risiko dar: Ein guter Gesamtwert des Akkus garantiert nicht eine gleichmäßige Gesundheit aller Zellen. Wer sicher sein will, ob im Akku bereits eine defekte Zelle steckt, muss die Zellwerte prüfen – keine einfache Prozentangabe reicht dafür aus.
Die Forscher empfehlen daher, dass Hersteller bei der Produktion die Abweichungen zwischen den Zellen stärker begrenzen, Zellen sorgfältiger gruppieren und die Batterieüberwachung verbessern. Systeme, bei denen Zellen oder Module leichter ausgetauscht werden können, könnten verhindern, dass ein Akku vorzeitig abgeschrieben wird. Besitzer älterer Elektroautos müssen daher mit einem hohen Risiko rechnen: Eine einzige defekte Zelle kann den gesamten Akku vorzeitig in die Kritik stellen.
