Elektrofahrzeuge (BEV/PHEV/REEV)

Als Elektroautos werden Fahrzeuge bezeichnet, die teilweise oder komplett durch einen Elektromotor angetrieben werden. Dies trifft sowohl auf Wasserstofffahrzeuge (FCEV) als auch Fahrzeuge zu, die ihre Energie über eine Batterie beziehen. Zu letzteren zählen batterieelektrische Autos (BEV), Plug-in-Hybride (PHEV) und Range Extender (REEV). Der Vorteil von Elektroautos ist ihr geringer Energieverbrauch sowie das große Potential zur Senkung der Treibhausgasemissionen. Außerdem fahren sie lokal emissionsfrei und sind bei niedrigen Geschwindigkeiten deutlich leiser. Allerdings besitzen BEV auch andere Eigenschaften und Herausforderungen. Der Energieverbrauch bei schneller Fahrt ist höher als in der Innenstadt, die Reichweiten sind geringer und die Betankung dauert länger. Der Markt für Elektroautos hat sich in den letzten Jahren weltweit rasant entwickelt, stellt absolut gesehen aber noch immer eine Nische dar. Aufgrund der größeren Modellauswahl, verbesserter Technik und dichterer Ladeinfrastruktur, werden Elektroautos aber attraktiver. In diesem und den kommenden Jahren werden weitere neue Modelle mit höherer Reichweite auf den Markt kommen und die Infrastruktur wird sich zunehmend verdichten.

Quelle: Kraftfahrt-Bundesamt (KBA)
*Stand November 2018

Technische Aspekte

Aufbau des Antriebs

Reine Elektroautos (BEV) haben keinen Verbrennungsmotor und werden nur durch einen Elektromotor angetrieben, der seine Energie über eine Batterie bezieht. Diese wird von außen über das Stromnetz an einer Ladestation, einer Wallbox oder einer Steckdose aufgeladen. Die Batterie kann aber auch zurückgewonnene Bremsenergie wiederaufnehmen, was besonders in der Stadt mit viel Stop-and-Go-Verkehr nützlich ist. PHEV haben jeweils einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor eingebaut, die einzeln oder auch kombiniert das Auto antreiben können. PHEV haben allerdings eine deutlich kleinere Batterie als BEV, weshalb die rein elektrische Reichweite durchschnittlich bei etwa 40 km liegt. REEV verfügen ebenfalls über einen Verbrennungs- und einen Elektromotor, wobei nur der Elektromotor das Auto antreibt. Der Verbrennungsmotor erzeugt ausschließlich Strom für die Batterie, falls diese einen niedrigen Ladestand hat.

 

Aufbau eines batterieelektrischen Pkw / Foto: Nissan
Aufbau eines Plug-in-Hybrids / Foto: Volkswagen

Batterie

Die Batterie ist das „Herzstück“ eines Elektroautos und wesentlich für Reichweite und Preis verantwortlich. Die Batterietechnologie hat in den vergangenen Jahren große Entwicklungssprünge gemacht. Die Energiedichte der Batterien hat sich fast verdoppelt und das bei deutlich sinkenden Preisen. D.h., der Verbraucher bekommt heute für das gleiche Geld deutlich mehr Leistung bei weniger Gewicht für die Batterien. Reine BEV haben heute eine Batteriekapazität zwischen 14,5 kWh und 100 kWh und ermöglichen damit Reichweiten zwischen 100 km (Citroën E-Mehari) und über 600 km (Tesla Model S) nach NEFZ (Neuer Euroäpischer Fahrzyklus; wird 2019 durch den WLTP ersetzt) bei einer Temperatur von 30°C. Die Leistung und damit Reichweite einer Batterie ist jedoch u.a. stark von der Temperatur abhängig. Am besten funktionieren die elektrochemischen Prozesse der Batterie bei einer Außentemperatur von ca. 20-25°C. Mit sinkender und steigender Temperatur werden sie schlechter. Daher nimmt auch die Reichweite ab. Neben der Energiedichte gibt es noch weitere Anforderungen. Die Batterie sollte möglichst leicht sein. Ein hohes Gewicht erhöht den Energieverbrauch und verringert die Reichweite. Außerdem muss die Batterie viele Ladezyklen ermöglichen, damit die Batterie langsamer altert. Denn durch die Ladezyklen verliert die Batterie schrittweise an Kapazität. Allerdings geben die Hersteller in der Regel 8-10 Jahre bzw. 100.000-160.000 km Garantie auf die Batterie. Das bedeutet, dass die Kapazität der Batterie innerhalb dieser Zeit i.d.R. nicht unterhalb von 75 % des Ausgangswert fallen darf.

Reichweite

Die Reichweite eines Elektroautos ist von der Batteriegröße, dem Verbrauch und der Temperatur abhängig. Da sich die Batteriekapazitäten in den letzten Jahren deutlich erhöht haben, sind auch die Reichweiten gestiegen. So erreichen viele Modelle mittlerweile deutlich über 200 km. Spitzenreiter sind bisher die Modelle der Fima Tesla mit über 600 km Reichweite nach NEFZ und entsprechend großen Batterien. Der Energieverbrauch und damit die Reichweite hängt von Geschwindigkeit, Streckenprofil, Witterungsbedingungen und zusätzlichen Verbrauchern ab. So kann der Verbrauch auf der Autobahn mit 130 km/h doppelt so hoch sein wie in der Stadt. Das liegt auch daran, dass in der Stadt häufiger gebremst wird und somit mehr Bremsenergie zurückgewonnen wird. Auch der Streckenzustand, die Topografie, das Verkehrsaufkommen und Geschwindigkeitsbegrenzungen haben einen Einfluss auf den Verbrauch. Die Witterungsbedingungen und zusätzliche Verbraucher sind darüber hinaus deutlich wichtiger als beim Verbrenner. Zum einen arbeitet die Batterie bei sehr kalten oder sehr warmen Temperaturen schlechter. Zum anderen muss der Energiebedarf für Heizung bzw. die Klimaanlage aus der Batterie gedeckt werden, da, anders als beim Verbrennungsmotor, keine Abwärme genutzt werden kann. So sinkt die Reichweite eines BEV bei 0°C im Vergleich zu 15°C um etwa 20 %.

Ladevorgang

Beim Laden von Elektroautos werden zwei unterschiedliche Formen unterschieden. Das Normalladen mit Wechselstrom (AC) und das Schnellladen mit Gleichstrom (DC). Der Vorteil der DC-Ladung ist die deutlich kürzere Ladezeit von aktuell etwa 30 Minuten verglichen mit mehreren Stunden bei AC-Ladung. Allerdings ist die Infrastruktur für DC-Laden deutlich teurer. Zudem kann sich häufiges Schnellladen negativ auf die Batterielebensdauer auswirken, da durch die hohen Stromstärken die Batteriezellen stärker beansprucht werden.

Beim Ladevorgang müssen auch die unterschiedlichen Stecker berücksichtigt werden. Für das AC-Laden hat sich in Europa der Typ2-Stecker als Standard durchgesetzt. Fahrzeuge aus dem nordamerikanischen oder asiatischen Raum verwenden dagegen den Typ1-Stecker. Für das DC-Laden muss aufgrund der technischen Voraussetzungen ein anderer Stecker verwendet werden. Auch hier gibt es Unterschiede. In der EU ist der CCS-Stecker standardisiert, französische und japanische Fahrzeuge verwenden den CHAdeMo-Stecker und Tesla hat wiederum einen eigenen Standard, der jedoch auf dem Typ2-Stecker basiert. Daher muss vor allem beim öffentlichen Laden darauf geachtet werden, welche Buchsen das Fahrzeug und die Ladesäule haben.

Bei öffentlichen Ladesäulen muss zudem berücksichtigt werden, dass es eine Vielzahl an Stromanbietern und daher auch unterschiedliche Ladetarife gibt. Aktuell ist es noch notwendig, sich beim jeweiligen Anbieter vor der Erstnutzung einer Ladesäule zu registrieren. Außer man nutzt das sogenannte E-Roaming, welches von verschiedenen Dienstleistern und manchen Ladesäulenbetreibern angeboten wird und ähnlich funktioniert wie beim Mobilfunk. Obwohl der Nutzer die Ladesäule eines fremden Stromanbieters nutzt, lädt er zu den Konditionen seines Ladeanbieters zuzüglich einer Roaminggebühr. An neuen Ladesäulen wird der Zugang vereinfacht. Nach der neuen Ladesäulenverordnung kann an allen Ladesäulen, die ab dem 14.12.2017 in Betrieb genommen werden, entweder mit Bargeld, EC- oder Kreditkarte gezahlt werden, ohne sich vorher dort registrieren zu müssen. Dieser Vorgang wird als punktuelles Laden bezeichnet und kann zu Zusatzkosten führen. NewMotion berechnet z.B. einen Aufschlag von 5 %[1].

Private Ladeinfrastruktur

Die einfachste Variante, das Fahrzeug privat zu laden, ist die Schutzkontakt-Steckdose (SchuKo) mit bis zu 3,7 kW Ladeleistung. Allerdings muss vorher geklärt werden, ob die Stromleitung für das lange Laden eines Elektroautos geeignet ist. Zudem ist ein Ladekabel mit integriertem Schutzmechanismus notwendig, um Brände bei Überlastung und elektrische Schläge bei Isolationsfehlern zu vermeiden. Daher wird empfohlen, eine sogenannte Wallbox zum Laden der Pkw zu verwenden. Diese sind speziell für das Laden von Elektrofahrzeugen entwickelt und bieten ein hohes Maß an elektrischer Sicherheit, Schutz vor Überlastung und Manipulation durch Dritte. Wallboxen gibt es von verschiedenen Herstellern in unterschiedlichen Ausführungen mit Ladeleistungen von 3,7 kW bis 22 kW. Wichtig: Bei Ladeleistungen über 12 kW muss die Lademöglichkeit beim Netzbetreiber angemeldet und genehmigt werden. Die Kosten für eine Wallbox liegen je nach Modell, Liefer- und Funktionsumfang zwischen 500 € und 3.000 €.

Sicherheit

Elektroautos haben keine größeren Sicherheitsrisiken als Verbrenner, sondern andere. Im Vergleich zu Benzin- oder Diesel-Fahrzeugen besteht keine Brandgefahr bei Verkehrsunfällen durch Kraftstoffaustritt. Allerdings gibt es mögliche Gefahren, die von der Batterie ausgehen. So können bei fehlerhaften Isolierungen elektrische Schläge auftreten, externe Kurzschlüsse zu einer Überhitzung der Batterie führen und bei mechanischer Beschädigung des Batteriegehäuses gasförmige oder flüssige Inhaltsstoffe austreten. Allerdings gibt es auch dem Feld der Sicherheit deutliche Fortschritte. Die geringe Geräuschkulisse bei niedrigen Geschwindigkeiten ist für viele Verkehrsteilnehmer ungewohnt und lässt sie die Fahrzeuge zum Teil später wahrnehmen. Um diesen Gefahren entgegenzuwirken, gibt es international festgelegte Sicherheitsstandards, die das Gefahrenpotenzial minimieren.

Marktsituation

Modellangebot

Das Modellangebot von elektrischen Fahrzeugen hat sich in den letzten Jahren kontinuierlich erweitert. Das Angebot der BEV und PHEV ergänzt sich, sodass es in fast jedem Segment ein elektrisches Modell gibt. Das einzige bisher in Deutschland verfügbare Modell eines REEV, der BMW i3 mit Range Extender, wird nicht mehr produziert.

Stand der öffentlichen Ladeinfrastruktur

Die öffentliche Ladeinfrastruktur ist in den verschiedenen Bundesländern noch sehr unterschiedlich ausgebaut. Bei dem Großteil der Ladepunkte handelt es sich um Normalladesäulen mit i.d.R. 11-22 kW Ladeleistung. Über die Bundesrepublik verteilt gibt es etwa 1.500 Schnellladepunkte, wovon die meisten mit 43-50 kW laden. Ein paar wenige bieten aber auch Leistungen ab 100 kW und bis zu 350 kW an.

Kosten

Elektroautos sind heute im Vergleich zu ähnlichen Pkw-Modellen mit Verbrennungsmotor in der Anschaffung teurer. Dies liegt hauptsächlich an den noch hohen Kosten für die Batterie. Diese sind in den letzten Jahren bereits deutlich gesunken und werden voraussichtlich auch in den nächsten Jahren weiter sinken, während die Kosten für Verbrenner aufgrund höherer Umwelt-Schadstoffanforderungen tendenziell steigen werden. Allerdings stellt der Kaufpreis nur einen Aspekt bei den Kosten eines Fahrzeugs dar. Deshalb sollten die Verbraucher die Gesamtkosten eines Fahrzeugs über die gesamte Lebensdauer betrachten.

Anschaffungskosten

Die Anschaffungskosten für ein elektrisches Auto werden wesentlich von den Batteriekosten beeinflusst. Experten gehen davon aus, dass die Batteriekosten bis 2025 nochmals um die Hälfte sinken könnten. Die günstigsten batterieelektrischen Autos gibt es momentan für etwa 20.000 €. Bei Plug-in-Hybriden beginnen die Preise bei etwa 30.000 €, da bisher die kleinen Fahrzeugsegmente nicht bedient werden.

Fördermaßnahmen

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle fördert den Kauf von Elektroautos mit dem Umweltbonus. Dieser fördert den Kauf von BEV mit 4.000 € und von PHEV (die nicht mehr als 50 gCO2 pro Kilometer ausstoßen) mit 3.000 €, die zu gleichen Anteilen von Bund und Automobilhersteller gewährt werden. Zudem gibt es teilweise von regionalen Energieversorgungsunternehmen einen Zuschuss. Auch der Aufbau der Ladeinfrastruktur wird gefördert. Den Aufbau von öffentlicher Ladeinfrastruktur fördert der Bund mit bis zu 40 % der Gesamtausgaben. Für private Ladeinfrastruktur gibt es teilweise Programme auf Landesebene, bei denen bis zu 50 % der Kosten übernommen werden. Zudem sind regionale Förderprogramme über kommunale Versorger möglich.

Steuern / Abgaben

Reine Elektroautos (BEV, FCEV) sind bei erstmaliger Zulassung bis zum 31.12.2020 für 10 Jahre von der Kfz-Steuer befreit und zahlen anschließend nur 50 %. PHEV und REEV müssen eine Kfz-Steuer zahlen, die aufgrund der geringen CO2-Emissionen jedoch gering ausfällt. Zudem ist das Laden beim Arbeitgeber von der Lohnsteuer befreit. Private Ladevorrichtungen, die vom Arbeitgeber gestellt oder bezuschusst werden, können pauschal mit 25 % Lohnsteuer versteuert werden und unterliegen nicht dem Sozialversicherungsabzug. Weiterhin gibt es auch Vorteile bei der Dienstwagenbesteuerung: so wird der Bruttolistenpreis, der für die Berechnung des geldwerten Vorteils die Basis bildet, für BEV, PHEV und REEV um die Kosten der Batterie bis zu einer max. Höhe von momentan 7.500 EUR bei der Anschaffung reduziert. Dieser Maximalbetrag reduziert sich jährlich um 500 €, bevor dieser Vorteil mit dem 31.12.2022 ausläuft. Ab dem 1.1.2019 wird der geldwerte Vorteil der Dienstwagensteuerung für BEV und PHEV sogar von bisher einem auf 0,5 % des Bruttolistenpreises der Fahrzeuge reduziert.

Wartungskosten

Die Wartungskosten von batterieelektrischen Fahrzeugen sind nach Daten des ADAC um etwa 20 % geringer als bei Verbrennern. Das liegt hauptsächlich an der geringeren Anzahl von mechanischen Verschleißteilen, dem geringeren Bedarf an Ölen sowie dem geringeren Bremsbedarf. Auch der reparaturanfällige Auspuff fällt weg. Die Kosten können zukünftig noch weiter sinken, wenn mehr freie Werkstätten auch Elektroautos warten. Momentan ist notwendig, Vertragswerkstätten aufzusuchen, um den Garantieanspruch aufrecht zu erhalten. Die Wartungskosten für PHEV liegen durchschnittlich auf gleichem Niveau wie bei reinen Verbrennern, können aber je nach Hersteller auch um die 15 % höher liegen.

Energiekosten

Die Stromkosten hängen wesentlich davon ab, wo man lädt. Zuhause kann man über den normalen Haushaltsstrompreis laden, unterwegs kommt es jedoch auf den jeweiligen Ladetarif an. Zu berücksichtigen sind auch Ladeverluste von 10-30 %, die je nach Temperatur der Batterie, den Leitungslängen und -querschnitten sowie der Ladeleistung auftreten. Grundsätzlich sind die Energiekosten pro gefahrenen Kilometer allerdings günstiger als bei Verbrennern.

Umwelt

Ein Auto, das rein elektrisch fährt, stößt lokal keine Emissionen aus. Es verursacht lediglich Feinstaubemissionen durch den Reifen- und Bremsabrieb. Bei der konventionellen Stromerzeugung entsteht jedoch CO2. Ein Elektroauto fährt daher nur besonders CO2 -arm, wenn es auch mit grünem Strom geladen wird. Aber auch mit dem heutigen Strommix sind Elektroautos CO2-effizienter als Benziner oder Diesel. Und dies obwohl ein Elektroauto bei der Herstellung höhere CO2-Emissionen verursacht als ein Verbrenner. Laut Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit stößt ein Elektroauto unter Berücksichtigung des heutigen Strommixes über den gesamten Lebenszyklus 16 % bis 27 % weniger CO2 aus[2]. Durch den Ausbau der erneuerbaren Energien steigt der Klimavorteil zukünftig noch weiter.

Vorteile / Nachteile