Als Elektroauto (auch E-Auto, elektrisches Auto, elektrisch betriebenes Auto) wird im weitesten Sinne ein Automobil bezeichnet, das mindestens einen Elektromotor zum Antrieb nutzt. Dieser Artikel konzentriert sich auf rein batterieelektrische Autos, sogenannte BEV (englisch battery electric vehicle). Andere Konzepte sind Hybridautos und Brennstoffzellenautos.
Elektroautos verzeichnen seit ca. 2010 weltweit steigende Marktanteile und werden als wichtiger Beitrag zur Energiewende gesehen.
Begriffe und Definitionen
In enger Auslegung, die unter anderem auch vom Kraftfahrt-Bundesamt vertreten wird, versteht man unter Elektrofahrzeugen nur solche „mit ausschließlich elektrischer Energiequelle“, was bei Autos nach derzeitigem Stand der Technik nur rein batterieelektrische Autos sind. Batterieelektrische Elektrofahrzeuge und -autos werden oft auch als BEV (englisch battery electric vehicle) bezeichnet. Das Elektromobilitätsgesetz hingegen bezeichnet auch Hybridfahrzeuge als „Elektrofahrzeuge“; gemeinsam mit den batterieelektrischen und Brennstoffzellen-Fahrzeugen werden sie als „elektrisch betriebene Fahrzeuge“ bezeichnet.
Geschichte
Michael Faraday zeigte 1821, wie mit dem Elektromagnetismus eine kontinuierliche Rotation erzeugt werden konnte, und schuf damit die Grundlage des Elektroantriebs. Ab den 1830er Jahren entstanden aus den unterschiedlichsten Elektromotor- und Batterie-Varianten verschiedene Elektrofahrzeuge und Tischmodelle, beispielsweise von Sibrandus Stratingh und Thomas Davenport. Davenport testete seinen Elektromotor an einer Modelllok, die er auf einem Schienenkreis von etwa einem Meter Durchmesser ihre Runden drehen ließ. Um 1832 soll Robert Anderson in Aberdeen einen Elektrokarren gebaut haben.
1881 präsentierte Gustave Trouvé auf der Internationalen Elektrizitätsausstellung in Paris ein Elektroauto.
Das erste bekannte deutsche Elektroauto baute 1888 die Coburger Maschinenfabrik A. Flocken mit dem Flocken Elektrowagen. Der Wagen wird auch als erster vierrädriger elektrisch angetriebener Personenkraftwagen weltweit angesehen.
Erste Blütezeit und frühe Rekorde (ca. 1896–1912)
Die Reichweite der historischen Fahrzeuge betrug rund 100 Kilometer. Um 1900 waren 40 % der Autos in den USA dampfbetrieben, 38 % elektrisch und nur 22 % mit Benzin. Knapp 34.000 Elektrofahrzeuge waren in den USA registriert, damals die höchste Anzahl weltweit. 1912 wurden bis dato die meisten Elektrofahrzeuge verkauft. Danach sank der Marktanteil. Von 1896 bis 1939 registrierte man weltweit 565 Marken von Elektroautos.
Den ersten dokumentierten Geschwindigkeitsrekord für ein Landfahrzeug stellte der französische Autorennfahrer Gaston de Chasseloup-Laubat am 18. Dezember 1898 mit dem Elektroauto Jeantaud Duc von Charles Jeantaud in Achères, nahe Paris, mit 62,78 km/h auf. In den folgenden Monaten überbot er sich in Achères gegenseitig mit dem Belgier Camille Jenatzy, bis dieser schließlich mit dem Elektroauto La Jamais Contente mit 105,88 km/h den ersten Rekord jenseits der 100-km/h-Marke einfuhr.
Nischenfahrzeug (ca. 1910–1990)
Der Niedergang der Elektroautos setzte ab etwa 1910 ein. Die viel größere Reichweite und das Angebot billigen Öls für Vergaserkraftstoffe waren (unter anderem) Faktoren für den Nachfragerückgang bei den elektrischen Transportmitteln. Auch wurde das Starten von Benzinern durch den Anlasser anstelle des Ankurbelns sehr viel bequemer. Benzin wurde durch den Einfluss der Standard Oil der hauptsächliche Kraftstoff in den USA und in allen von der Standard Oil beeinflussten Ländern.
Verbreiten konnte der Elektroantrieb sich jedoch in Fahrzeugen, welche die Fahrenergie aus Oberleitungen beziehen (Elektrolokomotive, Oberleitungsbus, Straßenbahn) oder selbst erzeugen (dieselelektrischer Antrieb).
Eine der Nischen, in der sich Kraftfahrzeuge mit Elektromotor hielten, war auch der Nahverkehr mit kleinen Lieferwagen für die tägliche Anlieferung von Milchflaschen in Großbritannien und Teilen der Vereinigten Staaten, den milk floats. Weitere Nischenanwendungen waren und sind elektrisch betriebene Gabelstapler, Gepäckkarren und Golfmobile.
Die zunehmende Verkehrsdichte führte ab den 1960er Jahren zu ersten Maßnahmen, um die Abgasbelastung zu verringern. In dem Zusammenhang nahmen die Forschungsaktivitäten am Elektroauto wieder zu. GM experimentierte mit Zink-Luft-Batterien, die in einem Opel Kadett B mit 1,5 t Leergewicht bereits Reichweiten von 145 km bei konstant 90 km/h ermöglichten. Allerdings konnte diese Batterie nur mechanisch aufgeladen werden. 1967 wurde im Bundestag eine interparlamentarische Arbeitsgemeinschaft gebildet, die eine Kfz-Steuerreform mit dem Ziel der Förderung von Elektromobilität zum Gegenstand hatte. Jahrzehntelang hatten derartige Vorstöße jedoch noch keine praktischen Auswirkungen.
Renaissance (1990–2005)
Bestrebungen, Autos mit Elektromotoren anzutreiben, wurden erst nach der durch den Golfkrieg ausgelösten Ölkrise der 1990er Jahre verstärkt erwogen. Die von der CARB ausgearbeitete und 1990 in Kalifornien als Gesetz verabschiedete Regelung, stufenweise emissionsfreie Fahrzeuge anbieten zu müssen, zwang die Automobilindustrie zu Produktentwicklungen. In Deutschland konnten einzelne progressive Entwicklungen wie der E-Scooter Simson SR 50-E ohne gesetzliche Förderung am Markt nicht bestehen.
Zunehmend wurden neue Akkumulatortypen (Nickel-Metallhydrid-Akkumulator und später zu Lithium-Ionen-Akkumulator) statt der bisherigen Bleiakkumulatoren verwendet. Beispiele sind der Volkswagen Golf CitySTROMer, BMW E1 oder die Mercedes A-Klasse.
Von 1996 bis 1999 baute General Motors mit dem General Motors Electric Vehicle 1, GM EV1 ein Serien-Elektromobil in einer Auflage von etwa 1100 Stück. Toyota baute etwa 1500 Stück des vollelektrischen Geländewagens RAV4 EV, Nissan etwa 220 Stück Nissan Hypermini, und Honda den Honda EV Plus. Die Produktion der meisten Elektroautos wurde nach Lockerung der CARB-Gesetzgebung eingestellt und die Auslieferungen gestoppt (siehe auch Who Killed the Electric Car?).
In Europa wurden seit den 1990er Jahren verschiedene Leichtfahrzeuge produziert, wie der CityEL, das Twike oder das Elektrofahrzeug Sam. PSA Peugeot Citroën produzierte von 1995 bis 2005 etwa 10.000 elektrisch angetriebene Autos (Saxo, Berlingo, 106, Partner), die nur in Frankreich, den Benelux-Staaten und Großbritannien angeboten wurden.
Ab 2003 wurden vor allem von kleineren, unabhängigeren Firmen Elektroautos entwickelt oder Serienfahrzeuge umgebaut, wie die Kleinwagen Citysax oder Stromos.
Entwicklungen seit 2006
2006 wurde der Sportwagen Tesla Roadster des neu gegründeten Herstellers Tesla vorgestellt, der mit ca. 350 km Reichweite und seinen Fahrleistungen die aktuellen technischen Möglichkeiten aufzeigte. Teslas Markteintritt gilt als Katalysator für das in der Folge weltweit zunehmende Interesse für Elektroautos, da es mit dem Roadster und dem 2012 eingeführten Model S und dem Supercharger-Ladenetz bislang nicht gekannte Rekorde bezüglich Reichweite, Fahrleistungen und Ladegeschwindigkeit erzielte.
Ab 2007 kündigten viele etablierte Hersteller Neuentwicklungen an.
2009 startete der Mitsubishi i-MiEV als erstes Elektroauto in Großserie. General Motors führte im Dezember 2010 das Hybridauto Chevrolet Volt auf dem US-amerikanischen Markt ein; dessen Deutschland-Variante Opel Ampera erregte erhebliche Medienresonanz. Ebenfalls 2010 kam der Nissan Leaf auf den Markt, der bis 2020 das weltweit meistverkaufte Elektroauto war.
Weitere wichtige Markteinführungen von Elektroautos waren 2012 die Kleinwagen Smart ED. 2013 folgten unter anderem Renault Zoe, Kia Soul EV und VW e-up!. Der ebenfalls 2013 eingeführte BMW i3 erregte Aufsehen nicht nur durch den Antrieb, sondern auch durch sein Karbonfahrgastzelle.
2014 erregte die Deutsche Post AG Aufsehen, weil sie mit der Fertigung eines eigens konstruierten elektrischen Lieferwagens Streetscooter begann.
Seit Juli 2017 wird das Tesla Model 3 produziert und seit Februar 2019 in Europa ausgeliefert. Es ist eines der meistverkauften Elektrofahrzeuge der letzten Jahre.
Im September 2019 stellte Volkswagen auf der IAA das Elektroauto ID.3 vor. Das Unternehmen will bis 2030 die Hälfte seines Modellangebots auf batterieelektrische Autos umgestellt haben und Weltmarktführer in der Elektromobilität werden. Volkswagen war 2021 nach Absatz der zweitgrößte Automobilhersteller der Welt.
Fahrzeugtechnik
Allgemeine Eigenschaften
Elektromotoren haben im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren keine Leerlauf-Mindestdrehzahl und geben aus dem Stillstand heraus über einen sehr weiten Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment ab. Elektroautos brauchen deshalb kein (manuelles oder automatisches) Schaltgetriebe, keine Kupplung und keinen Drehmomentwandler zum Anfahren. Ebenso kann auf viele weitere reparaturanfällige oder wartungsintensive Komponenten verzichtet werden (siehe Reparatur- und Wartungskosten). Wechselstrom-Elektromotoren benötigen zur Umformung des in der Regel aus Antriebsbatterien bereitgestellten Gleichstroms eine Leistungselektronik.
Elektromotoren sind wesentlich leiser als Otto- oder Dieselmotoren, fast vibrationsfrei und emittieren keine schädlichen Abgase. Sie bestehen typischerweise aus weniger Teilen und sind bei gleicher Leistung kleiner, zudem ist ihr Wirkungsgrad mit 85–95 % deutlich höher als der eines modernen Verbrennungsmotors mit durchschnittlich 25 %. Durch die geringere Energiedichte von Akkumulatoren im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen in Tanks ist die Masse von Elektroautos tendenziell höher als jene von herkömmlichen Automobilen, ihre Reichweite geringer (s. Reichweite). Die Ladezeiten sind wesentlich länger als entsprechende Tankvorgänge (s. Ladeleistung und Ladedauer). Heutige Elektroautos gewinnen Bremsenergie durch Rekuperation zurück.
Auch die Anordnung der Komponenten, das sogenannte Platznutzungskonzept, ist verändert. Beim Fahrzeugaufbau mit Verbrennungsmotor sind viele Komponenten um den Hauptantrieb herum angeordnet, während beim Elektroauto die Komponenten sehr viel dezentraler montiert werden können. Wesentliche Komponenten unterscheiden sich in ihrem Platzbedarf und ihrer Form: Der Motor und die Kühler sind beispielsweise kleiner, und das Akkusystem kann abhängig vom Fahrzeugkonzept in verschiedenen Bereichen der Karosserie platziert werden. Dadurch ergeben sich auch Vorteile:
- Es ist eine strömungsgünstigere Frontpartie dank kleinerer Lufteinlässe für Kühler möglich.
- Es gibt mehr Platz für eine Crash-freundliche Ausgestaltung des Vorderwagens (Raum für Verstrebungen und Kontakt-Platten).
- Ebenso erlaubt der geringere Platzbedarf einen größeren Lenkeinschlag und damit einen deutlich kleineren Wendekreis. (Beispiel Škoda Enyaq iV: Der Wendekreis von nur 10,3 Metern ist eineinhalb Meter kleiner als der des etwas gleich großen Kodiaq und damit vergleichbar mit dem des Kleinwagens Fabia.)
- Der Schwerpunkt kann durch den schweren Akku unter dem Boden deutlich tiefer sein; hieraus ergibt sich ein besseres Fahrverhalten und mehr Sicherheit gegen Überschlag.
- Die Elektrifizierung der Servosysteme für Bremsen und Lenkung erleichtert es, einen automatischen Betrieb oder Assistenzsysteme zu verwirklichen.
- Der Radstand kann bei gleicher Gesamtlänge größer ausfallen; hierdurch entsteht mehr Platz für Passagiere und ein höherer Fahrkomfort.
- Elektroantriebe benötigen keine Wartung.
Die meisten straßenzugelassenen Elektrofahrzeuge haben außer der großen Antriebsbatterie noch einen weiteren kleinen Akkumulator, meist eine 12-Volt-Bleibatterie. Er wird über die Antriebsbatterie geladen und versorgt einen Teil der Bordelektronik, vor allem die Fahrzeugbeleuchtung, speziell die Warnblinkanlage – selbst wenn die Antriebsbatterie deaktiviert wurde (z. B. wegen Entladung oder Unfall).
Fahrzeugkonzepte
Elektroautos lassen sich nach ihrem Konstruktionsprinzip unterscheiden:
- Neuentwickelte Elektroautos (sog. Purpose Design), bei denen keine konstruktiven Kompromisse bei der Umsetzung eingegangen werden müssen. Diesem technischen Vorteil steht der betriebswirtschaftliche Nachteil des hohen Einmalaufwands für die Neuentwicklung gegenüber, weshalb dieses Konzept hohe Produktionsstückzahlen erfordert. Beispiele sind u. a.der BMW i3, alle Teslas, und der Sportwagen Porsche Taycan. Renault und Nissan stellen Elektroautos der Mittelklasse auf der eigens dafür entwickelten CMF-EV-Plattform her.
- Elektroautos als Anpassung konventioneller Autos (sog. Conversion): Hier werden in einem konventionellen Fahrzeug Komponenten des verbrennungsmotorischen Antriebs durch jene des elektrischen Antriebs ersetzt. Das erfordert konstruktive Kompromisse, da E-Motor und Batterie in den vorhandenen Bauraum eingepasst werden. Dem geringen Entwicklungsaufwand stehen hohe Teilekosten für die Sonderanfertigung von Antriebskomponenten gegenüber, weshalb sich dies für niedrige Produktionsstückzahlen eignet. Sowohl der Geländewagen Toyota RAV4 EV, die etwa zehntausend französischen Elektroautos seit 1990 von PSA Peugeot Citroën und Renault der „electric-Serie“ (Saxo, Berlingo, 106, Partner, Clio, Kangoo) als auch das Mitsubishi Electric Vehicle, das 2010 in Europa erschienene, erste in Großserie gefertigte Elektroauto der Welt (ca. 17.000 Fahrzeuge weltweit pro Jahr) (in leicht abgewandelter Form auch von PSA als Citroën C-Zero bzw. Peugeot Ion vermarktet) und der Elektro-Smart basieren auf dieser kostengünstigen Entwicklungsmethode. Diese Fahrzeuge benötigen im Alltag etwa 12–20 kWh elektrische Energie für 100 km. Seit Ende 2013 wird der VW e-up! angeboten, seit 2014 der VW e-Golf. Weitere Beispiele sind die im Vorfeld der Entwicklung des BMW i3 eingesetzten Mini E und BMW ActiveE.
- Elektroautos als Umrüstung von Serienfahrzeugen wie Stromos und Citysax ermöglichen kleinen Herstellern die Fertigung von Elektroautos. Dabei wird ein in Serie gefertigter neuer Antriebsstrang eingebaut, oder der Elektromotor wird an das serienmäßige Schaltgetriebe angeflanscht. Fahrleistungen, Reichweite und Verbrauch ähneln jenen aus Anpassungen von konventionellen Serienautos großer Hersteller. Höheren Fertigungskosten durch Kleinserienfertigung stehen flexible Anpassungsmöglichkeiten an Kundenwünsche und die Nutzung von nicht als Elektroversion erhältlichen oder Gebrauchtfahrzeugen als Basis gegenüber.
Antrieb
Elektromotoren laufen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren mit sehr hohen Drehmomenten an. Der Fahrtregler, eine Leistungselektronik-Baugruppe, steuert den Antrieb. Die Elektromotoren können auf verschiedene Arten mit den Rädern mechanisch gekoppelt sein, zumeist über Untersetzungsgetriebe und Antriebswellen, im Rad integriert als Radnabenmotor oder z. B. bei Umrüstungen auch über das vorhandene Schaltgetriebe.
Aufgrund des großen nutzbaren Drehzahlbereiches von Elektromotoren werden bei E-Fahrzeugen keine Schaltgetriebe oder lösbaren Kupplungen benötigt, jedoch sind in der Regel Untersetzungsgetriebe eingebaut. Elektromotoren können in beiden Richtungen laufen und benötigen daher auch keinen gesonderten Rückwärts-Getriebegang. Es sind jedoch unter Last schaltbare Zweiganggetriebe erhältlich, insbesondere für Fahrzeuge mittleren und größeren Gewichts. Bis zu fünf Prozent an Reichweite sollen damit herausgeholt werden können. Solche Zweiganggetriebe sind etwa, wenn der Hersteller unterschiedliche Motorleistungen alternativ für ein Fahrzeugmodell anbietet, in gewissen Auf- und Abstufungen skalierbar. Bei mehreren Antriebsmotoren (zum Beispiel je einer für Vorder- und Hinterachse) können die E-Motoren auch für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche optimiert werden.
Elektromotoren sind einfacher und mit erheblich weniger beweglichen Teilen aufgebaut als Verbrennungsmotoren. Sie werden meist luft-, gelegentlich auch wassergekühlt.
Als Antrieb für Elektroautos kommen verschiedene Motortypen in Frage:
- Gleichstrommotoren
- Bürstenmotor
- Bürstenloser Gleichstrommotor
- Synchronmotoren
- Permanenterregter Synchronmotor
- Fremderregter Synchronmotor
- Reluktanzmotor
- Synchron-Reluktanzmotor
- Geschalteter Reluktanzmotor
- Asynchronmotor (Induktionsmaschine)
- Axialflussmotor
Permanenterregter Synchronmotor
Die permanentmagneterregte Drehstrom-Synchronmaschine besitzt einen hohen Wirkungsgrad von über 90 %, ein hohes spezifisches Drehmoment (5 Nm/kg) und eine hohe spezifische Leistung (1 kW/kg). Sie ist daher der am weitesten verbreitete Antrieb für E-Mobile.
Permanenterregte Synchronmaschinen besitzen keine Kohlebürsten, Kollektoren oder Schleifringe für die Kommutierung und Erregung und sind daher verschleiß- und wartungsfrei.
Der zwingend erforderliche Drehstrom-Wechselrichter ist in der Regel fähig zum Vierquadranten-Betrieb, kann also in beiden Fahrtrichtungen zum Motorbetrieb und im generatorischen Betrieb zur Rekuperation benutzt werden. Die gleiche Schaltung kann auch zum Laden der Antriebsbatterie aus dem Drehstromnetz verwendet werden. Die Integration eines Wechselstrom-Normallade- oder Drehstrom-Schnellladesystems in ein Elektroauto ist daher ohne wesentlichen Mehraufwand möglich.
Fremderregter Synchronmotor
Bei fremderregten Synchronmotoren wird das Erreger-Magnetfeld statt durch Permanentmagnete durch Elektromagnete erzeugt. Hierdurch sinkt der Wirkungsgrad im Vergleich zu permanentmagneterregten Motoren. Auch muss der Erregerstrom in den Läufer mittels Schleifringen übertragen werden. Der Vorteil besteht in der Möglichkeit der Feldschwächung bei hohen Drehzahlen, wodurch die Gegen-EMK sinkt und eine höhere Drehzahl möglich ist. Diese Motoren liefern daher sowohl ein hohes Anfahrmoment als auch einen höheren Drehzahlbereich. Fremderregte Synchronmotoren kommen zum Beispiel im Renault Zoé und im e-Smart zum Einsatz. Um die Vorteile permanenterregter und fremderregter Synchronmotoren zu vereinen, werden Kombinationen aus beiden eingesetzt. Hier verstärkt eine Feldspule das (schwächere) Dauermagnetfeld beim Anfahren.
Asynchronmotor
Die Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer kann für Elektroautos benutzt werden und bietet einen großen Drehzahlbereich und gleichzeitig hohes Anfahrmoment, wenn ein vektorgesteuerter Frequenzumrichter vorgeschaltet ist. Es kann ein relativ hoher Wirkungsgrad erzielt werden.
Asynchronmotoren sind billiger herzustellen als permanenterregte Synchronmotoren und haben im Gegensatz zu diesen kein Bremsmoment, wenn sie leerlaufen, haben einen runden Drehmomentverlauf und neigen weniger zu Pendelschwingungen, haben jedoch einen geringeren Wirkungsgrad als diese. Auch Asynchronmotoren können mittels Vierquadranten-Wechselrichtern rekuperieren. Einige Elektroautos haben eine gemischte Bestückung aus einem Asynchron- und einem Synchronmotor. wie z. B. das aktuelle Tesla Model S, wohingegen die früheren Modelle reinen Asynchronantrieb aufwiesen.
Gleichstrommotor
Gleichstrommotoren haben bei Elektro-PKW nur historisch Bedeutung gehabt. Die hierfür aufgrund ihrer Kennlinie prädestinierte Reihenschlussmaschine (hohes Anlaufmoment, ohne Steuerung variable Drehzahl) ist einfach steuerbar, rekuperationsfähig mittels Umpolung der Feldwicklung und kurzzeitig hoch überlastbar. Sie hat jedoch den Nachteil, dass sie aufgrund der Kommutierung (Bürstenverschleiß) nicht wartungsfrei ist. Zur Steuerung kamen vorgeschaltete Widerstände und später eine Pulsweitenmodulation in Frage.
Reluktanzmotor
Ein geschalteter Reluktanzmotor treibt den in den 1980er-Jahren produzierten elektrischen Lieferwagen Chloride Lucas an. Reluktanzmotoren sind Synchronmotoren ohne Erregung, sind robust, preiswert und zuverlässig. Sie sind bei hohen Drehzahlen effizient, haben aber nur einen geringen Wirkungsgrad im unteren Drehzahlbereich und ein geringes Anfahr-Drehmoment. Sie werden dennoch als Elektroautoantrieb weiterentwickelt. BMW hat im i3 daher eine Hybridvariante aus permanenterregtem Synchronmotor und Reluktanzmotor eingesetzt. Reluktanzmotoren spielen im Elektroauto-Antrieb eine geringe Rolle, weil sie vergleichsweise groß und aufgrund des prinzipiell unrunden Drehmomentes laut sind. Sie haben jedoch den Vorteil, dass sie im Leerlauf kein Bremsmoment verursachen.
Weitere Motorkonzepte
Als weitere Alternative wurde ein hochdrehzahliger Asynchronmaschinenantrieb mit nachgeschaltetem Planetenradgetriebe diskutiert. Bei letzterem Konzept ist das System leichter als ein Synchronantrieb. Dafür ist der elektrisch-mechanische Wirkungsgrad etwas schlechter.
In Teilen der Literatur wird der Axialflussmotor als sehr vorteilhaft für Elektroautos beschrieben. Sie sind sehr kompakt mit hohem Leistungsgewicht und einem drehzahlunabhängig hohen Wirkungsgrad. Bislang kamen sie jedoch nur in Prototypen zum Einsatz (z. B. Renovo Coupe). Mercedes-Benz kündigte im August 2021 die Entwicklung von Hochleistungs-Axialflussmotoren für Elektroautos an.
Bauform Radnabenmotor
Eine Bauform für den Antrieb ist der Radnabenmotor. Dabei ist der Motor direkt im Rad, in der Regel innerhalb der Felge, untergebracht. Bei dieser Art des Antriebes entfallen die Antriebsstränge und die Verteilergetriebe hin zu den Rädern, was den Aufbau vereinfacht und Freiheiten für die Gestaltung in der Bodengruppe schafft. Jedoch muss der Bauraum zumeist mit der Bremse geteilt werden und es wird eine höhere ungefederte Masse in Kauf genommen. Die Motoren sind außerdem stärker den Umwelteinflüssen ausgesetzt. Radnabenmotoren gibt es oft an Fahrzeugen mit geringen Anforderungen an die Fahrdynamik, zum Beispiel an Elektrofahrrädern, Elektromotorrollern und Nutzfahrzeugen. In Serien-Pkw konnten sie sich bisher nicht etablieren; sie sind aber Gegenstand von Forschung und Entwicklung.
Rekuperationsbremse
Elektromotoren eignen sich im Generatorbetrieb zur Rückwandlung der kinetischen Energie (Bewegungsenergie) in elektrische Energie (Rekuperation). Beim Abbremsen und Bergabfahren wird zwischen 60 % und 65 % der Bremsenergie in den Akkumulator zurückgegeben, die ansonsten über mechanische Bremsen oder die Motorbremse in Verlustwärme umgewandelt würde. Im Langstreckenverkehr ist der Einsparungseffekt geringer als im Stadt- und Kurzstreckenverkehr, da im Verhältnis weniger Bremsvorgänge stattfinden. Bei ausgekühlten Batterien, die noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben, funktioniert auch die Rekuperation weniger effektiv.
Bei starkem Bremsen kann die maximale Generatorleistung der Motoren überschritten werden; es kann dann nur ein Teil der Bremsleistung in elektrische Leistung umgesetzt werden. Weitere Verluste entstehen infolge der bei hohen Strömen signifikanten Widerstandsverluste in Generator, Ladeelektronik und Akkumulator.
Mit Rekuperation kann der innerstädtische Energieverbrauch um bis zu 30 % gesenkt werden. Dieser Wert wird auch bei Oberleitungsbussen erzielt.
Die Batterielebensdauer wird durch die Rekuperation nicht beeinträchtigt; es ist im Gegenteil aufgrund der Batterieschonung mit einer leichten Verbesserung zu rechnen.
Die Rekuperation hat zur Einführung eines neuen Pedalsystems bei einigen Elektroautos geführt, dem One-Pedal-Driving. Hierbei wird mit demselben Pedal beschleunigt und gebremst.
Hybrid-Elektrofahrzeuge verwenden auch Doppelschicht-Kondensatoren als Energiespeicher, um trotz kleinerer Batterien höhere Leistungen verarbeiten zu können. So können im Stadtverkehr Rückspeisegrade von über 40 % erreichbar sein.
Verbrauch und Wirkungsgrad
Verbrauch und Wirkungsgrad betrachtet den Energieumsatz innerhalb des Fahrzeugs (zum Beispiel ab Tankstelle beziehungsweise Steckdose – Tank-to-Wheel). Weitergehende Betrachtungen über die Stromerzeugung und eingesetzte Primärenergie (Well-to-Wheel) erfolgt unter dem Oberbegriff Umweltbilanz (siehe Absatz Umweltbilanz).
Der Verbrauch, um alle Arten von Pkw zu vergleichen, wurde bis August 2017 in Europa nach dem NEFZ angegeben. Ein BMW i3 beispielsweise verbraucht danach – je nach Ausstattung – 12,9 oder 13,5 kWh/100 km. Renault gibt für den Zoé einen Normverbrauch von 14,6 kWh/100 km an. Der ADAC ermittelte in einem eigenen Test für den e-Golf einen Durchschnittsverbrauch von 18,2 kWh/100 km. Tesla gibt für sein Model S einen Durchschnittsverbrauch nach der ECE-Norm-R-101-Norm für Hybridfahrzeuge von 18,1 kWh/100 km an. Die Normwerte unterliegen den gleichen Abweichungen gegenüber realen Verbräuchen, wie auch bei Verbrennungskraftfahrzeugen.
In Europa wurde mit dem 1. September 2017 das neue Testverfahren WLTC/WLTP für die Typprüfung neuer Modelle und neuer Motorvarianten und ab 1. September 2018 für neu zugelassene Fahrzeuge verbindlich eingeführt.
Über den Gesamtwirkungsgrad eines Automobils entscheidet die Effizienz der im Fahrzeug erfolgten Energieumwandlungen und die Effizienz der Übertragung der mechanischen Energie bis zur Straße.
Elektromotoren haben sehr viel höhere Wirkungsgrade als Verbrennungsmotoren, die zugehörige Elektronik zum Laden und Fahren hat gleichfalls Wirkungsgrade von beispielsweise über 90 %. Lithium-Akkumulatoren erreichen Lade-/Entladewirkungsgrade von etwa 90 bis 98 %. Das Schaltgetriebe kann entfallen. Leerlaufverluste entfallen ebenfalls. Damit erreichen Elektroautos einen viel höheren Wirkungsgrad als Autos mit Verbrennungsmotor. Die Rekuperation ermöglicht die Rückführung der bei Verbrennern in Hitze umgewandelten Bremsenergie in den Akku, was sich besonders im Stadtverkehr und auf Bergstrecken positiv auf den Gesamtwirkungsgrad auswirkt.
Der Wirkungsgrad von Ottomotoren beträgt maximal 35 %, der von Pkw-Dieselmotoren maximal 45 %. Im praktischen Betrieb wird dieser beste Wirkungsgrad jedoch nur selten erreicht und es entstehen weitere Verluste durch mehrstufige Getriebe im Antriebsstrang. Deshalb wird bei einem Verbrennungsfahrzeug im Durchschnitt weniger als 25 % der Energie des Kraftstoffes in Bewegungsenergie umgewandelt. Diese Eigenschaft wirkt sich insbesondere im Teillastbetrieb aus, bei dem der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren stark abfällt. Hier ist der Wirkungsgradunterschied im Vergleich zum Elektroantrieb besonders hoch. Da Automobile im Stadtverkehr fast immer im Teillastbetrieb fahren, ist der Elektroantrieb hier nochmals deutlich effizienter. Auch verbraucht ein Elektromotor im Gegensatz zum Verbrennungsmotor im Leerlauf und bei Stillstand keine Energie.
Demgegenüber erfordern Elektroautos eine Heizung bei kalter Witterung, die direkt aus dem Akkumulator stammt. In einer Simulation wurde hierfür ein Leistungsbedarf von ca. 4 kW ermittelt. Hingegen liefert ein Verbrennungsmotor stets mehr Abwärme, als zum Heizen der Fahrzeugkabine benötigt wird.
Die Kühlung (Klimaanlage) ist hingegen beim Elektroauto effizienter als beim Auto mit Verbrennungsmotor, denn die Kältemaschine wird elektrisch betrieben und die Antriebsenergie muss nicht an Bord mit einem Verbrennungsmotor erzeugt werden.
Nach Valentin Crastan hat ein Benzinfahrzeug einen durchschnittlichen Tank-to-Wheel-Wirkungsgrad von 20 %, womit bei einem Verbrauch von 6 Litern pro 100 km 52,6 kWh Energie aufgewendet werden müssen; die mechanische Nutzenergie beträgt dabei 10,5 kWh. Ein Elektrofahrzeug weist dagegen einen Wirkungsgrad von ca. 65 % auf, was einen Energiebedarf von 16 kWh/100 km ergibt. Andere Quellen geben etwa 70 bis 80 % an.
Energiespeicher
Zentraler Punkt in der Entwicklung von Elektroautos ist der Energiespeicher. Da ein Automobil, mit Ausnahme von Oberleitungsfahrzeugen wie O-Bussen, während der Fahrt normalerweise nicht mit dem Stromnetz verbunden ist, werden Energiespeicher mit hoher Leistungs- und Energiedichte benötigt. Elektroautos können Reichweiten erzielen, die denen von verbrennungsmotorisch angetriebenen Autos ebenbürtig sind (siehe Abschnitt „Reichweite“). Der seit 2021 angebotene Mercedes-Benz EQS verfügt sogar über eine Reichweite von bis zu 770 km nach WLTP. Elektro-Kleinwagen mit einer Reichweite um 150 km haben Antriebsbatterien mit ca. 200 kg Masse (Beispiel: VW e-up!, 230 kg; Stand 2017). Elektroauto-Akkus wiegen abhängig vom konkreten Modell üblicherweise zwischen 300 und 750 Kilogramm. Als ungefähre Faustrechenformel gilt, dass Elektroautos pro 100 Kilometer ca. 15 Kilowattstunden elektrischer Energie benötigen. Der hierfür nötige Akku wiegt ca. 150 kg. Viele Elektroautos können ihre Akkus an Schnellladestationen innerhalb von 30 Minuten zu 80 Prozent aufladen.
Die Preise für Akkumulatoren sind der Hauptfaktor für die Fahrzeugkosten. Experten rechnen in den nächsten 10 Jahren mit deutlich fallenden Kosten für Antriebsbatterien. Die in den letzten Jahren stattfindende Entwicklung der Akkutechnik bringt auch stetig sinkende Preise mit sich und führt zusammen mit anderen bahnbrechenden Entwicklungen am Markt (z. B. Natrium-Ionen-Akkumulator) zu einer Dynamisierung der Elektroauto-Entwicklung auf Seiten der Hersteller.
Akkusysteme auf Lithium-, Blei- oder Nickelbasis
In der Vergangenheit nutzten die meisten Elektroautos Akkumulatortypen, wie Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkus, die lediglich für einen Betrieb von etwa einer Stunde mit Höchstgeschwindigkeit reichten oder mit denen mit einer Ladung 40 bis 130 Kilometer zurückgelegt werden konnten. Bleiakkumulatoren, besonders wenn sie auf hohe Zyklenfestigkeit ausgelegt sind, haben eine geringe Energiedichte – sie sind sehr schwer für den gebotenen Energieinhalt. Auch begrenzt die häufig geringere Zyklenfestigkeit und Lebensdauer ihren Einsatz, sodass sie bei neueren Entwicklungen praktisch nicht mehr eingesetzt werden. Sie werden nach wie vor in kleineren Elektrofahrzeugen und in der Industrie verwendet, etwa in Flurfördergeräten (Gabelstapler).
Reichweiten von 300 km bis 500 km und mehr sind mit Akkumulatoren auf Lithiumbasis (zum Beispiel Lithium-Ionen-, Lithium-Eisenphosphat- und Lithium-Polymer-Akkumulatoren) möglich und werden auch realisiert (etwa bei Tesla Model S, Tesla Model X, Chevrolet Bolt, Renault Zoé). Diese Akkumulatorentypen haben eine vergleichsweise hohe gewichtsbezogene Energiedichte. Auch Hochtemperaturakkus werden eingesetzt, beispielsweise die Zebra-Batterie. Bei einigen Fahrzeugen, die zuvor Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkumulatoren fuhren, wurden diese gegen Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgetauscht. So konnte ein Vielfaches der ursprünglichen Reichweite erzielt werden.
Bei NiCd-, NiMH- und Bleiakkusätzen müssen nur Teilblöcke aus mehreren Zellen überwacht werden. Lithium-Akkumulatoren brauchen komplexe elektronische Batteriemanagementsysteme (BMS), Schutzschaltungen und Balancer, weil sie bei Überladung und Tiefentladung schnell ausfallen. Damit beim Defekt einer einzelnen Zelle nicht das gesamte Akkusystem erneuert werden muss, kann dieses für den Einzelzellentausch ausgelegt sein.
Batteriekapazität
Der Energieinhalt einer Antriebsbatterie wird heute praktisch ausschließlich in Kilo-Wattstunden (kWh) angegeben. Es lassen sich zwei gegenläufige Strategien für die Akkumulatorengröße ausmachen:
- Steigerung der Akkumulatorengröße: Dadurch wird eine sehr große Reichweite ohne Zwischenaufladung möglich und die Lebensdauer der Batterie verlängert sich. Der Akku wird sowohl hinsichtlich Kapazität (Entladetiefe) als auch hinsichtlich maximaler Leistungsentnahme möglicherweise weniger belastet und kann Zyklenzahlen erreichen, die die Lebensdauer des gesamten Fahrzeugs weit übertreffen. Hingegen steigen Fahrzeugmasse und Investitionskosten stark an. Große Akkus für Elektroautos speichern 2018 eine Energie um die 100 kWh, was bei einem Fahrzeug-Verbrauch von 15 kWh bis 25 kWh pro 100 km für bis über 600 km Reichweite ausreicht. Beispiele sind Tesla Model S, Tesla Model X, Nio ES8, Jaguar I-Pace, Audi e-tron. Dagegen haben Batteriebusse auch Akkus mit mehr als 600 kWh, um so Reichweiten von etwa 600 km zu erreichen.
- Nutzung einer vergleichsweise geringen Akkugröße: Vorteile sind geringere Anschaffungskosten und eine geringere Fahrzeugmasse. Dieses Konzept setzt jedoch eine engmaschige leistungsfähige Ladeinfrastruktur zum Beispiel auf Parkplätzen voraus (siehe Ladestation (Elektrofahrzeug)). Die Akkus selbst werden im Betrieb und beim Laden tendenziell stärker belastet und altern somit schneller. Beispiele hierfür sind der Streetscooter, Renault Twizy, e.GO Life.
Temperaturabhängigkeit von Akkusystemen
Allen Akkusystemen ist gemein, dass sich bei tieferen Temperaturen (unterhalb ca. 10 °C) die Leistungsabgabe verringert, da die Beweglichkeit der Ladungsträger abnimmt. Einige Akkumulatorensysteme (NiMh, Lithium-Polymer) können unterhalb von ca. −20 °C einfrieren. Die entnehmbare Kapazität wird von der Temperatur jedoch kaum beeinflusst, wenn die geringere Strombelastbarkeit technisch berücksichtigt wird, indem das BMS die Leistungsabgabe und den Motorstrom begrenzt. Durch die inneren Verluste erwärmt sich die Antriebsbatterie im Betrieb. Hohe Temperaturen hingegen (oberhalb ca. 30 °C) begünstigen durch die Beweglichkeit der Ladungsträger zwar die Leistungsabgabe, sind aber ungünstig für die inneren Verluste und die kalendarische Alterung. Um derartige Einschränkungen zu vermeiden, temperieren einige Hersteller ihre Akkusysteme. Dies kann eine Heizung für kalte Jahreszeiten beinhalten, aber auch eine Kühlung. Oft kommen elektrische Heizmatten und Luftkühlungen zum Einsatz. Einige Hersteller nutzen auch Flüssigkeiten als Heiz- bzw. Kühlmedium.
Eine Ausnahme sind Hochtemperatursysteme (zum Beispiel Zebra-Batterie), die zwar von äußeren Temperaturen unabhängig sind, jedoch zusätzlich Energie für ihre Temperaturerhaltung benötigen.
Haltbarkeit der Akkusysteme
Grundsätzlich werden bei der Alterung zwei verschiedene Aspekte unterschieden. Die kalendarische Alterung beschreibt die Kapazitätsabnahme (Degradation) auch ohne Nutzung, beschleunigt oft durch ungünstige Temperaturen. Die Zyklenhaltbarkeit hingegen ist abhängig von der Anzahl der Lade- und Entladezyklen bis zum Eintreten einer definierten Kapazitätsverringerung gegenüber der Ausgangskapazität. Auch Ladeverfahren und Ladestromstärken und natürlich der Akkutyp selbst sind Einflussgrößen.
Mit Stand 2019 erreichen Batteriepacks von E-Autos mindestens 1500 bis 3000 Ladezyklen, bis die Ladekapazität auf 80 % abgefallen ist. Damit kommt ein E-Auto mit 450 km Reichweite selbst unter konservativen Annahmen mindestens 450.000 km weit, bis die Batterie getauscht werden muss, im optimistischen Fall sind sogar 1,35 Mio. km möglich. Eine weitere Erhöhung der Zyklenzahl wird erwartet. Aktuelle Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind schnellladefähig ausgelegt. Dabei ist eine Aufladung mit Ladeströmen über 1 C gemeint, was Ladezeiten von weniger als einer Stunde erlaubt.
Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren erreichen nach Herstellerangaben mehr als 5000 Zyklen bei jeweiliger Entladetiefe von 70 %. Bei 300 Ladezyklen pro Jahr, also etwa ein Ladevorgang pro Tag, liegt dies in der Größenordnung, die für ein durchschnittliches Autoleben ausreicht, zumal selten die volle Kapazität ausgenutzt wird und flache Ladezyklen allgemein zu einer längeren Lebensdauer führen. Diese Batterietypen wurden vor allem in China subventioniert und eingesetzt. Aufgrund der höheren spezifischen Energiedichte werden jedoch eher NMC-Akkus (Lithium-Nickel-Mangan-Cobaltoxid) eingesetzt, die jedoch nicht die hohe Zyklenfestigkeit aufweisen.
Eine Studie aus dem Jahr 2013 von Plug in America unter 126 Fahrern des Tesla Roadsters (entspricht etwa 5 % der verkauften Fahrzeuge) bezüglich der Lebensdauer der Akkus ergab, dass nach 100.000 Meilen = 160.000 km bei den Akkus noch eine Restkapazität von 80 bis 85 Prozent vorhanden war. Der geringe Verschleiß wird unter anderem auf die Temperaturregulation zwischen 18 °C und 25 °C sowie auf den standardmäßig flachen Ladezyklus (zwischen 90 % und 10 % anstatt der vollen 100 % und 0 %) zurückgeführt. Aus den USA sind Autos der Marke Tesla bekannt, die bereits 800.000 km zurückgelegt haben.
Bezüglich der Akku-Haltbarkeit geben viele Hersteller eine Garantie, die typischerweise eine Restkapazität von mindestens 70 % des Nennwerts für acht Jahre und eine Laufleistung von 160.000 km zusichert. Es gibt auch Hersteller, die auf den Akku Garantien für 8 Jahre ohne Kilometerbegrenzung (Tesla) oder 1.000.000 km bzw. 10 Jahre (Lexus) abgeben. Bei Mietakkus trägt der Fahrzeugbesitzer kein Risiko eines defekten Akkus, dafür aber monatliche Kosten.
Batteriemanagementsysteme (BMS)
Für die Akkumulatoren werden elektronische Schaltungen, sog. Batteriemanagementsysteme (BMS), verwendet, die die „Lade- und Entladesteuerung, Temperaturüberwachung, Reichweitenabschätzung und Diagnose“ übernehmen. Die Haltbarkeit hängt wesentlich von den Einsatzbedingungen und der Einhaltung der Betriebsgrenzen ab. Batteriemanagementsysteme inklusive Temperaturmanagement verhindern die schädliche und eventuell sicherheitskritische Überladung oder Tiefentladung der Akkuzellen und kritische Temperaturzustände. Im Idealfall ermöglichen hochwertige BMS die Überwachung jeder einzelnen Zelle und erlauben es zu reagieren, bevor es zu einem Ausfall oder einer Schädigung der Zelle bzw. des gesamten Batteriemodules kommt. Statusinformation können für Diagnose- und Wartungszwecke auch abgespeichert und ausgelesen werden.
Kondensatoren
Es gibt seit 2008 Versuche, Kondensatoren und Akkumulatoren zu kombinieren. Der Kondensator übernimmt hierbei die Spitzenlast und schont damit den Akkumulator. Der MAN Lion’s City wird in einer Hybridversion in einer Kleinserie produziert, bei der Kondensatoren eingesetzt werden. In Shanghai/China fahren hingegen experimentelle Busse, die Superkondensatoren als einzigen Speicher für Antriebsenergie verwenden und an den Haltestellen aufladen. Doppelschicht-Kondensatoren sind als Energiespeicher dem Akkumulator zwar insbesondere in der Leistungsdichte und praktisch allen Kennwerten außer der Energiedichte weit überlegen. Sie erreichen nur etwa 5 Wh/kg und sind damit etwa um den Faktor zwanzig schlechter als Akkumulatoren. Kondensatoren haben jedoch kaum eine Beschränkung beim Lade- und Entladestrom. Dies ist vor allem beim Nutzbremsen und Anfahren ein Vorteil. Der Wirkungsgrad eines Kondensators beträgt nahezu einhundert Prozent, da keine chemische Umwandlung stattfindet, jedoch gibt es eine ständige Selbstentladung, die typischerweise höher als die von Akkumulatoren ist. Es gibt keine Beschränkung der Anzahl der Ladezyklen. Wegen des anderen Spannungsverlaufes eines Kondensators (proportional zur Wurzel der gespeicherten Energie) können Akkumulatoren jedoch nicht einfach gegen Kondensatoren getauscht werden – andere Fahrtregler für stark variable und niedrige elektrische Spannungen sind notwendig, da sonst nur ein kleiner Teil der gespeicherten Energie genutzt werden kann.
Reichweite
Die Reichweite pro Akkuladung eines Elektroautos hängt hauptsächlich von der Batteriekapazität, der Geschwindigkeit, der individuellen Fahrweise und von den Wetterbedingungen ab. Daher kann die tatsächliche Reichweite im Praxisbetrieb durch die individuellen Faktoren wie Strecke und Fahrweise sowie die jeweils vorliegende Außentemperatur deutlich von den durchschnittlichen Herstellerangaben abweichen, wie dies auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor der Fall ist. Die Reichweite nach dem international genormten Testverfahren WLTP befindet sich je nach Fahrzeugtyp meist im Bereich von 100 km (Mitsubishi i-MiEV aus dem Jahr 2009) bis zu 780 km (Mercedes-Benz EQS aus dem Jahr 2022).
Eine Übersicht zu den Reichweiten vieler Modelle findet man unter Elektroautos in Großserienproduktion.
Reichweitenvergrößerung
Grundsätzlich gilt, dass die Batteriekapazität von Elektroautos für den Großteil aller Fahrten groß genug ist und nur wenige Fahrten wie zum Beispiel die Fahrt in den Urlaub etwa die Nutzung von Schnellladestationen, Akkutausch oder die Nutzung von Carsharing-Angeboten erforderlich machen. So kam eine 2016 erschienene Studie zu dem Ergebnis, dass die Reichweite aktuell üblicher Elektroautos wie dem Ford Focus Electric oder dem Nissan Leaf für 87 % aller Fahrten ausreichend ist. Allerdings sind die Reichweiten stark schwankend, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des E-Fahrzeuges, Außentemperatur, besonders die Nutzung von Heizung und Klimaanlage führen zu einer bedeutenden Senkung der Aktionsradien.
Um die Reichweiten trotzdem weiter zu steigern, werden mitunter Zusatzgeräte zur Erzeugung von elektrischem Strom im bzw. am Fahrzeug, sogenannte „Reichweitenverlängerer“ bzw. Range Extender, eingesetzt.
- Hybridbetrieb: Im einfachsten Fall wird dabei ein kraftstoffbetriebenes Stromerzeugungsaggregat im Fahrzeug mitgeführt. Mit diesem Prinzip arbeitet auch der serielle Hybridantrieb, jedoch mit fest installiertem und in die Steuertechnik integriertem Stromerzeuger. Wenn der Akkumulator auch direkt am Stromnetz aufgeladen werden kann, wird diese Fahrzeuggattung als Plug-in-Hybrid bezeichnet. Sie wird als Übergangsform zwischen verbrennungsmotorgetriebenem und Elektrofahrzeug gesehen. Die Kombination von Elektroantrieb mit Akkumulator und Verbrennungsmotor mit Generator erlaubt eine große, von Aufladepunkten unabhängige Reichweite. Bei der Betriebsweise mit Kraftstoff kommen jedoch die der Elektromobilität zugrunde liegende Konzepte nicht zum Tragen. Lösungsansätze, um den Verbrennungsmotor nur bei Bedarf mitzuführen, gab es zum Beispiel von Mindset oder AC Propulsion. Sie setzten beide auf Generatoren, die bei Bedarf in oder an das Elektroauto angebaut wurden, konnten sich jedoch nicht durchsetzen. Ein anderes Beispiel ist der BMW i3 mit werksseitig angebotener Zusatzausstattung „Rex“, wobei dort der Akku nicht gezielt aufgeladen, sondern nur erhalten wird und somit die Charakteristik des Elektroautos gewahrt werden soll.
- Brennstoffzelle: Als Alternative zu Benzin- oder Dieselgeneratoren werden auch Brennstoffzellen gesehen. Bei ihrem Einsatz wird zusätzliche Energie in Form von Wasserstoff oder niedermolekularen Alkoholen (Methanol, Ethanol) oder Ammoniak mitgeführt und im Fahrzeug in Elektrizität umgewandelt. Dem Einsatz dieser Technik stehen gegenwärtig aber die Nachteile der Brennstoffzelle wie geringe Lebensdauer, hohe Kosten, fehlendes Tankstellennetzwerk und geringer Wirkungsgrad bei der Kraftstoffherstellung und Wandlung im Fahrzeug entgegen (siehe auch Brennstoffzellenfahrzeug).
- Solarzellen: Besonders bei Niedrigenergiefahrzeugen kann auch über in das Fahrzeug integrierte Solarzellen (VIPV, von englisch vehicle-integrated photovoltaics ‚fahrzeugintegrierte Photovoltaik‘) die Reichweite vergrößert werden. Die Fahrzeuge Sono Sion und Lightyear 0 warben mit zusätzlicher Reichweite, bevor die Projekte eingestellt wurden. Nach Berechnungen des Fraunhofer Instituts für solare Energiesysteme (ISE) könnten Elektrofahrzeuge mit einem mit Solarzellen belegten Dach unter guten Bedingungen (durchschnittlicher Solarertrag in Freiburg, keine Abschattung, 100 % Wandlerwirkungsgrad) zwischen ca. 1900 und 3400 km zusätzliche Reichweite pro Jahr generieren. VIPV wird wegen des oft geringen Beitrags der Solarzellen zur Reichweite sowie des hohen Aufwands zur Fertigung und Integration bisher nur in wenigen Serienfahrzeugen angeboten (z. B. Hyundai Ioniq 5).
- Tretantrieb: Ein zusätzlicher Pedalantrieb bei Leichtfahrzeugen kann einen reinen Elektroantrieb ebenfalls unterstützen, dies wurde beispielsweise beim Twike umgesetzt.
Klimatisierung
Elektroantriebe geben wegen ihres hohen Wirkungsgrades im Betrieb nur wenig und im Stand gar keine Verlustwärme an die Umgebung ab. Um das Auto bei geringen Außentemperaturen beheizen oder die Scheiben entfrosten zu können, sind daher Heizungen notwendig. Durch den geringen Energieverbrauch des Antriebs fallen zusätzliche Energieverbraucher jedoch sehr viel stärker ins Gewicht und beanspruchen einen Teil der im Akku gespeicherten Energie, was sich speziell im Winter gemeinsam mit weiteren jahreszeitlich bedingten Effekten stark auf die Reichweite auswirkt. Eine einfache, aber sehr energieintensive Form sind elektrische Heizregister, die in die Lüftung eingebaut werden können. Mittlerweile werden daher teilweise die energieeffizienteren Wärmepumpen eingesetzt. Sie lassen sich im Sommer auch als Klimaanlage zur Kühlung nutzen. Sitzheizungen und beheizte Scheiben bringen die Wärme direkt an die zu wärmenden Stellen und reduzieren so ebenfalls den Heizwärmebedarf für den Innenraum. Elektroautos verbringen die Standzeiten oft an Ladestationen. Dort kann das Fahrzeug vor Fahrtbeginn vortemperiert werden, ohne den Akku zu belasten, wie bei einer elektrischen Standheizung. Unterwegs wird dann deutlich weniger Energie für das Heizen oder Kühlen benötigt. Mittlerweile werden auch Smartphone-Apps angeboten, mit denen sich die Heizung fernsteuern lässt.
Sicherheit
Schutz von Insassen und Unfallgegnern
Elektroautos gelten in Bezug auf den Insassenschutz als mindestens so sicher wie Verbrennerfahrzeuge – abhängig vom jeweiligen Modell. In Crashtests erzielten sie bisher (2021) sowohl nach Euro NCAP als auch US NCAP häufig Bestnoten. Beispielsweise erhielt 2022 das Tesla Model Y die bisher höchste vergebene Gesamtwertung vom Euro NCAP, wohingegen 2021 die Renault Zoe beim Euro NCAP keinen Stern bekam.
Konstruktive Maßnahmen zum Schutz von Fußgängern, Radfahrern und anderen Verkehrsteilnehmern lassen sich mit einem Elektroauto ebenso gut realisieren wie mit anderen Autos. Ein zusätzliches Gefährdungspotenzial kann sich jedoch durch die aufgrund der Batterie höhere Fahrzeugmasse und damit kinetische Energie ergeben, die bei einem Aufprall auf den Unfallgegner wirkt.
Brandrisiken und Löschmaßnahmen
Statistische Daten, die auf Basis der Stand 2019 noch geringen Fahrzeugzahlen beruhen, lassen darauf schließen, dass E-Autos deutlich seltener brennen als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Einzelfälle brennender Elektroautos erzielen derzeit hohe mediale Aufmerksamkeit, sind jedoch angesichts von insgesamt jährlich ca. 15.000 Fahrzeugbränden allein in Deutschland kein Hinweis auf eine besondere Brandgefahr. Auch das Laden der Fahrzeuge in Parkhäusern und Tiefgaragen stellt bei sachgemäßer Elektroinstallation keinen zusätzlichen Risikofaktor dar.
Allerdings stellt der Umgang mit brennenden Elektroautos Pannendienste und Feuerwehren vor neue Herausforderungen. Wissenschaft und Unfallversicherer haben Pläne entwickelt, mit diesen Herausforderungen umzugehen.
- Sofern es zu einem Batteriebrand kommt, wird wesentlich mehr Löschwasser benötigt.
- Ein Lithium-Ionen-Akkumulator – welcher z. B. bei einem Unfall beschädigt wurde – kann eine schleichende chemische Reaktion in Gang setzen, durch die ein Batteriebrand eventuell erst mit Verzögerung ausbrechen kann. Das zum Schutz davor gelegentlich propagierte und auch bereits in Einzelfällen durchgeführte Eintauchen des Fahrzeugunterbodens oder des ganzen Fahrzeugs in ein Container-Wasserbad wird von den deutschen Feuerwehren und der DGUV nicht oder nur in gut begründeten Ausnahmefällen empfohlen. Stattdessen sollte das Fahrzeug für einige Tage an einem ungefährlichen Platz abgestellt werden. Von einigen Feuerwehren und Abschleppdiensten wurden feuersichere Container für den Abtransport angeschafft. Alternativ werden spezielle Löschdecken oder Kühlsäcke (Quarantänesystem) angeboten, die an der Einsatzstelle für eine Brandeindämmung sorgen und so die notwendige Löschwassermenge stark reduzieren können. Auch extra für brennende Elektroautos entwickelte Löschlanzen sollen die Effizienz beim Löschen von Elektroautos erhöhen.
- Wenn Löschwasser und Kühlwasser mit dem Batterieinneren in Kontakt treten, werden diese besonders stark belastet und bedürfen einer speziellen Aufbereitung, bevor diese in die Kanalisation gelangen.
- Es besteht für Rettungskräfte die Gefahr von Stromschlägen durch den Kontakt mit Hochvoltkomponenten, die aber von der DGUV als „konstruktionsbedingt unwahrscheinlich“ angesehen wird. Als Lösung wurden zum Beispiel in Baden-Württemberg spezielle Hochspannungs-Schutzhandschuhe für Einsatzkräfte beschafft.
- Wie bei allen Fahrzeugbränden besteht auch bei Elektroautos eine Gesundheitsgefahr durch austretende Atemgifte. Ob diese Atemgifte bei Elektroautos eine höhere Toxizität aufweisen, ist noch nicht erforscht. Generell sind bei allen Fahrzeugbränden unabhängig von der Antriebsart Atemschutzgeräte empfohlen oder vorgeschrieben.
Einige typische Herausforderungen beim Brand von Verbrennerfahrzeugen fallen hingegen bei Elektroautos geringer aus oder entfallen ganz:
- So kommt es bei Bränden von Batterien in Elektroautos zu vergleichsweise geringer Rauchbildung.
- Die Brandtemperaturen und die Wärmestrahlung sind geringer.
- Die Gefahr einer Brandausbreitung durch brennend wegfließende Betriebsstoffe entfällt.
- Die Brandlast eines brennenden Autos wird vor allem vom Interieur bestimmt und ist bei einem Batteriefahrzeug tendenziell geringer als bei einem vollgetankten Verbrennerfahrzeug.
Umrüstung von Verbrennungsmotor-Serienfahrzeugen
Einige Umrüster bieten den Umbau von Verbrennungsmotorantrieben zu Elektroantrieben an. Häufig wird nur der Verbrennungsmotor gegen einen Elektromotor getauscht und das Schaltgetriebe im Fahrzeug belassen. Dies ist weniger technisch unbedingt notwendig, sondern hat zumeist zulassungsrechtliche Gründe. Wird das Getriebe ebenfalls getauscht, so muss das gesamte Fahrzeug neu zugelassen werden, was erheblichen Aufwand nach sich zieht und für geringe Stückzahlen nicht wirtschaftlich ist. In Deutschland beschäftigen sich beispielsweise Citysax und die German E-Cars mit Umrüstungen oder der Nutzung von Serienfahrzeugen als Basismodell.
Angesichts der vorangehend angedeuteten konstruktiven Randbedingungen ist die Umrüstung eines herkömmlichen Automobils zum Elektroauto jedoch im Hinblick Wirtschaftlichkeit (Umbaukosten) nur bedingt abhängig von weiteren Umständen (Ladeinfrastruktur, Fahrzeugverfügbarkeit etc.) sinnvoll. Die Nutzung von Gebrauchtfahrzeugen kann die Kosten deutlich senken.
Internationale Normierung und Fahrzeugstandards
Durch einheitliche Vorschriften soll die internationale Wettbewerbsfähigkeit und damit auch die Wirtschaftlichkeit und Verbreitung von Elektrofahrzeugen erhöht werden. Die EU, die USA und Japan haben daher ihre Pläne für eine internationale Übereinkunft am 17. November 2011 in Brüssel vorgestellt und wollen nun auch andere Länder für das Projekt gewinnen. Konkret sollen zwei informelle Arbeitsgruppen für Elektrofahrzeuge im Rahmen des Übereinkommens über globale technische Regelungen von 1998 eingerichtet werden, die sich jeweils mit Sicherheits- und Umweltaspekten der Fahrzeuge befassen und internationale Regelungsansätze austauschen und ausarbeiten sollen.
Die deutsche Nationale Plattform Elektromobilität hat eine umfangreiche Roadmap für die anstehenden Normierungen im Elektrofahrzeugbereich ausgearbeitet.
Ladetechnik und Ladeinfrastruktur
Ladestecker
Das Laden der Antriebsbatterie erfolgt bei europäischen Elektroautos typischerweise über den Typ-2-Stecker bzw. beim Schnellladen per Gleichstromladen über den CCS-Stecker.
- Der Typ-2-Stecker („Mennekes“-Stecker) wird in Europa bei Wandladestationen und öffentlichen Wechselstrom-Ladestation genutzt und unterstützt das Laden von bis zu 43 kW. Viele Elektroautomodelle unterstützten die Ladung per Wechselstrom aber nur mit 7,4 kW, 11 kW bzw. 22 kW. Der Typ-2-Stecker passt in die CCS-Buchse von europäischen Autos.
- Der CCS-Stecker (Combo 2) erweitert den Typ-2-Stecker um zwei große leistungsfähige Steckkontakte für Gleichstrom. Es wird an Schnellladestationen genutzt und ermöglicht eine derzeit Ladeleistung von bis zu 350 kW (Stand März 2023).
Alternativ sind weitere Möglichkeiten gebräuchlich:
- An 230-Volt-Steckdosen kann mithilfe einer In-Kabel-Kontrollbox (ICCB) geladen werden. Eine Schuko-Haushaltssteckdose mit einer Absicherung von 10 A erlaubt die Übertragung von etwa 2,3 kW, was zu einer relativ langen Ladezeit führt. Der einphasige blaue CEE-Cara „Campingstecker“ ist dauerhaft mit 16 A belastbar, somit kann mit 3,7 kW geladen werden. An einem CEE-Drehstromanschlus kann aufgrund der höheren Stromstärke (z. B. 32 Ampere) und bis zu drei Phasen deutlich schneller geladen werden, sofern es vom Ladegerät im Fahrzeug (Onboard-Lader) unterstützt wird. Bei einer Absicherung von 16 A und einem Dreiphasenlader kann etwa 11 kW übertragen werden, bei 32 A etwa 22 kW.
- Der CHAdeMO-Stecker ermöglicht die Gleichstromladung je nach Version mit bis zu 500 kW und wird vor allem von japanischen Automobilherstellern genutzt. Auch in Europa wurden öffentliche Ladestationen mit CHAdeMO-Stecker errichtet.
- Der Typ-1-Stecker ermöglicht eine einphasige Wechselstromladung mit bis zu 7,4 kW (230 V, 32 A). Er wird vor allem in Automodellen aus dem asiatischen Raum verwendet und ist in Europa eher unüblich.
- Die Schnellladestationen des Fahrzeughersteller Tesla („Supercharger“) nutzen in Nordamerika einen modifiziertem Typ-2-Stecker. In Europa wird seit 2018 der CCS-Stecker genutzt.
Ladeleistung und Ladedauer
Die Ladeleistung hängt zum einen von der maximalen Ladeleistung der Ladestation ab, zum anderen von der Ladefähigkeit des Fahrzeugs. Beim Wechselstrom-Laden (Normalladen) hängt die maximale Ladeleistung des Fahrzeugs von der verbauten Ladetechnik ab. Beim Gleichstrom-Laden (Schnellladen) wird sie außerdem durch den Ladestand und die Temperatur der Antriebsbatterie beeinflusst.
An aktuellen Schnellladestationen und mit einem typischen Verbrauch des Elektroautos von 15 bis 20 kWh/100 km kann in etwa 5 Minuten 100 km Reichweite nachladen kann (Stand 2019).
Öffentliche Ladestationen mit Typ-2-Anschluss bieten typischerweise eine Ladeleistung von 22 kW. Damit lädt man 100 km Reichweite in einer Stunde.
Ladestationen für daheim laden typischerweise mit etwa 11 kW Leistung, was in etwa der Leistung eines Herdanschlusses entspricht. Damit lädt man 100 km Reichweite in etwa 2 Stunden.
Grundsätzlich ist das Aufladen auch an einer Haushaltssteckdose möglich. Diese sind überall verfügbar, dafür sind jedoch nur Ladeleistungen von 3,5 kW möglich, womit binnen 7-10 Stunden Ladedauer etwa 150 bis 200 km Reichweite erzielt werden können.
Öffentliche Ladestationen
In Städten und Gemeinden findet man meist langsamere Ladestationen mit Typ-2-Anschluss (11 kW oder 22 kW Ladeleistung). Entlang der Autobahnen und vielbefahrenen Straßen gibt es Schnellladestationen. Anfänglich (ab 2013) wurden sogenannte Triple Charger (CHAdeMo, CCS, Typ 2) mit meist 50 kW Ladeleistung aufgebaut. Aktuelle Schnellladestationen in Europa verfügen nur noch über den CCS-Anschluss und bieten Ladeleistungen bis zu 350 kW.
In Deutschland gibt es 67.288 Normalladepunkte und 13.253 Schnellladepunkte, die bei der Bundesnetzagentur als „öffentlich zugänglich“ angemeldet sind (Stand Januar 2023). Hinzu kommen die Supercharger des Unternehmens Tesla, Inc., die anfänglich nur für eigene Autos zur Verfügung standen und seit November 2021 Stück für Stück für Fremdmarken geöffnet werden. Private Ladepunkte in Garagen und auf Grundstücken sind in diesen Zahlen nicht enthalten. Das Netz von öffentlichen Ladestationen wird derzeit stark ausgebaut (Stand 2023).
Viele Arbeitgeber, Restaurants, Parkhausbetreiber, Einkaufszentren, Einzelhändler usw. bieten Lademöglichkeiten an, die entweder kostenloses Laden ermöglichen oder ein standardisiertes Bezahlverfahren nutzen.
Verschiedene Websites wie z. B. GoingElectric oder LEMnet oder Chargemap bieten bei der Ladepunktsuche und Routenplanung Hilfestellung. Auch in den Navigationssystemen vieler Elektroautos sind die Ladestationen verzeichnet.
Wechselakkusysteme
Als mögliche Lösung für die langen Ladezeiten werden von wenigen Unternehmen Wechselakkusysteme propagiert. Dabei wird die entladene Antriebsbatterie eines Fahrzeuges an festen Stationen innerhalb weniger Minuten automatisiert gegen einen aufgeladenen Akku getauscht. Dieses Verfahren setzt standardisierte Bauformen, Anschlüsse und eine entsprechend genormte Aufnahme an den Fahrzeugen voraus. Außerdem gehören die Akkus nicht dem Fahrzeugbesitzer, sondern werden gemietet.
Das US-amerikanische Unternehmen Better Place versuchte ab 2007 ein Netz von Batteriewechselstationen aufbauen, ging aber 2013 insolvent.
Der chinesische Elektroautohersteller Nio begann 2018, ein Netz von Batteriewechselstationen in China aufzubauen. Das Netz umfasste im Dezember 2022 1.294 Stationen. In Europa bestanden im Dezember 2022 zehn solcher Stationen: je drei in Norwegen und den Niederlanden und je zwei in Schweden und Deutschland.
Induktives Laden und Oberleitungen
Ein berührungsloses (ohne offene Kontakte), jedoch kabelgebundenes induktives Ladesteckersystem war bereits in den 1990er Jahren beim General Motors EV1 realisiert worden.
Eine Vision ist, das Ladesystem für Elektroautos in die Fahrbahn einzubauen. Während der Fahrt oder beim Parken kann dann mittels Induktion Energie berührungslos übertragen werden. Diese Systeme werden bisher nur im geschlossenen industriellen Bereich und bei Buslinien realisiert. Das induktive Aufladen an Haltestellen wird beispielsweise seit 2002 in Genua und Turin praktiziert und seit März 2014 bei Braunschweiger Verkehrsbetrieben an einer Batteriebuslinie mit Fahrzeugen von Solaris in der Praxis erprobt.
Bei Versuchen mit Kondensatorspeichern in Shanghai wurden kurze Oberleitungsstücke an den Haltestellen installiert, die vom Bus mit ausfahrbaren Bügeln erreicht werden. Ein ganz ähnliches Prinzip gab es in den 1950ern bereits mit den Gyrobussen, jedoch wurde dort die Energie in Schwungrädern gespeichert. Gerade beim ÖPNV mit festen Haltestellen bietet dieses Verfahren der kurzen Zwischenladungen gut planbar die Möglichkeit, die notwendige Akkukapazität und damit die Fahrzeugkosten deutlich zu verringern, ohne die Autonomie der Fahrzeuge zu stark zu beschränken.
Oberleitungsbussen sind im städtischen Personennahverkehr nicht unbekannt. In neuerer Zeit gibt es Vorschläge, derartige Systeme z. B. für Lastkraftwagen auf den Lastspuren auf Autobahnen einzusetzen.
Umweltbilanz
Neben der am meist diskutierten CO2-Bilanz spielen auch die Feinstaub-, Stickoxid- und Lärmbelastung eine Rolle. Dabei unterscheidet man zwischen der direkten Belastung bei der Fahrzeugnutzung und der indirekten Belastung bei der Herstellung des Fahrzeuges sowie der Bereitstellung der Ressourcen beim Verbrauch über den gesamten Lebenszyklus (wie z. B. dem Strom). Neben den absoluten Zahlen spielt vor allem der Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor eine politisch tragende Rolle.
CO2-Bilanz
CO2-Emissionen entstehen beim Elektroauto nicht im Auto selbst, sondern bei der Stromerzeugung sowie bei der Herstellung des Fahrzeugs und insbesondere des Akkus. Die Umweltbilanz von Automobilen wird oft nur auf den direkten Energie- bzw. Kraftstoffverbrauch (Tank-to-Wheel = vom Tank zum Rad) und Emissionen von Schadstoffen oder klimaschädigenden Gasen bezogen. Weiter greift eine Well-to-Wheel-Analyse (von der Quelle zum Rad), die auch Wirkungsgrade und Emissionen für die Bereitstellung der Energie enthält. Umfassendere Vergleiche setzen auf eine Lebenszyklusanalyse (life cycle assessment, „LCA“). Teil dieser Bilanz sind u. a. auch der Herstellungs- und Entsorgungsaufwand für das Fahrzeug, die Bereitstellung der Antriebsenergie und Lärmemissionen.
Das Umweltbundesamt in Österreich errechnete 2021 für ein mit 100 % Ökostrom geladenes Elektroauto der Kompaktklasse Gesamttreibhausgasemissionen von 80 g pro Kilometer. Darin enthalten sind sowohl die vor- und nachgelagerten (bzw. indirekten) Emissionen bei der Herstellung des Fahrzeugs und des Energieträgers als auch die direkten Emissionen aus dem Fahrbetrieb. Gegenüber rein fossil angetriebenen PKW, bedeutet das eine Reduzierung an Treibhausgasen von 67–79 %. Zum Vergleich benötigt ein ICE bei mittlerer Auslastung und derzeitigem Bahnstrommix Gesamttreibhausgasemissionen von 40 g pro Kilometer und Reisendem.
Beispiele für Berechnung
Laut einer Studie der Technischen Universität Eindhoven verursacht ein E-Auto ca. 65 % weniger CO2 als ein vergleichbares Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Ein Tesla Model 3 hat gegenüber einem Mercedes C 220d seinen durch die Batterieproduktion bedingten CO2-„Rucksack“ bereits nach 30.000 km egalisiert.
Nach einer 2019 erstellten und 2020 aktualisierten Studie des IFEU erzeugt ein 2020 in Verkehr gebrachtes Elektroauto mit 48 kWh Akkukapazität gegenüber einem Benziner nach 12 Jahren und 150.000 km etwa 30 Prozent weniger Klimagase über die gesamte Lebensdauer inklusive Herstellung. Gegenüber einem vergleichbaren Diesel sind es etwa 23 Prozent weniger.
Elektroautos inkl. Batterie schneiden bei einer Betrachtung des gesamten Produktlebenszyklus sowohl beim Energieverbrauch als auch beim Treibhausgasausstoß besser ab als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Nur wenn ausschließlich Strom aus Kohlekraftwerken zum Betreiben des Elektrofahrzeuges dient und die Batterien in einer technologisch wenig fortschrittlichen Fabrik hergestellt werden, liegt die Treibhausgasbilanz von Elektroautos höher als bei Autos mit Verbrennungsmotor. Bei Nutzung des durchschnittlichen europäischen Strommix stoßen batterieelektrische Fahrzeuge je nach verwendetem Ansatz (vereinfachte Well-to-Wheel-Betrachtung oder vollständige Produktlebenszyklusanalyse) 44 bis 56 % bzw. 31 bis 46 % weniger CO2 aus als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Anteil regenerativer Quellen im Strommix in den letzten Jahren zunimmt, wodurch sich diese CO2-Emissionen mittlerweile weiter vermindert haben. Die Herstellung eines Elektroautos ist energieaufwändiger als die eines Autos mit Verbrennungsmotor. Insgesamt entfallen nach einer Studie von 2010 bei Elektroautos etwa 15 % des gesamten Umwelteinflusses auf die Herstellung der Akkumulatoren.
2020 erschien in der Fachzeitschrift Nature Sustainability eine Studie, die die CO2-Bilanz von E-Autos über den gesamten Lebenszyklus (d. h. Herstellung, Betrieb und Recycling) sowohl für das Jahr 2015 als auch die Zukunft analysierte. Die Autoren studierten dabei zunächst die Bilanz im weltweiten Durchschnitt und teilten die Welt schließlich in 59 Regionen auf, die sie dann einzeln analysierten, um regionale Unterschiede zu erkennen. Dabei kamen sie zum Ergebnis, dass bereits im Jahr 2015 die Nutzung eines durchschnittlichen E-Autos verglichen mit einem durchschnittlichen fossil angetriebenen Auto deutlich weniger Kohlendioxid produziert hätte. Demnach waren E-Autos immer dann klimafreundlicher als Verbrenner, wenn Strom getankt wurde, bei dessen Produktion weniger als 1100 g CO2/kWh anfiel. Mehr als 90 % der Weltstromerzeugung liegen unter diesem Emissionslevel. Insgesamt kamen die Autoren zu dem Ergebnis, dass E-Autos bereits 2015 in 53 der 59 Regionen weltweit mit zusammen 95 % des Straßenverkehrsaufkommens klimafreundlicher als Verbrenner gewesen seien. Im Durchschnitt lagen die Emissionen von E-Autos um 31 % unter denen von Verbrennern. Wenige Ausnahmen seien Länder wie Polen oder Estland, wo die Stromerzeugung vor allem auf der Verbrennung von emissionsintensiven fossilen Brennstoffen wie Ölschiefer oder Kohle beruht. Zudem werde sich der Klimavorteil von E-Autos in der Zukunft mit dem erwarteten Rückgang der Emissionen der Stromerzeugung noch weiter verbessern, sodass zukünftig auch die ineffizientesten E-Autos eine bessere Klimabilanz aufweisen würden als die effizientesten Verbrenner. Insgesamt würde der Umstieg auf E-Autos in den meisten Regionen weltweit fast sicher die Treibhausgasemissione reduzieren, sogar unter der Annahme, dass diese Elektrifizierung des Verkehrs nicht gleichzeitig von einer Dekarbonisierung der Stromerzeugung begleitet würde.
Mercedes-Benz vergleicht in seiner 2014 veröffentlichten „Life cycle“-Umweltzertifikatsdokumentation sehr umfangreich die B-Klasse in Elektro- und Verbrennungsmotorausführung über den gesamten Lebenszyklus. Demnach verursacht die B-Klasse mit Elektroantrieb 27 % weniger CO2 als die Benzin-Variante (Annahme: damaliger EU-Strommix). Auch das deutsche Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg (IFEU) untersuchte die Klimabilanz von Elektrofahrzeugen im UMBReLA-Projekt (Umweltbilanzen Elektromobilität).
Volkswagen vergleicht in einer Studie die CO2-Bilanz des Golf mit Benzin-, Diesel-, Erdgas- und Elektroantrieb unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus (u. a. 200.000km, Primärenergiefaktoren, Deutscher Strommix, Herstellung Auto & Akku). Dabei kommt der E-Golf auf 120 g/km, der Diesel auf 140 g/km (Erdgasantrieb: 151 g/km; Benzin: 173 g/km). Durch die voranschreitende Energiewende in Deutschland extrapoliert die Studie für 2030 eine CO2-Bilanz von 95 g/km für das Elektrofahrzeug und 114 g/km für den Diesel, womit der Golf Diesel 20 % mehr CO2 verursacht als der vergleichbare E-Golf. Unberücksichtigt bleibt in der Studie jedoch aufgrund fehlender belastbarer Daten ein mögliches „second life“ der Batterie bzw. ggf. des Recyclings jener.
Elektrofahrzeuge verlagern je nach Primärenergieeinsatz Emissionen für ihren Betrieb vom Fahrzeug weg zu den Orten, an denen der Strom für ihren Betrieb produziert wird. Diese lassen sich reduzieren, wenn emissionsfreie Primärenergien beispielsweise aus dem regenerativen Bereich eingesetzt werden. Bei Verbrennungsmotoren fallen nach einer Shell-Studie 15–20 % der CO2-Emission im Bereich Herstellung und Bereitstellung von Kraftstoffen an.
Akkumulator-Recycling
Bei der Herstellung der Akkumulatoren entsteht Kohlenstoffdioxid. Studien in der peer-reviewten Literatur kommen dabei auf Werte von etwa 70 kg bis 75 kg CO2 pro kWh Akkukapazität., Eine Studie für das schwedische Umweltministerium aus dem Jahr 2017 nannte hingegen Werte von 150 bis 200 Kilogramm Kohlendioxid pro kWh Akkukapazität. Electrify-BW kritisiert die Darstellung der schwedischen Studie aufgrund fehlender Grundannahmen. Die Studie und ihre Ergebnisse wurden vielfach aufgegriffen, obwohl ihre Datenbasis bereits bei Publikation veraltet war. Unter anderem schrieben manche Medien E-Autos pauschal einen sehr großen CO2-Rucksack zu worauf die Autoren in einer extra dafür herausgegebenen Pressemitteilung erklärten, dass die Medien die Studie vielfach falsch zitieren. Die Studie mache nur eine Angabe von 150 bis 200 kg CO2 pro kWh Akkukapazität, was ein aktueller Durchschnittswert sei. Dieser lasse sich leicht reduzieren, z. B. durch vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien bei der Akkuproduktion. Vergleiche mit Autos mit Verbrennungsmotor enthalte die Studie nicht. 2019 erschien ein Update der sog. „Schweden-Studie“, bei dem die Autoren ihre 2017 genannten Werte auf Basis aktuellerer Literatur auf etwa die Hälfte der ursprünglichen Werte nach unten korrigierten. Demnach beträgt der CO2-Ausstoß bei der Herstellung des am häufigsten verwendeten NMC-Typs etwa 61 bis 106 kg CO2-Äquivalente.
Nach einer Studie des Instituts für Energie- und Umwelttechnik schlägt sich in der Ökobilanz des Elektrofahrzeugs zu knapp einem Drittel der Materialbedarf für die Batterien nieder.
Das Recycling von ausgedienten Lithium-Ionen-Akkumulatoren benötigt noch viel Energie, was bisher wirtschaftlich unrentabel ist. Schon die Demontage kann durch die vielen unterschiedlichen Batteriesysteme noch nicht automatisiert erfolgen. Gebrauchte Akkumulatoren aus Elektrofahrzeugen, die noch funktionsfähig sind, jedoch nicht mehr ihre volle Leistungsfähigkeit besitzen, sind als Stromspeicher für die Industrie oder Einfamilienhäuser mit Photovoltaikanlagen nutzbar. Beispielsweise werden gebrauchte Akkus aus BMW i3 im Fährterminal des Hamburger Hafens als Großspeicher mit einer Kapazität von zwei Megawatt zum Ausgleich von Schwankungen bzw. Bedarfsspitzen im Stromnetz von Hamburg eingesetzt. Die Produktionsverfahren der Automobilhersteller mit ihrem Kostensenkungspotential können so auch andere Bereiche der Energiewirtschaft beeinflussen.
In einer Studie für die Europäische Umweltagentur aus dem Jahr 2016 geben das Öko-Institut und das Forschungsunternehmen Transport & Mobility Leuven an, dass zur Herstellung eines Elektroautos 70 Prozent mehr Energie verbraucht wird als bei der Herstellung eines konventionellen Fahrzeugs, während der Energiebedarf im Betrieb viel geringer sei.
Beim Recycling der Auto-Akkus gibt es unterschiedliche Ansätze wie das Einschmelzen oder das mechanische Aufbereiten. Bei letzterem Verfahren sei aktuell eine stoffliche Recycling-Quote von über 90 % möglich, wobei dadurch der CO2-Fußabdruck der Herstellung um bis zu 40 % reduziert werden könne. Forscher des Fraunhofer-Instituts arbeiten gemeinsam mit Industriepartnern seit 2016 an einem neuen material- und energieeffizienten Recyclingverfahren, in dessen Zentrum die elektrohydraulische Zerkleinerung mittels Schockwellen steht.
Die Verwertung von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) aus Altfahrzeugen wird innerhalb der Europäischen Union durch die Richtlinien 2000 / 53 / EC und 2006 / 66 / EC geregelt. Erstere befasst sich mit der Verwertung von Fahrzeugen am Ende ihres Lebenszyklus. Für Teile mit erhöhtem Gefährdungspotenzial wie der Batterie eines E-Fahrzeugs ist der Ausbau und eine getrennte Handhabung vorgeschrieben. Diese wird in der Batterierichtlinie 2006 / 66 / EC reglementiert, welche eine erweiterte Herstellerhaftung für Batterieproduzenten vorsieht. Diese müssen für alle Kosten des Sammel-, Aufbereitungs- und Recyclingsystems aufkommen. Fahrzeugbatterien werden darin als Industriebatterien geführt. In Bezug auf das Recyclingverfahren fallen LIB unter die Kategorie „sonstige Batterien“, für die lediglich ein Recyclinganteil von 50 % des durchschnittlichen Gewichts gilt.
Für das Recycling beschädigter E-Auto-Akkus, beispielsweise hervorgerufen durch Verkehrsunfälle, fehlen hingegen noch technisch und rechtlich klare Vorgaben.
In einer Studie des Fraunhofer-Instituts für System und Innovationsforschung (ISI) aus dem Jahre 2020 wird der voraussichtliche Ertrag bei der Demontage auf 210 bis 240 Euro pro Tonne Batterien geschätzt. Die Hälfte des Ertrags entfalle auf Aluminium, ein Viertel auf Stahl und ein weiteres Viertel auf Kupfer. Das eigentliche Zellrecycling sei jedoch deutlich komplexer und es waren hierfür noch keine genauen Zahlen verfügbar. Zusätzlich werde das Problem erschwert durch die unterschiedlichen Bauweisen der Batterien. Ebenso unsicher sei die Umweltbewertung des Recyclingprozesses, lediglich Labordaten sprächen für eine Treibhausgasreduzierung.
Anlagen in Europa
Die Anlage des Unternehmens Redux in Bremerhaven kann 10.000 Tonnen pro Jahr sämtlicher Arten von Lithium-Ionen-Batterien verarbeiten. Eine weitere große Recyclinganlage ist derzeit die Umicores LIB-Recyclinganlage, die 7.000 Tonnen pro Jahr (2018) behandelt. Ende Januar 2021 nahm Volkswagen im Volkswagenwerk Salzgitter eine Pilotanlage für das Recycling von Hochvolt-Batterien in Betrieb, die 3.600 Batterien (1.500 Tonnen) pro Jahr verarbeiten kann. Aktuell werden Batterien aus Test- und Unfallfahrzeugen verarbeitet; sie soll etwa 2030 hochgefahren werden und ist ausbaubar.
Direkte Fahrzeugemissionen
Reine Elektroautos sind emissionsfreie Fahrzeuge. Sie stoßen keine Abgase aus und werden dadurch in der jeweils höchsten CO2-Effizienzklasse eingeordnet. Diese Bewertung vergleicht die Fahrzeuge nur abhängig vom Gewicht und den Emissionen im laufenden Betrieb. Sie dürfen uneingeschränkt in deutschen Umweltzonen verkehren und erfüllen zum Beispiel auch die „Zero-Emission-Vehicle“-Vorschriften, die in Kalifornien seit 1990 zur Luftreinhaltung gelten.
Feinstaub
Der Straßenverkehr ist einer der Hauptverursacher für Feinstaub, der zu schweren Atemwegserkrankungen führen kann. Feinstaub entsteht bei der Verbrennung von Benzin und Diesel, aus Abgasen entstehenden sekundären Aerosolen, bei Bremsvorgänge (Bremsstaub), sowie durch Reifenabrieb und die Aufwirbelung des Straßenstaubs. Die Emissionsfreiheit und Energie-Rückgewinnungs-Systeme reduziert die Feinstaubbelastung bei Elektroautos zwar deutlich, der auf Grund des üblicherweise höheren Gewicht der Elektroautos stärkere Reifenabrieb erhöht die Feinstaubbelastung aber wiederum. Eine Studie der OECD geht davon aus, dass in Summe die Feinstaubbelastung durch Elektroautos sinkt.
Mikroplastik
Laut einer Studie der Weltnaturschutzunion ist Reifenabrieb eine der größten Quellen für Mikroplastik in der Umwelt und für ein Viertel des Eintrags in den Weltmeeren verantwortlich, das Fraunhofer-Institut geht sogar von 50 % aus. Insgesamt landen laut Umweltbundesamt (UBA) verkehrsbedingt etwa 133 000 bis 165 000 Tonnen Kunststoff pro Jahr in Deutschland in der Umwelt. Ein Deutscher produziert pro Jahr durchs Autofahren etwa 1500 g Mikroplastik, durch Benutzung von Kunstfaserkleidung sind es 90 g, durch Mikroplastik enthaltende Kosmetik 30 g. Durch das Mehrgewicht und die bessere Beschleunigung von Elektroautos setzen sie gemäß dem UBA beim Reifenabrieb deutlich mehr Feinstaub mit Mikroplastikpartikeln frei als Verbrennerfahrzeuge. Die Partikelfreisetzung durch Reifenabrieb steigt dabei exponentiell mit höherem Gewicht. In einem Langstreckentest über mehr als 30 000 Kilometer untersuchte Emissions Analytics die Reifen vom Typ Continental Contisport 6 an einer Mercedes C-Klasse. Die durch die Reifen verursachte Partikelmenge lag im Schnitt bei 76 mg/km. Sobald 570 kg mehr ins Auto zugeladen wurde, stieg der Wert sprunghaft auf bis zu 194 mg/km.
Lärm
Beim Straßenverkehrslärm lassen sich deutliche Lärmminderungen erreichen. Elektromotoren sind leise, da bei ihnen keine lauten Ansaug- und Auspuffgeräusche entstehen. Weniger Motorenlärm macht sich vor allem bei Omnibussen, Lastkraftwagen und motorbetriebenen Zweirädern bemerkbar. Die bei höheren Geschwindigkeiten dominierenden Reifen-Fahrbahn-Geräusche entsprechen denen üblicher Antriebe. Etwa 50 % der Bevölkerung sind derart durch Verkehrslärm beeinträchtigt, dass gesundheitliche Schäden zu befürchten sind. 15 % sind gefährdet, Herz-Kreislaufprobleme davonzutragen. Da Elektroautos bis etwa 40 km/h vom Lärm anderer Fahrzeuge übertönt werden und daher von Verkehrsteilnehmern wie Kindern, Radfahrern und sehbehinderten Fußgängern schlechter akustisch wahrgenommen werden können, haben Fahrzeughersteller 2012 begonnen, serienmäßig Geräte zur geschwindigkeitsabhängigen Abgabe von Warngeräuschen, sogenannte Acoustic Vehicle Alerting Systems (AVAS), einzubauen. Nach Japan und den USA ist auch in der EU der Einbau akustischer Warnsysteme ab dem 1. Juli 2019 gesetzlich für neue Fahrzeugtypen (und ab 1. Juli 2021 für alle Typen) vorgesehen. Hinter dieser Forderung stehen Verbände, die sehbehinderte Menschen vertreten.
Im März 2016 wurde für 50 Länder AVAS vorgeschrieben; bei einem Treffen der UNO-Arbeitsgruppe kamen im September 2016 in Genf Verhandlungspartner überein, dass ein vom Fahrzeuglenker aktivierbarer Pauseschalter für das Warngeräusch zu verbieten ist.
Energieverbrauch Quelle-Rad (well-to-wheel)
(Eine Betrachtung nur auf die Fahrzeugtechnik bezogen (tank-to-wheel) erfolgt im Abschnitt Verbrauch und Wirkungsgrad.)
Wie beim Energieverbrauch sind genau die Betrachtungsgrenzen zu beachten und die Primärenergiefaktoren einzubeziehen. Diese können je nach Betrachtungsjahr, Ermittlungsverfahren, Stromanbieter, Land und weiteren Faktoren schwanken und ändern sich durch Veränderungen im Strommarkt zum Teil sehr dynamisch. Verschiedene Normen und Institutionen verwenden verschiedene Faktoren und nutzen abweichende Berechnungsverfahren. Der Umbau der Infrastruktur bringt ebenfalls CO2-Emissionen mit sich, doch kann die Nutzung von Elektroautos den Treibhauseffekt reduzieren.
Neuere externe Untersuchungen kommen zu dem Schluss, dass sich die Herkunft des Stroms, mit dem die Batterien geladen werden, zu mehr als zwei Dritteln in der Ökorechnung niederschlägt.
Als Basisangabe wird der Energiebedarf in kWh/100 km verwendet, der in einem genormten Fahrzyklus ermittelt wird (in Europa der NEFZ). Er bildet den Energieverbrauch zwischen Steckdose und Rad (Tank-to-Wheel) ab. Um den Wirkungsgrad des Gesamtsystems „Auto“ (Well-to-Wheel) zu ermitteln, müssen auch die vorgelagerten Verluste bei Stromerzeugung, -wandlung und -übertragung betrachtet werden. Die Wirkungsgrade der traditionellen Stromkraftwerke sind in Bezug auf den Primärenergieeinsatz stark verschieden. Sie liegen je nach Kraftwerkstyp zwischen 35 % (Braunkohlekraftwerk) und 60 % (GuD-Kraftwerk). Außerdem zu berücksichtigen sind Transformations- und Leitungsverluste im Stromnetz. Daher liegt der Primärenergieverbrauch eines Elektroautos beim Laden am öffentlichen Stromnetz (Strommix) höher als der Stromverbrauch „ab Steckdose“. Diese Gesamtbetrachtung wird in einem Primärenergiefaktor ausgedrückt, der mit dem reinen Fahrzeugverbrauch multipliziert wird. Die Ermittlung dieses Faktors kann durch verschiedene Betrachtungsgrenzen, Zeiträume, Berechnungsgrundlagen und dynamische Entwicklungen im Energiemarkt sehr unterschiedlich ausfallen, was beim Vergleich verschiedener Systeme relevant wird.
Seit 2016 wird für die Stromerzeugung in Deutschland gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV) ein Primärenergiefaktor von 1,8 angesetzt. Davor war seit 2009 der Faktor 2,6 gültig, der zum 1. Mai 2014 bereits auf 2,4 gesenkt worden war. Durch den Umbau der Stromversorgung im Zuge der Energiewende ändert sich der Primärenergieeinsatz weiterhin. Bei lokalen Betrachtungen, speziellen Stromtarifen und in anderen Ländern gelten entsprechend dem verwendeten Strommix andere Werte. Beispielsweise sind in Österreich Förderungen für Elektroautos an den Nachweis eines primären Einsatzes von Strom aus 100 % erneuerbaren Energieträgern gebunden.
Vergleich Benzin- und Dieselfahrzeuge
Berücksichtigt man die Verluste bei Gewinnung, Raffinierung, Erkundung, Bohrung und Transport/Bereitstellung der fossilen Kraftstoffe (Well-to-Tank), so ergeben sich nach einer Schweizer Studie aus 2008 die Wirkungsgrade für die Bereitstellung von Benzin 77,5 %, Diesel 82 %, Erdgas 85 % (Primärenergiefaktoren von 1,29/1,22/1,17). Die deutsche Energiesparverordnung gibt den Wert nach Schätzungen mit 1,1 an. Zu diesen Bereitstellungsverlusten kommen nach Schätzungen von 2001 bauartbedingte Verluste im Auto (Tank-to-Wheel) hinzu. Diese sind bei Verbrennungsmotorantrieben aufgrund des geringen Wirkungsgrades (bei idealem Betrieb des Ottomotors liegt der Motorwirkungsgrad bei 36 %), der ineffizienten Kaltstartphase, sowie des Teillastbetriebs viel höher als bei Elektroantrieben. Rechnet man den direkten Kraftstoffverbrauch in kWh/100 km um, so ergeben sich sehr viel höhere Werte als bei Elektrofahrzeugen.
Legt man nun den idealen Motorwirkungsgrad bei Verbrennungsmotoren zu Grunde, so kommt man bei Ottomotoren auf einen Primärenergiefaktor von 3,58 bei einer Betrachtung von Well-to-Wheel. Dieselmotoren schneiden dabei mit einem Primärenergiefaktor von 2,97 (PKW) bzw. 2,71 (NFZ) etwas besser, aber immer noch schlechter als Elektrofahrzeuge ab.
Vergleich Brennstoffzellenfahrzeug
Auch Brennstoffzellenfahrzeuge besitzen einen geringeren Gesamtwirkungsgrad als reine Elektrofahrzeuge. Diese benötigen zum Beispiel zusätzlich einen Wasserstoffspeicher. Die Gewinnung des Wasserstoffes und die Speicherung (bis 700 bar Kompression oder Verflüssigung bis ca. −253 °C) ist sehr energieaufwendig. Wird der Wasserstoff aus regenerativen Energien durch Elektrolyse erzeugt, betragen die addierten Verluste aus Elektrolyse und Kompression auf 700 bar 35 %. Zusammen mit dem Stromerzeugungswirkungsgrad der Brennstoffzelle von etwa 60 % ergeben sich Verluste von etwa 61 % auf dem Weg vom Stromerzeuger bis zum Antriebsmotor im Fahrzeug. Für denselben Weg betragen die Lade- und Entladeverluste eines Lithium-Ionen-Akkumulators nur 10 bis 20 %. Die Energieverluste eines Brennstoffzellenfahrzeugs sind deshalb höher als die eines rein batteriebetriebenen Elektroautos. Daher sind die Energiekosten reiner Batterie-Elektrofahrzeuge deutlich geringer als bei Brennstoffzellenfahrzeugen mit Wasserstofferzeugung über elektrischen Strom (Elektrolyse). Sonnenenergie gibt es in Hülle und Fülle, sie müsse nur genutzt werden, die Natur sei auch nicht energieeffizient, so Robert Schlögl vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim a.d. Ruhr. Der große Nachteil von Wasserstoff ist seine schlechte Transportierbarkeit. Aber auch andere Kraftstoffe wie Ammoniak können mit regenerativer Energie klimafreundlich gewonnen werden und mit Brennstoffzellen E-Mobile antreiben. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) kommt im Jahr 2019 in einer durch einen Wasserstofftankstellenbetreiber beauftragten Untersuchung zum Lebenszyklus-Vergleich beider Antriebe zu dem Schluss, dass Brennstoffzellenfahrzeuge unter bestimmten Bedingungen eine günstigere Klimabilanz in Bezug auf Treibhausgas-Emissionen aufweisen können als Elektrofahrzeuge. Diese Auftragsstudie wurde in der Fachwelt stark kritisiert.
Studien
Nach einer Studie des BDEW fahren Elektroautos mit deutschem Strommix im Jahr 2018 mit 60 Prozent weniger CO2-Ausstoß als vergleichbare Autos mit Benzin- oder Dieselmotor.
Das Öko-Institut veröffentlichte im August 2017 eine Studie, wonach die Elektromobilität bereits beim damaligen Strommix mit ca. 30 % erneuerbare Energien bei der Klimabilanz konventionellen Autos überlegen ist. In der Schweiz durchgeführte Untersuchungen der gesamten Ökobilanz bestätigen die Aussage, dass nur bei Betrieb mit reinem Kohlestrom die Umweltbilanz der Elektroautos schlechter als die von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ausfallen kann. Dabei wurde die Vergleichsrechnung für moderne Lithium-Ionen-Akkumulatoren nicht abschließend betrachtet. Verbesserte Produktionsverfahren verringern den Herstellungsaufwand und verbessern die Ökobilanz der Elektroautos weiter.
Laut einer Studie des Alternative Fuels Data Center des Energieministeriums der USA belief sich 2015 der jährliche CO2-Ausstoß eines durchschnittlichen Elektrofahrzeuges in den USA auf rund 2,2 Tonnen (Gesamtenergiebetrachtung, Well-to-Wheel, bei 19.000 km Fahrleistung). Der Ausstoß variierte je nach Emissionsintensität der Stromerzeugung zwischen kaum 0,5 kg in Vermont bis zu 4,3 Tonnen in West Virginia bei Stromerzeugung aus Kohle. Dagegen stieß ein durchschnittliches Verbrennungsfahrzeug bei gleicher Fahrleistung 5,2 Tonnen CO2 aus.
Ab 2020 werden für Autobauer in der EU pro Pkw im Mittel nur 95 Gramm CO2-Ausstoß pro gefahrenem Kilometer erlaubt – bei Verstoß werden Strafen fällig. Dem entspricht ein Verbrauch von vier Litern auf 100 Kilometern. Da Kunden auch SUV und Limousinen kaufen, müssen Autobauer Elektroautos verkaufen, selbst wenn das ein Verlustgeschäft wäre. Der Verkauf eines Elektroautos hat für Mercedes ab 2020 durch vermiedene Strafen 12.400 € Zusatzwert, bei BMW sind es 11.900 €, bei VW 11.400 €. Mit Elektroautos werden die Strafen minimal ab einem Anteil an der Gesamtproduktion ab 2020 bei neun Prozent, also knapp 1,5 Millionen Stück.
Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) veröffentlichte im Januar 2020 eine Studie, wonach ein Elektrofahrzeug in der Gesamtbilanz von Herstellungs-, Nutzungs- und Verwertungsphase über seine Lebensdauer 15 bis 30 % niedrigere Treibhausgasemissionen aufweist als ein vergleichbarer moderner konventioneller Pkw. Dies würde sich weiter verbessern mit dem Voranschreiten der Energiewende sowie mit dem ausschließlichen Einsatz erneuerbarer Energien in der Produktion von E-Pkws, bei der diese im Moment 70 bis 130 % höhere Treibhausgasemissionen verursachen als ein konventioneller Pkw. Fahrzeuge mit größerer Batterie, wie sie wegen der Reichweitenangst teilweise angestrebt werden, sind daher kritisch zu bewerten. Neben den Treibhausgasemissionen betrachtet die Studie auch die Umweltauswirkungen über den gesamten Zyklus eines E-Pkws. Im Vergleich zu einem konventionellen Pkw hat der E-Pkw Nachteile bei Feinstaubemissionen, Wasserentnahme, Versauerung und Humantoxizität, die vor allem bei der Batterieproduktion entsteht. Vorteile hingegen ergeben sich diesbezüglich bei Sommersmog, Überdüngung, Flächenbedarf und Treibhausgasemissionen. Hinsichtlich Versauerung sei jedoch im Jahre 2030 bei E-Pkw ein relativ geringerer Wert als bei konventionellen Antrieben zu erwarten.
Ressourcen
Die Elektroautos mit mehr als 150 km Reichweite, die seit den 2010er-Jahren gebaut werden, nutzen Akkus mit Lithiumtechnologie (siehe #Akkusysteme auf Lithium-, Blei- oder Nickelbasis). Bei deren Umweltbilanz wird neben der CO2-Bilanz auch die Gewinnung der Rohstoffe Lithium und Kobalt diskutiert.
In Medien werden häufig die Auswirkungen der Rohstoffgewinnung auf Umwelt und Menschen kritisiert. Bei der Erzeugung des Rohstoffs Lithium würden durch Raubbau am Grundwasser zum Beispiel ganze Landstriche Südargentiniens in die Wüstenbildung getrieben und Zehntausenden einheimischer indigener Bevölkerung ihre basalen Lebensgrundlagen geraubt. Diese Berichte erfahren auch Gegenkritik. Eine Veröffentlichung des Institute of Technology Carlow kommt zu dem Schluss, dass der Abbau von Lithium keine Umweltauswirkungen habe, die im Metallbergbau ungewöhnlich sind, und es wie bei anderen Formen des Bergbaus auch lediglich entsprechender Regulierung bedürfe, um die Gewinnung umweltfreundlich zu halten. Im Norden Portugals, wo die Gewinnung von Lithium vorbereitet wird, gibt es starken Widerstand von Umweltschützern.
Laut Maximilian Fichtner, Direktor am Ulmer Helmholtz-Institut für elektrochemische Energiespeicherung, werden für das Lithium einer Batterie mit 64 kWh Kapazität 3840 Liter Wasser verdunstet.
Bei Kobalt liegt das Hauptabbaugebiet mit 60 % in der Demokratischen Republik Kongo, davon zu 80 % als Nebenprodukt des industriellen Kupferbergbaus; bis zu 20 % des abgebauten Kobalts werden im Kleinbergbau gefördert. Der Kleinbergbau fördert Kinderarbeit, arbeitet mit wenig oder gar keinen Sicherheitsvorkehrungen und resultiert unter anderem in direktem Kontakt von Arbeitern mit Schwermetallen (insbesondere Uran) im Gestein, stellt jedoch andererseits eine wichtige Lebensgrundlage für die lokale Bevölkerung dar.
Wirtschaftlichkeit
In einem Vergleichstest des ADAC im Oktober 2018 waren etwa die Hälfte der Elektroautos in der Gesamtkostenbetrachtung günstiger als vergleichbare Autos mit Benzin- oder Dieselmotor.
Lebensdauer
Die Lebensdauer von Elektrofahrzeugen, inklusive des Akkus, soll weit über der von Verbrennerfahrzeugen liegen. Es gibt Berichte, die von über 800.000 km Lebensdauer sprechen. Auf 350.000 km soll der Reichweitenverlust nur 5,45 % betragen. Autohersteller bieten auf den Akku meist eine Garantie von 8 Jahren oder 160.000 km Fahrleistung mit mindestens 70 % der ursprünglichen Kapazität. An der Pennsylvania State University wurde ein Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator (LEP-Akku) entwickelt, der durch das Leiten von Strom durch eine dünne Nickelfolie auf eine Betriebstemperatur von 60 Grad Celsius erwärmt wird, was es erlaubt die Oberfläche der Graphitelektrode zu verkleinern, was den Akku langlebiger machen soll. Nach Berechnungen der Wissenschaftler sollen bei einer täglichen Fahrleistung von 50 Kilometern 3,2 Millionen Kilometer mit einer Batterie gefahren werden können.
Energieverbrauch
Elektrofahrzeuge weisen durch den um mehr als Faktor drei energieeffizienteren Antriebsstrang einen deutlich niedrigeren Energieverbrauch auf als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Um 100 km zu fahren, musste bei einem im Januar 2020 veröffentlichten EcoTest für die getesteten PKWs zwischen 14,7 kWh und 27,6 kWh Strom genutzt werden.
Ergebnisse von Verbrauchsmessungen an Elektrofahrzeugen berücksichtigen manchmal nur den Verbrauch während der Fahrt, nicht aber die Verluste, die beim Laden der Antriebsakkumulatoren entstehen und zwischen 10 und 25 % betragen. Der EPA-Zyklus (USA) berücksichtigt auch den Ladeverlust. Eine Reduktion der zulässigen Höchstgeschwindigkeit kann den Energieverbrauch deutlich senken. Die Deutsche Umwelthilfe hat 2023 anhand von sieben Modellen nachgewiesen, dass Elektroautos bei Tempo 50 im Schnitt 16,5 Prozent mehr Energie verbrauchen als bei Tempo 30.
Energiekosten
Die Energiekosten eines Elektroautos im Vergleich zum Verbrennerfahrzeug hängen wesentlich von der Preisentwicklung bei Strom bzw. den Kraftstoffen ab. Beim Elektroauto kommt hinzu, dass der Preis erheblich von den Bezugsmöglichkeiten bestimmt wird: Während an Schnellladesäulen in Deutschland nach den Preiserhöhungen einiger Betreiber 2020 meist zwischen 42 und 79 Cent je kWh gezahlt werden müssen, sind mit Hilfe einer eigenen Photovoltaikanlage Stromerzeugungspreise von wenigen Cent pro kWh möglich. An Ladestationen einiger Handelsketten oder Stadtwerke kann Strom für Elektroautos mit Stand Juni 2021 sogar kostenlos geladen werden. (siehe auch Ladestation (Elektrofahrzeug)#Bezahlung) Ebenso erlauben manche Arbeitgeber das kostenlose Aufladen am Unternehmensstandort.
Aufgrund dieser Preisunterschiede hängen die Energiekosten eines Elektroautos sehr stark von den individuellen Umständen ab und können sowohl deutlich niedrigerer als auch (beim ausschließlichen Laden an Schnellladesäulen) deutlich höher sein als bei einem Verbrennerfahrzeug. Eine Untersuchung von Leaseplan ermittelte 2021 unter Zugrundelegung des Haushaltsstrompreises in Deutschland für Elektroautos durchschnittliche Stromkosten in Höhe von 78 % der Kraftstoffkosten eines Verbrenners, für Österreich 62 %, für die Schweiz 56 %.
Bei konventionellen Kraftstoffen ist neben den marktbedingten Preisschwankungen durch die CO2-Steuer bis 2025 mit um ca. 16 Cent je Liter erhöhten Preisen zu rechnen.
Anschaffungskosten
Den geringeren Verbrauchs- und Wartungskosten stehen derzeit noch höhere Anschaffungskosten von Elektrofahrzeugen gegenüber, an denen sowohl die geringer gefertigten Stückzahlen als auch die Akkumulatoren ihren Anteil haben. Durch höhere Stückzahlen sinken die Anschaffungskosten von Elektroautos stetig. Es wird damit gerechnet, dass ab 2027 in allen Segmenten die Anschaffungskosten von Elektroautos unter denen von Verbrennern liegen.
Zudem erfolgt in vielen Ländern eine Subventionierung der Anschaffungskosten. In Deutschland waren es von Juli 2020 bis Dezember 2022 bis zu 9000 Euro pro Fahrzeug. Weiter gibt es für Dienstwagen steuerliche Anreize vom Staat. Es gibt weitere Förderungen der Bundesländer wie etwa den BW-e-Gutschein in Baden-Württemberg mit 1000 Euro für gewerbliche Nutzung. Im Internet gibt es Online-Rechner, mit denen man die maximale Förderung in Abhängigkeit vom Standort berechnen kann.
Günstige Elektroautos
Der Dacia Spring wurde nach Subvention für etwa 12.000 Euro verkauft. Der Dartz Nikrob EV wird vor Subvention in Europa für etwa 10.000 Euro verkauft. Letzterer basiert auf dem Wuling Hongguang Mini EV, der in China ohne Subvention für etwa 4000 bis 5000 Euro angeboten wird und dort derzeit (Stand März 2023) das meistverkaufte Elektroauto ist. Die Elektroautos der New Small Family des VW-Konzerns (VW e-up!, Seat Mii und Škoda Citigo) konnten zuletzt zu Listenpreisen zwischen etwa 20.000 und 24.000 Euro vor Subventionen erworben werden. Nach der Erhöhung der deutschen Kaufprämie im Juni 2020 erhöhte sich die Lieferzeit auf über ein Jahr, sodass ein Bestellstopp verfügt wurde.
Mietakku
Die Hersteller Renault, Nissan, Nio und Smart bieten bzw. boten für die Antriebsbatterien ihrer Elektoautos Mietmodelle an. Hierdurch wird der Kaufpreis des Fahrzeugs reduziert, jedoch bewegen sich bei höheren Grundinvestitionen die kilometerabhängigen Mietpreise oft in den gleichen Größenordnungen wie die Kraftstoffkosten vergleichbarer Modelle. Bei Nio bietet ein gemieteter Akku die Möglichkeit an einer Batteriewechselstation getauscht zu werden. Stand 2023 bietet in Deutschland nur noch Nio ein Mietsystem.
Reparatur- und Wartungskosten
Die Kosten von Wartung und verschleißbedingten Reparaturen sind bei Elektroautos in der Regel geringer als bei Autos mit Verbrennungsmotor.
Bei Elektroautos entfallen folgende Teile und Betriebsstoffe eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, und damit auch die zugehörigen Wartungs- und Reparaturkosten:
- Auspuffanlage samt Fahrzeugkatalysator
- Steuerkette bzw. Zahnriemen
- Lichtmaschine, Wasserpumpe und Keilriemen samt Spannrolle
- Kupplung
- Zündkerzenwechsel und -wartung bei Fahrzeugen mit Ottomotor
- Zustand des Katalysators und der Motorregelung (Abgasuntersuchung)
- Kraftstofffilter, Ölfilter und Luftfilter
- Motoröl
- AdBlue bei Dieselfahrzeugen
Die folgenden Komponenten sind bei einem Elektroauto einfacher aufgebaut oder weniger beansprucht und sind daher seltener von Defekten betroffen:
- Der Viertaktmotor einschließlich seiner Peripherie enthält zahlreiche beweglichen und thermisch hoch beanspruchte Teilen unterliegt hohem Verschleiß, während Elektromotoren typischerweise länger halten als das Fahrzeug und dabei nicht oder kaum gewartet werden müssen.
- Das Getriebe muss bei einem Verbrennerfahrzeug immer als Schaltgetriebe (Handschalt- oder Automatikgetriebe) ausgeführt werden und ist daher deutlich komplexer und anfälliger als die in Elektroautos üblichen Festgetriebe.
- Die Bremsen werden deutlich weniger beansprucht, da die Mehrheit der Verzögerungsvorgänge über die Rekuperation ausgeführt wird. Entsprechend müssen Bremsklötze und Bremsscheiben/-trommeln seltener gewechselt werden.
Hingegen können die Reifen von Elektroautos wegen des aus dem Stand zur Verfügung stehenden hohen Drehmoments und des hohen Fahrzeuggewichts bei entsprechender Fahrweise stärker beansprucht werden und müssen dann häufiger gewechselt werden.
Die US-amerikanische Verbraucherorganisation Consumer Reports hat in einer Analyse tatsächlicher Wartungs- und Reparaturausgaben von Autobesitzern festgestellt, dass diese bei Elektroautos nur etwa halb so hoch ausfallen, und rechnet damit, dass ein Elektroauto im Lauf seines Lebens etwa 4600 US$ weniger Wartungs- und Reparaturkosten verursacht. Vermutet wird, dass die Einsparungen aufgrund des technischen Fortschritts bei Elektroautos in Zukunft noch höher ausfallen werden.
Eine Auswertung von Vollkasko-Schadenfällen der Jahre 2018 bis 2020 des Zentrums für Technik der Allianz-Versicherung ermittelte für Elektroautos jedoch je Schadenfall ca. 10 % höhere Reparaturkosten und sogar 30 % nach Kollisionsschäden. Die Autoren sehen die Ursache bei den Herstellern und ihren Reparaturvorschriften: Mercedes schreibe beispielsweise nach jeder Airbag-Auslösung den Austausch der Fahrzeugbatterie vor. Durch Schutzummantelungen der Hochvoltkabel könnten die Hersteller die Reparaturkosten bei Marderbissen um 97 % senken.
Versicherungskosten
Die Prämien für die Haftpflichtversicherung und Kaskoversicherung eines Elektroautos sind in Deutschland tendenziell etwas günstiger als bei Autos mit Verbrennungsmotor. Analysen der Vollkaskoprämien durch die Vergleichsportale Verivox und Check24 kamen 2020 bzw. 2021 zu dem Ergebnis, dass die meisten Elektroautos günstiger zu versichern sind als ein vergleichbares Verbrennerfahrzeug.
Zu beachten ist, dass die Versicherung meist an der Dauerleistung bemessen wird, die bei Elektroautos in der Regel deutlich geringer ist als die Spitzenleistung.
In einigen Ländern entfallen bestimmte Steueranteile bei der Versicherung, beispielsweise in Österreich die motorbezogene Versicherungssteuer.
Gesamtkosten
Im Januar 2017 legte ein ADAC-Kostenvergleich dar, dass fünf in Deutschland erhältliche reine Elektroautos in der Gesamtkostenbetrachtung günstiger waren als vergleichbare Autos mit konventionellem Antrieb. In die Berechnung gingen ein: Anschaffungspreis, Wertverlust, Kraftstoff- beziehungsweise Stromkosten, Werkstatt- und Reifenkosten sowie Steuern und Versicherung bei einer Haltedauer von fünf Jahren. Auch die in Deutschland erhältliche Kaufprämie wurde mit eingerechnet. Es wurden unterschiedliche Kilometerleistungen durchgerechnet.
In einem Vergleichstest des ADAC im Oktober 2018 waren etwa die Hälfte der Elektroautos in der Gesamtkostenbetrachtung günstiger als vergleichbare Autos mit Benzin- oder Dieselmotor.
Im Januar 2020 veröffentlichte das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) eine Studie, die besagt, dass zu dieser Zeit bestimmte E-Fahrzeuge unter der Gesamtkostenbetrachtung günstiger gewesen seien. In den nächsten 5 bis 10 Jahren würden E-Fahrzeuge einen größeren Kostenvorteil zu ihren konventionellen Counterparts haben. Hauptgründe dafür seien die sinkenden Kosten der Akkumulatorenherstellung, der voraussichtlich nach 2020 billiger werdende Strom und der Preisanstieg von Produkten aus dem knapper werdenden Erdöl.
Der ADAC stellte in einem Vergleichstest im Juli 2020 fest, dass viele Elektroautos hinsichtlich Gesamtkosten deutlich günstiger als vergleichbare Diesel- und Benzinfahrzeuge sind. Zu sinkenden Grundpreisen für Elektroautos kommt seit Juli 2020 in Deutschland eine erhöhte Kaufprämie von 9000 Euro dazu (6000 Euro vom Staat, 3000 Euro vom Hersteller). Zudem hätten Elektroautos deutlich niedrigere Energie- und Wartungskosten. Bei den Kosten wurden berücksichtigt: Versicherung, Kfz-Steuer, Ausgaben für Wartung und Reparaturen, Reifenverschleiß, Kraftstoff- bzw. Stromkosten, eine Pauschale für die Wagenwäsche bzw. Wagenpflege, sowie der Wertverlust des Fahrzeugs. Letzterer spielte eine große Rolle.
Wirtschaftlichkeit und Garantie
Die Wirtschaftlichkeit eines Elektroautos hängt von den Anschaffungskosten, Betriebskosten und von der Haltbarkeit ab.
Während die Lebensdauer von Autos mit Verbrennungsmotoren oft mit verschlissenen Motoren endet, so wird die Nutzungsdauer von Elektroautos wesentlich durch die Haltbarkeit des Akkumulators bestimmt. Er fällt in der Regel nicht plötzlich aus, sondern verliert kontinuierlich über die Zeit und die Anzahl der Ladezyklen an Kapazität. Die Hersteller haben ihre Garantien im Laufe der Entwicklung immer weiter ausgedehnt und geben 2021 für aktuelle Modelle in der Regel eine Garantie von 70 % der Nennkapazität über einen Zeitraum von 8 Jahren oder einer Laufleistung von 160.000 km. Toyota bietet für den elektrischen Proace sogar eine Garantie von 15 Jahren und 1.000.000 km.
Bisherige Erfahrungsberichte deuten darauf hin, dass es nur sehr wenig Garantiefälle gibt, und die Antriebsbatterien deutlich länger halten als die üblichen Garantien.
Energiewirtschaftliche Aspekte
Energiebedarf: Anteil am Gesamtstromverbrauch
In Deutschland werden bis 2030 10 Millionen E-Fahrzeuge auf deutschen Straßen prognostiziert, was die Stromnachfrage um 3–4,5 % steigern würde. Im Falle von einer Million Elektroautos, was einem Anteil von etwa 2 % aller Fahrzeuge entspricht, sind rund 3 TWh an elektrischer Energie aufzubringen, was einem halben Prozent des derzeitigen deutschen Strombedarfs entspricht. Der gesamte deutschlandweite elektrobetriebene öffentliche Nah- und Fernverkehr benötigt rund 15 TWh Strom pro Jahr, entsprechend knapp 3 % des Bruttostromverbrauchs.
Das Bundesumweltministerium schätzte 2020 den zusätzlichen Strombedarf durch eine komplette Elektrifizierung der 45 Millionen Pkw in Deutschland auf 100 TWh pro Jahr, was rund einem Sechstel der zu dieser Zeit verbrauchten Strommenge in Deutschland entspricht.
Belastung der Stromnetze
Durch das gleichzeitige Aufladen von vielen Elektroautos könnte theoretisch das derzeitige Stromnetz überlastet werden. Der Gleichzeitigkeitsfaktor besagt aber, dass dies nicht zutrifft. Um es weiter auszuschließen, hilft zum einen der Ausbau der Stromnetze. Ein anderer Weg ist, Akkus als Puffer zu nutzen.
Akkus als Puffer in den Ladestationen
Um das Stromnetz zu entlasten und Ultra-Schnellladesäulen auch in Gebieten ohne starken Stromanschluss zu ermöglichen, werden Ladestationen zunehmend mit einem eigenen Akku als Puffer ausgestattet, die den Strom zwischenspeichern können. So kann der Puffer langsam aus dem Stromnetz geladen werden (z. B. in Zeiten, in denen der Strom günstig ist) und dann den Strom schnell an das Elektroauto abgeben. Dieser Puffer ermöglicht auch den Einsatz von Wind- und Solarkraftanlagen in der direkten Umgebung der Ladestation. (s. a. Batterie-Speicherkraftwerk)
Akkus der Elektroautos als Puffer
Positive Effekte im Stromnetz würden auch entstehen, wenn Elektroautos ihre Batterien in einem intelligenten Stromnetz gezielt nicht zu Zeiten laden, an denen der Strombedarf hoch ist und durch das Zuschalten von Spitzenlastkraftwerken (meist Gas) gedeckt werden muss, sondern zu Zeiten, in denen ein Überschuss an regenerativ erzeugtem Strom vorhanden ist. Dazu muss berücksichtigt werden, dass durch den bestehenden CO2-Handel in der Stromerzeugung die Nachfrage der Antriebsenergie als neuer Stromnachfrager im Stromnetz auftritt – ohne dass dafür mehr Zertifikate zugeteilt werden würden. Mit steigender Zahl der E-Fahrzeuge wird so zukünftig der Druck im Strommarkt erhöht. Jedoch ist das erst bei größeren Fahrzeugzahlen überhaupt relevant. Das Öko-Institut in Freiburg hat dazu im Auftrag des Bundesumweltministeriums im mehrjährigen Projekt OPTUM 2011 einen Abschlussbericht erarbeitet.
Das Konzept „Vehicle to Grid“ (dt.: „Fahrzeug ins Netz“) sieht vor, die Energiespeicher in Elektro- und Hybridautos für das öffentliche Stromnetz als Pufferspeicher nutzbar zu machen. Da auch Elektroautos mehr parken als fahren und die meiste Zeit mit einer Ladestation verbunden sein können, wäre es so möglich, die Schwankungen bei der Erzeugung von Elektrizität aus erneuerbaren Energien zu puffern oder Spitzenlasten auszugleichen. Nissan mit Leaf-to-Home in Japan und das Unternehmen e8energy mit ihrem System DIVA in Deutschland bieten bereits derartige Systeme für die Integration in einen Haus-Batteriespeicher an. Diese Betriebsweise erhöht allerdings den Akkumulatorenverschleiß, was bei einer weitergehenden externen Steuerung durch einen Energiedienstleister oder Netzbetreiber mit einem entsprechenden Abrechnungsmodell ausgeglichen werden müsste. Um damit die gesamte Pufferkapazität aller deutschen Pumpspeicherkraftwerke (etwa 37,7 GWh) zu erreichen, müssten sich etwa 3,77 Mio. Elektrofahrzeuge gleichzeitig mit je 10 kWh ihrer Batteriekapazität beteiligen. Bei oben angegebenen 15 kWh pro 100 km entspricht das ca. 65 km Reichweite. Eine Umstellung des kompletten deutschen Pkw-Bestands von ca. 42 Mio. Autos auf Elektroautos würde diese Pufferkapazität schon ergeben, wenn im Schnitt jedes Fahrzeug nur 1 kWh (entsprechend 6,5 km Reichweite) als Puffer im Netz zur Verfügung stellt.
Energieautarkie
Erdöl bzw. das daraus erzeugte Benzin oder Diesel muss in den meisten Ländern importiert werden. Elektrische Energie dagegen wird in den meisten Staaten in geringerem Maße importiert beziehungsweise durch einen geringeren Anteil an importierten Energieträgern erzeugt. Elektrische Energie kann lokal z. B. durch erneuerbare Energien erzeugt werden. Staaten wie Norwegen wollen den selbst produzierten Strom – im Fall Norwegen aus Wasserkraft – nutzen und subventionieren daher Elektroautos. (s. a. Marktentwicklung der Elektroautos in Norwegen)
Elektrische Energie kann auch lokal und dezentral durch erneuerbare Energien erzeugt werden. So kann beispielsweise ein Grundstücks- oder Hausbesitzer mit den entsprechenden Gegebenheiten seinen Strombedarf selbst zu einem großen Teil decken.
Marktentwicklung und politische Rahmenbedingungen
Weltweit
Bestand
Im Jahr 2021 waren weltweit 11,3 Millionen batterieelektrische Fahrzeuge in Betrieb. Im Jahr 2022 wurden ungefähr 10,5 Millionen neue Elektroautos ausgeliefert.
Der geschätzte weltweite Bestand hat sich wie folgt entwickelt: Die Darstellung von Grafiken ist aktuell auf Grund eines Sicherheitsproblems deaktiviert. Quellen: Internationale Energieagentur, Statista
Modelle
Das meistverkaufte Elektroauto der Welt war 2015, 2016 und 2017 das Tesla Model S. Von 2018 bis 2021 war das Tesla Model 3 das meistverkaufte Elektroauto der Welt. 2022 wurde es vom Tesla Model Y abgelöst.
Bei den kumulierten Verkäufen führt das Tesla Model 3 mit rund 1 Million Einheiten bis Mitte 2021.
Im 1. Quartal 2023 war das Tesla Model Y über alle Antriebsarten hinweg das meistverkaufte Auto der Welt.
Marktentwicklung
In verschiedenen Studien wird eine ähnliche Entwicklung vorausgesehen wie bei Digitalkameras, die Analogkameras ablösten usw., ein sog. Tipping-Point. Das Elektroauto gilt als disruptive Technologie. In einer Studie von 2011 stellte das Beratungsunternehmen McKinsey dar, welcher Fahrzeugtyp bei welchem Benzinpreis bzw. Akkupreis jeweils am wirtschaftlichsten ist. Demnach wäre bei einem Kraftstoffpreis von über 1 USD pro Liter und einem Akkupreis unter 300 USD pro kWh das batterieelektrische Auto am wirtschaftlichsten. Tatsächlich lag mit Stand November 2013 der Kraftstoffpreis in vielen Ländern über 1 USD pro Liter und der Akkupreis unterhalb von 200 USD pro kWh.
Laut einer Vorhersage des deutschen Physikers Richard Randoll von 2017 werde sich die Zahl der weltweit verkauften reinen Elektroautos alle 15 Monate verdoppeln. Dieses exponentielle Wachstum werde bereits 2026 zum „endgültige(n) Aus für den Verbrennungsmotor“ führen.
Eine Hauptrolle bei der Verbreitung von Elektroautos spielt auch der Autohandel. Laut der New York Times raten Autohändler oft von der Anschaffung eines Elektroautos ab, da der Handel mehr am Service der Autos mit Verbrennungsmotoren verdiene. Laut der „National Automobile Dealers Association“ würden Autohändler etwa dreimal so viel mit dem Service verdienen als mit dem Auto-Verkauf. Elektroautos bedürfen weniger Service, da sie viel weniger und fast nur wartungsfreie Bauteile enthalten. Der Handel sei ein Flaschenhals bei der Verbreitung der Elektromobilität.
Die Europäische Union verschärfte die Gesetze für den CO2-Ausstoß von Kraftfahrzeugen mit dem Ziel von 95 g/km für 2020. Die Berechnung erfolgt anhand des Flottenverbrauchs der Automobilhersteller. Für Elektroautos wurden sogenannte Super Credits, eine Form der Klimakompensation, ausgehandelt. Dabei senkt der Verkauf eines emissionsfreien Elektroautos den gesamten Flottenverbrauch überproportional. Ähnliche Effekte treten auch in der US-Klimapolitik auf, siehe Corporate Average Fuel Economy. Dies wird von Befürwortern, zu denen die deutsche Regierung und die deutsche Automobilindustrie gehören, als Marktstimulation für die Elektromobilität gesehen, Gegner bezeichnen sie als Subvention für die Automobilindustrie, deren gesetzlich gegebener Druck emissionsarme Fahrzeuge zu entwickeln gelockert wird und sonst fällige Strafzahlungen für die Überschreitung der Grenzwerte vermieden werden.
2017 war das Tesla Model S mit 16.132 Stück – eine Steigerung von 30 Prozent zum Vorjahr – erstmals das meistverkaufte Oberklassefahrzeug in Europa. Es lag vor der S-Klasse von Mercedes (13.359 Fahrzeuge) und dem 7er von BMW (11.735 Fahrzeuge). In den USA ist das Model S schon seit dem Jahr 2014 das meistverkaufte Auto der Oberklasse.
2022 wurden nach einer Schätzung des Center of Automotive Management (CAM) 7 Millionen Elektroautos verkauft.
Größte Hersteller reiner E-Autos im Jahr 2022
| Hersteller | produzierte Fahrzeuge |
|---|---|
| Tesla | 1.314.000 |
| BYD | 911.000 |
| SAIC | 750.000 |
| Volkswagen | 572.000 |
| Geely | 381.000 |
Pkw-Neuzulassungsanteil batterieelektrischer Autos pro Land
| Land | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 | 2022 | 2023 Q1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Norwegen | 20,9 % | 31,2 % | 42,4 % | 54,3 % | 64,5 % | 79,4 % | 84,6 % |
| Schweden | 2,0 % | 4,4 % | 9,6 % | 19,1 % | 33,0 % | 36,2 % | |
| Finnland | 0,6 % | 1,7 % | 4,4 % | 10,3 % | 17,7 % | 31,4 % | |
| Dänemark | 7,2 % | 13,5 % | 20,8 % | 29,8 % | |||
| Niederlande | 5,5 % | 13,7 % | 20,5 % | 20,0 % | 23,6 % | 25,6 % | |
| Volksrepublik China | 2,3 % | 3,2 % | 4,9 % | 12,1 % | 21,1 % | ||
| Österreich | 2,8 % | 6,4 % | 13,7 % | 15,1 % | 17,8 % | ||
| Schweiz | 1,7 % | 4,4 % | 8,2 % | 13,3 % | 17,8 % | 17,4 % | |
| Irland | 1,0 % | 2,9 % | 4,5 % | 8,2 % | 14,9 % | 16,0 % | |
| Frankreich | 1,4 % | 1,9 % | 6,7 % | 9,8 % | 13,3 % | 15,4 % | |
| Deutschland | 0,7 % | 1,0 % | 1,7 % | 6,7 % | 13,6 % | 17,7 % | 14,2 % |
| Vereinigtes Königreich | 0,5 % | 0,6 % | 1,6 % | 6,5 % | 11,3 % | 16,1 % | |
| Vereinigte Staaten | 1,3 % | 1,4 % | 1,9 % | 2,9 % | 5,9 % | 7,1 % | |
| Spanien | 0,5 % | 0,8 % | 2,1 % | 2,8 % | 3,8 % | 4,6 % | |
| Italien | 2,4 % | 4,6 % | 3,8 % | 3,9 % | |||
| Quelle: Open-EV-Charts.org |
Staatliche Förderungen
In vielen Ländern gibt es zahlreiche Förderungen, um den Wechsel von Autos mit Verbrennungsmotor hin zu Autos mit Elektromotor zu begünstigen. Eine Art der Förderung sind Subventionen beim Neuwagenkauf (siehe Deutschland, Norwegen, Frankreich usw.). Eine weitere Art sind steuerliche Begünstigungen (siehe Deutschland, Norwegen usw.). Eine weitere Art ist es, Autos mit Verbrennungsmotor zu benachteiligen. So werden für diese höhere Steuern beim CO2 fällig (siehe CO2 Zertifikate in der EU usw.). Es gibt Tempolimits z. B. Tempo 100 km/h auf manchen Autobahnen in Österreich, von denen Elektroautos ausgenommen sind. Es gibt Fahrverbote z. B. Dieselfahrverbot in manchen Innenstädten in Deutschland. Zudem setzen einige Länder ein Datum fest, ab dem dann keine Neuwagen mit Verbrennungsmotor mehr verkauft werden dürfen (z. B. Norwegen, Niederlande, Kalifornien, Großbritannien usw.). In der EU darf der Flottenverbrauch eines Herstellers einen bestimmten CO2-Wert nicht mehr überschreiten, was die Hersteller dazu veranlasst, Elektroautos zu verkaufen.
Europa
Die Europäische Union fördert Elektroautos unter anderem mittels der Begrenzung des durchschnittlichen Kohlendioxid-Ausstoßes der von den Autofirmen verkauften PKW-Flotte (95 g Kohlendioxidausstoß pro Kilometer). In einer Studie vom April 2020 wird festgestellt, dass sich für die Autohersteller sogar ein Preisdumping für Elektroautos lohne, weil die Nullemission der abgesetzten E-PKW im Jahre 2020 aus förderpolitischen Gründen doppelt gezählt werden dürfe (2021 1,67fach). Die Firmen könnten Strafzahlungen an die EU vermeiden, indem sie ausreichend Elektroautos verkauften bzw. könnten dadurch mehr gewinnträchtigere, konventionelle PKW absetzen, wobei schwere Typen weiter bevorteilt seien. Die Autoren kritisieren weiterhin, dass 5 % der produzierten Flotte von vornherein ausgenommen werden können.
Deutschland
Das Kraftfahrt-Bundesamt führt umfangreiche Statistiken über Fahrzeugbestand und Neuzulassungen in Deutschland.
Bestand
Der Bestand an reinen Elektro-Pkw hat von Anfang 2008 bis Anfang 2023 auf das 705-fache zugenommen. Das durchschnittliche Wachstum betrug 54,8 % pro Jahr.
bis 6 %
7 % bis 9 %
10 % bis 12 %
13 % bis 16 %
17 % bis 19 %
20 % und mehr
| Datum | Bestand | Änderung | Anteil |
|---|---|---|---|
| 1. Januar 2008 | 1.436 | 0 % | |
| 1. Januar 2009 | 1.452 | +1,1 % | 0 % |
| 1. Januar 2010 | 1.588 | +9,4 % | 0 % |
| 1. Januar 2011 | 2.307 | +45,3 % | 0.01 % |
| 1. Januar 2012 | 4.541 | +96,8 % | 0.01 % |
| 1. Januar 2013 | 7.114 | +56,7 % | 0.02 % |
| 1. Januar 2014 | 12.156 | +70,9 % | 0.03 % |
| 1. Januar 2015 | 18.948 | +55,9 % | 0.04 % |
| 1. Januar 2016 | 25.502 | +34,6 % | 0.06 % |
| 1. Januar 2017 | 34.022 | +33,4 % | 0.07 % |
| 1. Januar 2018 | 53.861 | +58,3 % | 0.12 % |
| 1. Januar 2019 | 83.175 | +54,4 % | 0.18 % |
| 1. Januar 2020 | 136.617 | +64,3 % | 0.29 % |
| 1. Januar 2021 | 309.083 | +126,2 % | 0.64 % |
| 1. Januar 2022 | 618.460 | +100,1 % | 1.27 % |
| 1. Januar 2023 | 1.013.009 | +63,8 % | 2.08 % |
| Quelle: Kraftfahrt-Bundesamt |
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Nach Berechnungen des Deutschen Instituts für Wirtschaftsforschung wurde die Marke von 1 Million (reinen) Elektroautos im Dezember 2022 überschritten.
Neuzulassungen
Die Neuzulassungen von Pkw mit batterieelektrischem Antrieb und Plug-in-Hybrid-Antrieb haben sich wie folgt entwickelt:
| Quartal | Elektroautos | Plug-in-Hybride | Elektro-Anteil | Plug-in-Hybrid-Anteil |
|---|---|---|---|---|
| 2016 Q1 | 2.332 | 3.503 | 0,3 % | 0,4 % |
| 2016 Q2 | 2.025 | 2.621 | 0,2 % | 0,3 % |
| 2016 Q3 | 3.321 | 3.272 | 0,4 % | 0,4 % |
| 2016 Q4 | 3.732 | 4.348 | 0,5 % | 0,5 % |
| 2017 Q1 | 5.060 | 5.264 | 0,6 % | 0,6 % |
| 2017 Q2 | 5.129 | 7.000 | 0,5 % | 0,7 % |
| 2017 Q3 | 6.244 | 8.152 | 0,8 % | 1,0 % |
| 2017 Q4 | 8.623 | 9.020 | 1,0 % | 1,1 % |
| 2018 Q1 | 9.102 | 8.447 | 1,0 % | 1,0 % |
| 2018 Q2 | 8.132 | 8.236 | 0,8 % | 0,9 % |
| 2018 Q3 | 7.340 | 8.884 | 0,9 % | 1,1 % |
| 2018 Q4 | 11.488 | 5.875 | 1,5 % | 0,8 % |
| 2019 Q1 | 15.901 | 7.382 | 1,8 % | 0,8 % |
| 2019 Q2 | 15.158 | 9.143 | 1,6 % | 0,9 % |
| 2019 Q3 | 16.844 | 9.962 | 1,9 % | 1,1 % |
| 2019 Q4 | 15.378 | 18.861 | 1,8 % | 2,2 % |
| 2020 Q1 | 25.975 | 26.419 | 3,7 % | 3,8 % |
| 2020 Q2 | 18.332 | 23.122 | 3,6 % | 4,5 % |
| 2020 Q3 | 54.062 | 56.341 | 6,5 % | 6,8 % |
| 2020 Q4 | 95.794 | 94.587 | 10,9 % | 10,8 % |
| 2021 Q1 | 64.694 | 78.047 | 9,9 % | 11,9 % |
| 2021 Q2 | 84.022 | 85.524 | 11,4 % | 11,6 % |
| 2021 Q3 | 87.979 | 77.493 | 14,0 % | 12,4 % |
| 2021 Q4 | 119.266 | 84.385 | 19,7 % | 14,0 % |
| 2022 Q1 | 83.672 | 67.771 | 13,4 % | 10,8 % |
| 2022 Q2 | 83.591 | 71.109 | 13,7 % | 11,6 % |
| 2022 Q3 | 105.210 | 76.767 | 16,7 % | 12,2 % |
| 2022 Q4 | 198.086 | 146.446 | 25,3 % | 18,7 % |
| 2023 Q1 | 94.736 | 37.545 | 14,2 % | 5,6 % |
| Quelle: Kraftfahrt-Bundesamt |
Im Jahr 2022 betrug der Anteil der batterieelektrischen Pkw an den Pkw-Neuzulassungen 17,7 %, der Anteil der Plug-in-Hybride 13,7 % und der Anteil der Wasserstoff-Brennstoffzellen-Pkw 0,03 %.
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Modelle
Die folgende Tabelle zeigt die Top 10 der Elektroauto-Modelle nach Neuzulassungen in Deutschland.
| Rang | Modell | 2017 | 2018 | 2019 | 2020 | 2021 | 2022 | 2023 Q1 | Summe |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Tesla Model 3 | – | 5 | 9.013 | 15.202 | 35.262 | 33.841 | 4.188 | 97.511 |
| 2 | Renault Zoe | 4.322 | 6.360 | 9.431 | 30.376 | 24.736 | 10.535 | 769 | 86.529 |
| 3 | VW ID.3 | – | – | – | 14.493 | 26.693 | 23.286 | 5.285 | 69.757 |
| 4 | VW e-up! | 1.078 | 1.019 | 465 | 10.839 | 30.797 | 13.238 | 609 | 58.045 |
| 5 | Tesla Model Y | – | – | – | – | 4.400 | 35.426 | 15.851 | 55.677 |
| 6 | Hyundai Kona Elektro | – | 368 | 3.521 | 14.008 | 17.240 | 17.029 | 2.268 | 54.434 |
| 7 | Smart Fortwo Electric Drive | 2.987 | 4.204 | 5.287 | 11.544 | 17.409 | 9.700 | 3.055 | 54.186 |
| 8 | BMW i3 BEV | 2.791 | 3.792 | 9.117 | 8.629 | 12.178 | 9.668 | – | 46.175 |
| 9 | Fiat 500e | – | – | – | 872 | 12.516 | 29.635 | 3.093 | 46.116 |
| 10 | Audi Q8 e-tron | – | – | 3.578 | 8.135 | 8.691 | 13.253 | 3.449 | 37.106 |
Staatliche Förderung
Die deutsche Bundesregierung stellte 2009 einen nationalen Entwicklungsplan für Elektromobilität auf und gründete eine nationale Plattform für Elektromobilität mit verschiedenen Fördermaßnahmen, um die Entwicklungsanstrengungen zu Elektrofahrzeugen zu intensivieren. Sie gab das Ziel aus, „dass bis 2020 nicht weniger als eine Million und bis 2030 sogar sechs Millionen Elektrofahrzeuge auf den deutschen Straßen unterwegs“ sein sollten. Dieses Ziel wird deutlich verfehlt.
Da die Markteinführung nur schleppend verlief, schuf die Politik 2015 das Elektromobilitätsgesetz, das es den Gemeinden erlaubt, Elektromobilität unter anderem durch privilegierte Park- und Ladeplätze und Öffnung von Busspuren zu fördern. Der Anteil deutscher Autofahrer, die von freigegebenen Busspuren profitieren können, dürfte jedoch eher gering ausfallen. Außerdem wird damit der Zweck der Busspuren konterkariert, und somit dieses Ansinnen als wenig nachhaltiger politischer Aktionismus kritisiert. Zur Unterscheidung von anderen Fahrzeugen kann seit Oktober 2015 ein E-Kennzeichen beantragt werden. Elektrofahrzeuge mit Erstzulassung vor dem 1. Januar 2016 wurden für 10 Jahre von der Kraftfahrzeugsteuer befreit. Seit Jahresbeginn 2016 verkürzt sich dieser Zeitraum auf fünf Jahre, danach gilt ein ermäßigter Steuersatz. Im September 2016 beschloss der Bundestag, dass diese Regelung rückwirkend zum 1. Januar 2016 doch wieder 10 Jahre betragen soll. Im Gegensatz zu größeren Automobilen sind Leichtelektromobile (unter anderem der Klasse L7e) trotz ihrer höheren Umweltfreundlichkeit derzeit von der Umweltprämie ausgenommen, was von Mitgliedern der Grünen kritisiert wurde.
Die Lobbyorganisationen der Autohersteller, wie der Verband der Automobilindustrie und der BDI warben 2015/2016 bei deutschen Bundespolitikern offensiv für eine staatliche Subventionierung von Elektroautos und den Aufbau eines Netzes aus Ladestationen. Im Mai 2016 führte die Bundesregierung eine Kaufprämie in Höhe von 4.000 € für reine Elektroautos bzw. 3.000 € für Plug-in-Fahrzeuge ein. Die Gesamtfördersumme liegt bei 1,2 Milliarden Euro, davon 600 Millionen Euro vom Bund und 600 Millionen von der Industrie. 100 Millionen Euro plante der Bund für Ladestationen und weitere 200 Millionen Euro für Schnellladesäulen. 20 % des Bundesfuhrparks sollte 2017 elektrisch fahren. Von den dafür bereitgestellten Mitteln waren Mitte Juni 2018 nur 2,4 % abgerufen worden. Gleichzeitig wurde das Ziel von einer Million Elektroautos 2020 auf die Hälfte reduziert.
Zum 8. Juli 2020 führte die Bundesregierung zusätzlich zum Umweltbonus die sogenannte Innovationsprämie ein. Mit dieser stieg die Förderung beim Kauf eines reinen Elektrofahrzeugs auf maximal 9.000 Euro sowie für Plug-in-Hybride auf bis zu 6.750 Euro. Eigentlich sollte diese Fördermöglichkeit im Dezember 2021 enden. Im Dezember 2021 teilte das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz hingegen mit, dass die Bezuschussung in dieser Form um ein weiteres Jahr verlängert werde. Im Jahr 2022 wurden Änderungen an der Förderung vorbereitet, weil viele Käufer die Prämie kassierten, aber die Wagen sechs Monat nach dem Kauf mit Gewinn weiterverkauften. So wurde fast jeder vierte der in Deutschland bis Juli 2022 insgesamt 98.000 verkauften Tesla-Autos ins Ausland weiterverkauft. Seit dem 1. Januar 2023 wurde die Förderung auf maximal 4500 Euro gekürzt und auf rein elektrisch betriebene Fahrzeuge beschränkt.
Der Bundesrat forderte in einem Beschluss vom 23. September 2016, dass ab dem Jahr 2030 keine Autos mit Verbrennungsmotor mehr zugelassen werden. Der Beschluss richtete sich auch an die EU-Kommission, spätestens ab dem Jahr 2030 in der gesamten europäischen Union nur noch emissionsfreie Pkw zuzulassen. Basis ist das Übereinkommen von Paris, das vorsieht, dass die Welt ab 2050 CO2-neutral sein soll. Um dies zu erreichen, müsse man bereits 2030 die Neuzulassung von Pkw mit Verbrennungsmotor stoppen.
Österreich
Auch die österreichische Bundesregierung gab 2010 das Ziel aus, die Anzahl der Elektroautos auf Österreichs Straßen zu erhöhen, bis 2020 auf 200.000. Ende 2020 waren es dann tatsächlich jedoch nur 44.498.
2016 kündigten Vertreter des Verkehrs- und Umweltministeriums Förderungen für Kauf und Verbreitung von Elektroautos im Umfang von 72 Mio. € an. 48 Mio. € davon sollen den Ankauf bzw. Absatz stützen. Privatpersonen konnten 4000 €, Vereine, Institutionen und Betriebe 3000 € beim Kauf eines reinen Elektroautos erhalten; alle Gruppen konnten 1500 € für ein Hybrid-Elektroauto erhalten. Die Regelung galt für Käufe zwischen 1. Jänner 2017 und Ende 2018. Für diese Kraftfahrzeuge gab es Kennzeichen mit grünem Schriftzug. Damit wurden Privilegien verbunden, etwa beim Parken oder das Benutzen von Busspuren. Je 24 Mio. € kamen vom Umweltministerium, vom Verkehrsministerium und von den Automobilimporteuren. Mit 48 Mio. € konnten mindestens 12.000 Förderungen finanziert werden. ÖAMTC und VCÖ kritisierten die Förderungen als falsche Anreize.
Im Frühjahr 2018 wurde bekannt, dass das Bundesministerium für Nachhaltigkeit und Tourismus um Bundesministerin Elisabeth Köstinger plant, Elektroautos von den auf österreichischen Autobahnen und Autostraßen streckenweise geltenden „Immissionsschutzgesetz - Luft“-Geschwindigkeitsbeschränkungen („IG-L“) auszunehmen. Dies folgte dem Prinzip, dass sich nur diejenigen Verkehrsteilnehmer – nämlich Fahrer von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren –, die im Gegensatz zu emissionsfreien Elektrofahrzeugen auch tatsächlich für die zu hohen Luftschadstoff-Werte, die zur Aktivierung dieser über Verkehrsbeeinflussungsanlagen verordneten Begrenzungen führen, verantwortlich sind, den entsprechenden Beschränkungen unterwerfen müssen. Das bedeutet beispielsweise, dass auf einigen Autobahnen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor nur maximal 100 km/h fahren dürfen, während Elektroautos von diesem Tempolimit befreit sind.
Mit Juli 2020 wurde die Förderung für den Kauf von Elektroautos für Privatpersonen, Vereine, Institutionen und Betriebe gleichermaßen auf 5000 € angehoben. Voraussetzung für die Inanspruchnahme der Förderung ist ein Brutto-Listenneupreis von maximal 60.000 € und eine vollelektrische Reichweite von mindestens 50 km nach WLTP. Darüber hinaus wurden die Förderungen für private Ladestationen auf 600 €, Ladestationen in Mehrparteienhäusern auf 1.800 € angehoben. Die Förderung ist weiterhin an den hauptsächlichen Bezug erneuerbarer Energien geknüpft.
Während die Neuzulassungen von benzin- bzw. dieselgetriebenen Autos deutlich gegenüber 2019 abnahmen (−39 % bzw. −28 %), stiegen die Neuzulassungen von reinen Elektroautos gegenüber 2019 um 72,8 %.
Bestand
| Datum | Bestand | Veränderung | Anteil |
|---|---|---|---|
| 31.12.2000 | 156 | -10 (-6.02 %) | 0 % |
| 31.12.2001 | 153 | -3 (-1.92 %) | 0 % |
| 31.12.2002 | 148 | -5 (-3.27 %) | 0 % |
| 31.12.2003 | 135 | -13 (-8.78 %) | 0 % |
| 31.12.2004 | 128 | -7 (-5.19 %) | 0 % |
| 31.12.2005 | 127 | -1 (-0.78 %) | 0 % |
| 31.12.2006 | 127 | 0 (0 %) | 0 % |
| 31.12.2007 | 131 | 4 (3.15 %) | 0 % |
| 31.12.2008 | 146 | 15 (11.45 %) | 0 % |
| 31.12.2009 | 223 | 77 (52.74 %) | 0.01 % |
| 31.12.2010 | 353 | 130 (58.3 %) | 0.01 % |
| 31.12.2011 | 989 | 636 (180.17 %) | 0.02 % |
| 31.12.2012 | 1389 | 400 (40.44 %) | 0.03 % |
| 31.12.2013 | 2070 | 681 (49.03 %) | 0.04 % |
| 31.12.2014 | 3386 | 1316 (63.57 %) | 0.07 % |
| 31.12.2015 | 5032 | 1646 (48.61 %) | 0.11 % |
| 31.12.2016 | 9073 | 4041 (80.31 %) | 0.19 % |
| 31.12.2017 | 14.618 | 5545 (61.12 %) | 0.3 % |
| 31.12.2018 | 20.831 | 6213 (42.5 %) | 0.42 % |
| 31.12.2019 | 29.523 | 8692 (41.73 %) | 0.59 % |
| 31.12.2020 | 44.507 | 14984 (50.75 %) | 0.87 % |
| 31.12.2021 | 76.539 | 32032 (71.97 %) | 1.49 % |
| 31.12.2022 | 110.225 | 33686 (44.01 %) | 2.14 % |
| Quelle: Statistik Austria |
Grafische Darstellung der Bestandsentwicklung Die Darstellung von Grafiken ist aktuell auf Grund eines Sicherheitsproblems deaktiviert.
Am 31. März 2023 waren es 120.738 batterieelektrische Pkw.
Schweiz
665 Elektroautos waren in der Schweiz im Jahr 2010 zugelassen. Dieser Wert steigerte sich im Jahr 2015 auf 7.531, 2020 auf 43.396 und 2022 auf 110.751. Im letztgenannten Jahr waren 17,8 % der Neuwagen Elektroautos und ihr Anteil am Gesamtbestand der Personenwagen stieg gegenüber dem Vorjahr von 1,5 % auf 2,3 %. Mit dem Tesla Model 3 war 2021 erstmals ein Elektroauto das meistverkaufte Auto der Schweiz, 2022 lag das Tesla Model Y an der Spitze der Rangliste.
In der Schweiz gibt es verschiedene Fördermaßnahmen für Elektroautos. Zum Beispiel wurden Elektroautos von der Automobilsteuer in Höhe von 4 % des Fahrzeugwertes befreit. Die Fördermaßnahmen variieren von Kanton zu Kanton. Beispielsweise erstattet der Kanton Basel-Stadt 20 % des Kaufpreises eines reinen Elektroautos, maximal jedoch 5000 Schweizer Franken.
Der Bundesrat beabsichtigt, dass ab 2024 auch Elektroautos der Automobilsteuer unterstellt werden sollen. Ziel sei das Entgegenwirken des Rückgangs der Einnahmen aus der Automobilsteuer sowie den Nationalstrassen- und Agglomerationsverkehrsfonds zu sichern.
China
In China startete die Regierung im Jahr 2008 eine Kampagne unter dem Motto „Zehn Städte, Eintausend Fahrzeuge“.
Mitte 2014 beschloss die chinesische Regierung, von September 2014 bis 2017 beim Kauf eines Elektroautos die Mehrwertsteuer zu erlassen und eine Kaufprämie von bis zu 10.000 Dollar zu gewähren.
In den großen chinesischen Städten gibt es für Autos eine Zulassungsbeschränkung. So durften in Peking 2016 nur 150.000 Autos zugelassen werden. Davon waren 60.000 Zulassungen für Elektroautos reserviert. Die Zulassungen werden über eine Lotterie zugeteilt. So kann nur jeder 665. Bewerber für ein Benzinauto eine Zulassung erhalten.
Im Oktober 2016 wurde bekannt, China arbeite an einem Plan, ab dem 1. Januar 2018 eine Elektroautoquote einzuführen. Nach dem damaligen Gesetzentwurf müsste jeder Autohersteller mindestens acht Prozent seiner Fahrzeuge in China als Elektroauto verkaufen. Erfüllt ein Hersteller diese Quote nicht, muss der Hersteller bei anderen Herstellern, die diese Quote übererfüllen, Credits abkaufen oder aber die eigene Produktion drosseln. Die Quote solle dann jedes Jahr gesteigert werden. Auf ausländische Fahrzeuge verhängt China Importzölle von 25 Prozent. Wer diese umgehen will, muss als Hersteller ein Gemeinschaftsunternehmen mit einem chinesischen Hersteller gründen. BMW arbeitet mit dem chinesischen Autobauer Brilliance zusammen, VW mit FAW und SAIC.
2022 wurden 5,365 Mio. Elektroautos (BEV) verkauft, was gegenüber dem Vorjahr einer Steigerung von 81,6 % entspricht. Ihr Anteil an allen Antriebsarten betrug knapp 20 %. Unter den Herstellern belegten BYD, Tesla und Aion die ersten drei Plätze.
Anfang 2023 wurde gemeldet, dass deutsche Hersteller an dem stark wachsenden chinesischen Elektroautomarkt – anders als beim Markt für Autos mit Verbrennungsmotoren – nur einen geringen Anteil haben. Von insgesamt 5,7 Millionen Fahrzeugen seien im Vorjahr „nur 200.000 Einheiten aufs Konto deutscher Marken“ gegangen. Während Volkswagen noch einen Marktanteil von 2,4 % erreicht habe, seien BMW, Mercedes und Audi lediglich auf 0,8, 0,3 und 0,1 % gekommen.
Frankreich
Frankreich gewährt eine Art Abwrackprämie beim Tausch eines alten Autos mit Verbrennungsmotor gegen ein Neufahrzeug mit Elektromotor von bis zu 10.000 Euro. Ein Plug-in-Hybrid erhält noch 6.500 Euro.
Alle drei großen französischen Automobilhersteller Citroën, Renault und Peugeot haben Elektroautos im aktuellen Verkaufsprogramm und können teilweise, wenn auch im kleinen Maßstab, auf eine längere Historie von Elektroautos im Angebot zurückschauen.
Anfang Juli 2017 hatte der französische Umweltminister mitgeteilt, dass sich Frankreich bis 2040 von der Zulassung von Autos mit Verbrennungsmotor verabschieden möchte. Man wolle so bis 2050 CO2-neutral sein.
Im März 2017 waren in Frankreich mehr als 100.000 Elektroautos angemeldet.
Großbritannien
Ab 2014 stiegen die Verkäufe von Elektroautos in Großbritannien langsam an. Der Anstieg beschleunigte sich deutlich ab dem Jahr 2020.
Im Februar 2023 waren landesweit etwa 690.000 Elektroautos und -Kleintransporter angemeldet. Vollelektrische Fahrzeuge hatten Ende 2022 einem Anteil von 16,6 % an den gesamten Pkw-Neuzulassungen.
Der Kauf von Elektrofahrzeugen wird in Großbritannien staatlich gefördert. Am 1. Januar 2011 wurde das Förderprogramm „Plug-in Car Grant“ eingeführt. Anfangs wurde der Kauf eines Elektroautos mit 25 % der Anschaffungskosten bis zu einer Höhe von maximal 5.000 Pfund (5.700 Euro) bezuschusst. Die maximale Förderhöhe beträgt jedoch seit März 2016 – je nach Höhe der Emissionen und rein elektrischer Reichweite des Autos – nur noch 4.500 bzw. 2.500 Pfund (5.100 bzw. 2.850 Euro). Bis Mai 2018 wurden 148.465 förderfähige Elektroautos zugelassen. Seit Februar 2012 gibt es außerdem das Programm „Plug-in Van Grant“, das einen Zuschuss von 20 % bis zu 8.000 Pfund (9.100 Euro) beim Kauf eines Elektro-Kleintransporters gewährt. Bis März 2018 wurde dieser Zuschuss 4.490-mal in Anspruch genommen.
Großbritannien möchte ab 2035 den Verkauf von Neufahrzeugen mit Diesel- und Benzinmotor – einschließlich Hybridfahrzeugen – verbieten. Bis 2050 sollen Autos mit Verbrennungsmotor von den Straßen verschwinden; in Schottland gilt dies sogar schon ab 2045. Für Dieselfahrzeuge sollen ab 2020 auf vielbefahrenen Straßen Gebühren erhoben werden. Über Einfahrverbote in Innenstädte wird diskutiert. Ziel ist die Senkung der Luftschadstoffe insbesondere in Städten.
Indien
Elektroautos in Indien werden hauptsächlich von zwei inländischen Automobilkonzernen hergestellt, nämlich Mahindra Electric und Tata Motors. Die Regierung versucht mit ihrer „Make in India“-Initiative einheimische Herstellung zu fördern und möchte, dass Firmen 30 Prozent ihrer Rohmaterialien aus Indien beziehen.
Im Januar 2013 kündigte der damalige indische Ministerpräsident Manmohan Singh den National Electric Mobility Mission Plan an, der durch finanz- und geldpolitische Maßnahmen bis zum Jahr 2020 mehr als 15 Millionen Elektrofahrzeuge auf die Straßen bringen soll. Das Projekt soll unter anderem Subventionen von bis zu 150.000 Rupien für Elektroautos zahlen. Die Regierung will im Jahr 2020 eine jährliche Verkaufszahl von 7 Millionen Elektrofahrzeuge erreichen. Das Subventionsschema heißt FAME und soll mit Maßnahmen für Infrastrukturbildung unterstützt werden. Die Abkürzung FAME (Faster Adoption and Manufacturing of [Hybrid] Electric Vehicles) bedeutet die schnellere Einführung und Herstellung von (hybriden) Elektrofahrzeugen in Indien.
Die Gründe für die Einführung von Elektrofahrzeugen in Indien sind hauptsächlich die zunehmende Luftverschmutzung und der steigende Benzinpreis. Die indische Regierung will aber auch ihre Versprechungen in dem Pariser Klimaabkommen einhalten, weshalb sie 2016 bekanntmachte, ab 2030 nur noch elektrisch angetriebene Autos zulassen zu wollen.
Eine Umfrage der Interessensgruppe SMEV hat gezeigt, dass der Verkauf von Elektrofahrzeugen im Jahr 2016 im Vergleich zum vorherigen Jahr um 37 Prozent gestiegen ist. Allerdings waren nur 8 Prozent der rund 25.000 Fahrzeuge Elektroautos die meisten dagegen Elektroroller. Laut SMEV ist die fehlende Basisinfrastruktur das größte Problem.
Niederlande
In den Niederlanden wurden 43.000 Elektrofahrzeuge (inkl. Plug-in-Hybrid) im Jahr 2015 zugelassen. 2019 lag der Anteil bei den Neuzulassungen bei 9,0 Prozent. Das Parlament in den Niederlanden hat 2016 beschlossen, eine Strategie zu entwickeln, ab 2025 nur noch rein elektrische Neuwagen zu erlauben.
Norwegen
Die norwegische Regierung hat ab 2012 eine Reihe von staatlichen Vergünstigungen und finanziellen Anreizen geschaffen (etwa 20.000 Euro pro Fahrzeug), sodass Elektroautos zum Teil preiswerter sind als Verbrennungsmotorfahrzeuge. Reine Elektroautos sind von der Mehrwertsteuer (25 %), Kfz-Steuer und Neuwagenabgabe befreit. Elektroautos dürfen auf vielen Busspuren am Stau vorbei gefahren werden. Parken ist kostenlos, ebenso das Benutzen der Fjördfähren und das Benutzen von mautpflichtigen Strecken. Bis Anfang 2019 war auch das Auftanken an öffentlichen Ladestationen kostenfrei, jedoch funktionierte die Rotation nicht, so dass man sich Anfang März 2019 zur Einführung von Gebühren entschloss.
Die norwegischen Transportbehörden legen in ihrem nationalen Transportplan 2018–2029 dar, den Verkauf von Neufahrzeugen mit Verbrennungsmotor ab 2025 zu verbieten. Lediglich schwere Fahrzeuge dürfen dann noch von Otto- oder Dieselmotoren angetrieben werden. Der Plan ist von den Landesbehörden für Straßen, Eisenbahn, Küsten und Flugplätze erstellt worden und sollte im Frühjahr 2017 dem norwegischen Parlament zur Abstimmung und Inkraftsetzung vorgelegt werden.
Im Juni 2017 wurden in Norwegen erstmals mehr Autos mit Elektromotor (52 Prozent, BEV+PHEV) als solche mit reinem Verbrennungsmotor zugelassen.
Im Jahr 2022 waren 79 % der neuzugelassenen Pkw Elektroautos.
Die Neuzulassungen von Pkw mit batterieelektrischem Antrieb und Plug-in-Hybrid-Antrieb haben sich wie folgt entwickelt:
| Jahr | Elektroautos | Plug-in-Hybride | Elektro-Anteil | Plug-in-Hybrid-Anteil |
|---|---|---|---|---|
| 2011 | 1.996 | k. A. | 1,4 % | k. A. |
| 2012 | 3.950 | k. A. | 2,9 % | k. A. |
| 2013 | 7.882 | k. A. | 5,5 % | k. A. |
| 2014 | 18.094 | 1.678 | 12,5 % | 1,2 % |
| 2015 | 25.788 | 7.964 | 17,1 % | 5,3 % |
| 2016 | 24.245 | 20.663 | 15,7 % | 13,4 % |
| 2017 | 33.080 | 29.236 | 20,9 % | 18,4 % |
| 2018 | 46.143 | 26.546 | 31,2 % | 17,9 % |
| 2019 | 60.345 | 19.295 | 42,4 % | 13,6 % |
| 2020 | 76.804 | 28.905 | 54,3 % | 20,4 % |
| 2021 | 113.751 | 38.166 | 64,5 % | 21,7 % |
| 2022 | 138.292 | 14.848 | 79,3 % | 8,5 % |
| Quelle: ofv.no |
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Vereinigte Staaten
In den Vereinigten Staaten wurde im August 2016 der Wert von 500.000 verkauften elektrisch aufladbaren Fahrzeugen (Plugins) erreicht. In verschiedenen Städten werden Batteriebusse getestet.
Das Unternehmen Tesla, ansässig in Kalifornien, ist der einzige Hersteller, der ausschließlich Elektroautos in Großserie herstellt. Dieser hat gleich drei unterschiedliche Modelle unter den Top 10 und einen aktuellen Marktanteil von 78 % (Stand 10/2019). In den USA gibt es abhängig vom Bundesstaat finanzielle Unterstützung/Kaufprämien für Elektroautos.
Im dritten Quartal 2018 erreicht Tesla einen Gewinn von 311 Mio. Dollar. Das ist das dritte Quartal mit Gewinn für Tesla seit dem Börsenstart 2010. Lange Zeit hielten Kritiker Tesla für niemals gewinnbringend und damit nicht überlebensfähig. Im September 2018 war das Tesla Model 3 in den USA nach Umsatz das bestverkaufte Automodell und nach Stückzahl das viertmeistverkaufte Automodell in den USA.
Im 4. Quartal 2021 waren 3,4 % der verkauften Pkw und leichten Nutzfahrzeuge („light-duty vehicles“) rein elektrisch angetrieben, weitere 1,4 % waren Plug-in-Hybride.
In Kalifornien sollen ab 2035 keine Neuwagen mit Verbrennungsmotor mehr zugelassen werden dürfen.
Wettbewerbe und Rekorde
Die Formel E nahm 2014 den Rennbetrieb auf und nutzt vor allem Stadtkurse.
In der Formula SAE, auch bekannt als Formula Student, nehmen Elektrofahrzeuge bereits seit 2010 teil. Ein Elektroauto dieser Klasse hält den Rekord für die schnellste Beschleunigung eines Autos von 0 auf 100 km/h: Das Fahrzeug Grimsel der ETH Zürich und der Hochschule Luzern benötigte dafür im Juni 2016 auf dem Schweizer Militärflugplatz Dübendorf 1,513 Sekunden.
Beim Pikes-Peak-Bergrennen war 2013 erstmals ein Elektromotorrad (Lightning Electric Superbike) mit einer Zeit von 10:00,694 Minuten Sieger in der Gruppe aller Motorräder. Am 28. Juni 2015 konnte am Pikes Peak erstmals ein Elektroauto das Rennen über alle Klassen gewinnen. Auch der zweite Platz wurde von einem Elektroauto errungen. Bereits im Jahr 2014 hatten Elektroautos die Plätze 2 und 3 erreicht. 2018 stellte Volkswagen mit Romain Dumas einen neuen Streckenrekord unter 8 min auf.
Peugeot und Toyota stellten die Tauglichkeit von rein elektrisch angetriebenen Rennwagen auf der Nordschleife des Nürburgringes unter Beweis. Am 27. April 2011 umrundete der Peugeot EX1 die 20,8 km lange Nordschleife in 9:01,338 min, der Toyota TMG EV P001 verbesserte diesen Wert am 29. August 2011 auf 7:47,794 min. Im Mai 2017 stellte Peter Dumbreck im 1000 kW starken Nio EP9 mit 6:45,9 einen weiteren neuen Rundenrekord auf.
Weiterhin gibt es Wettbewerbe für elektrische Fahrzeuge, bei denen die Alltagstauglichkeit und Reichweite im Vordergrund stehen. So fand in der Schweiz von 1985 bis 1993 jährlich die Tour de Sol als Demonstration für die Leistungsfähigkeit der Solartechnik und Elektromobilität statt. In Deutschland ist die eRUDA („elektrisch Rund um den Ammersee“) die größte Elektro-Rallye, sie fand 2013 zum ersten Mal statt. Seit 2018 findet in Deutschland alljährlich der E-Cannonball statt.
Im Januar 2017 nahm ein Elektroauto an der Rallye Paris-Dakar teil und bewältigte die gesamte Strecke von 9000 km durch Argentinien, Paraguay und Bolivien. Das Auto war eigens für das Rennen konzipiert und gebaut worden. Es verfügte über einen 250-kW-Motor (340 PS) und einen 150-kWh-Akku. Der Akku bestand aus mehreren Modulen. Jedes Modul konnte extra per Stromkabel aufgeladen werden, um so den Ladevorgang zu beschleunigen.
Den Höhenrekord für Elektroautos stellte am 18. Mai 2022 Rainer Zietlow mit einem VW ID.4 auf. Er fuhr in Bolivien am Vulkan Uturuncu bis auf eine Höhe von 5.816 Meter und kam damit in das Guinness-Buch der Rekorde.
Spielzeug und Modellbau
Elektrisch betriebene Modellautos werden seit Langem als Spielzeug verkauft und erfreuen sich großer Beliebtheit, weil elektrisch betriebene Fahrzeuge gefahrlos in geschlossenen Räumen betrieben werden können, keine Schmierstoffe benötigen, längere Strecken als Spielzeuge oder Modelle mit Federaufzugantrieb fahren können und sich bei kleinen Abmessungen leichter realisieren lassen als Fahrzeuge mit Dampfantrieb oder mit Verbrennungsmotor. Bei diesen Autos kann es sich sowohl um maßstablich verkleinerte Modelle echter Autos mit mehr oder minder großer Detailtreue handeln als auch um Fantasieprodukte.
Es werden auch Rennen mit ferngesteuerten Elektroautos durchgeführt.
Siehe auch
Literatur
- Martin Doppelbauer: Grundlagen der Elektromobilität: Technik, Praxis, Energie und Umwelt. Springer Vieweg, Wiesbaden [2020], ISBN 978-3-658-29729-9.
- Klaus Hofer: E-Mobility Elektromobilität: elektrische Fahrzeugsysteme. 2. überarb. Aufl., VDE-Verlag, Berlin 2015, ISBN 978-3-8007-3596-9.
- Achim Kampker: Elektromobilproduktion. Springer Vieweg, Wiesbaden 2014, ISBN 978-3-642-42021-4.
- Anton Karle: Elektromobilität: Grundlagen und Praxis. 5., vollst. überarb. u. erw. Aufl., Fachbuchverlag Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, München 2021, ISBN 978-3-446-46078-2.
- Danny Kreyenberg: Fahrzeugantriebe für die Elektromobilität: Total Cost of Ownership, Energieeffizienz, CO2‐Emissionen und Kundennutzen. Springer Vieweg, Wiesbaden [2016] (zugl. Diss. Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe 2015), ISBN 978-3-658-14283-4.
- Volker Christian Manz, Halwart Schrader: Alternativ mobil. Die Geschichte der E-Mobilität von 1891 bis morgen. Georg Olms Verlag, Hildesheim 2022, ISBN 978-3-487-08650-7.
- Christian Milan: Geschäftsmodelle in der Elektromobilität: Wirtschaftlichkeit von Elektroautos und Traktionsbatterien. tredition, Hamburg 2013, ISBN 978-3-8495-5184-1.
- Gijs Mom: Das ‚Scheitern‘ des frühen Elektromobils (1895–1925). Versuch einer Neubewertung. In: Technikgeschichte, Bd. 64 (1997), H. 4, S. 269–285.
- Oliver Zirn: Elektrifizierung in der Fahrzeugtechnik: Grundlagen und Anwendungen. Fachbuchverlag Leipzig im Carl-Hanser-Verlag, München 2017, ISBN 978-3-446-45094-3.
- Glossar rund um die Elektromobilität. In: Electric Drive, Nr. 3/2019, S. 64–65.
Weblinks
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- Philipp Nobis, Christoph Pellinger, Thomas Staudacher: eFlott: Wissenschaftliche Analysen zur Elektromobilität. Langfassung. (PDF; 8,2 MB) Forschungsstelle für Energiewirtschaft, Oktober 2011 (Auftraggeber der Studie: E.ON Energie AG).
- Portal „Elektromobilität“. Agentur für Erneuerbare Energie
- Elektromobilität. Dekra
- Elektrostraßenfahrzeuge. Forschungsstelle für Energiewirtschaft, 5. Februar 2017 (Studie über die elektrizitätswirtschaftliche Einbindung von Elektrostraßenfahrzeugen).
- Elektroauto / Elektromobilität. In: Agenda21-Treffpunkt. 1. September 2017 (Klimabilanz und Nachhaltigkeit von Elektroautos).
- Martin Wietschel u. a.: (PDF; 2,4 MB) (Nicht mehr online verfügbar.) Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung, 19. Oktober 2011, archiviert vom am 13. Dezember 2013.
- Elektroauto / Elektromobilität: Illusion oder Chance? Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland (BUND), 2. Februar 2011.
- Rohstoffe für Akkus: E-Autos: Ein nur scheinbar sauberes Geschäft. zdf.de, 9. September 2018.
- Ausstellung „elektro+mobil. Geschichte und Gegenwart einer Zukunftstechnologie“
Anmerkungen
- 3,77 Mio. × 10 kWh = 37,7 GWh.
- 42 Mio. × 1 kWh = 42 GWh > 37,7 GWh.
Einzelnachweise
- Methodische Erläuterungen zu Statistiken über gavFahrzeugzulassungen (FZ) Stand: Januar 2020. (PDF) Abgerufen am 5. April 2020.
- § 2 EMoG
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- ↑ Elektroauto-Revolution vor 100 Jahren: Summsumm statt Brummbrumm. In: spiegel.de. Abgerufen am 28. September 2016.
- Grundlagen für den elektromotorischen Antrieb von Kraftfahrzeugen. In: Kraftfahrzeugtechnik. 4/1969, S. 105–109.
- Elektroantrieb mit Trockenbatterien. In: Kraftfahrzeugtechnik 3/1971, S. 72.
- Kurz notiert. In: Kraftfahrzeugtechnik. 5/1967, S. 157.
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- Valentin Crastan: Elektrische Energieversorgung 2. Berlin/Heidelberg 2012, S. 57.
- ELEKTRA: Entwicklung von Szenarien der Verbreitung von Pkw mit teil- und voll-elektrifiziertem Antriebsstrang unter verschiedenen politischen Rahmenbedingungen; Projektnummer 816074; Auftragnehmer: Technische Universität Wien, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft; Wien, 31. August 2009; Seite 91 ff. online (PDF).
- DLR-Vortrag: Batterie oder Brennstoffzelle – was bewegt uns in Zukunft? K. Andreas Friedrich; Institut für Technische Thermodynamik; Pfaffenwaldring 38–40, Stuttgart; Chart 11 online (PDF; 3,5 MB)
- Elektroauto-Batterie: Alle wichtigen Infos zur Akku-Technologie, Oliver März, 24. Februar 2020, EFAHRER.com
- BMU, März 2011: Neue Stromtankstelle: Elektroautos laden in 20 Minuten. Bei: golem.de.
- Die Ladezeit dauert je nach Station zwischen 30 Minuten (Gleichstrom-Ladestation) und etwa acht Stunden (Haushaltssteckdose). Bei: zeit.de.
- Die Akkus im Renault Zoe können in der schnellsten von vier Ladegeschwindigkeiten in 30 Minuten bis zu 80 Prozent aufgeladen werden. Bei: bild.de.
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