Warum die Bleibatterie im E-Fahrzeug (noch immer) eingesetzt wird
Es mag überraschend wirken, aber nahezu jedes elektrisch angetriebene Auto hat nach wie vor eine 12-V-Bleibatterie an Bord. Sie wird auch als Bordnetzbatterie, Backup- oder Zweitbatterie bezeichnet und ist für die Aufrechterhaltung des Niedervolt-Bordnetzes unerlässlich. Sie übernimmt in Elektrofahrzeugen eine Reihe sicherheitsrelevanter und funktionaler Aufgaben, die das Hochvoltsystem nicht direkt bedient und aus technischen sowie historischen Gründen vom 12-Volt-Standard abhängig sind.
1. Versorgung des Niedervolt-Bordnetzes
Ihre Hauptfunktion ist die Versorgung aller konventionellen 12-Volt-Verbraucher an Bord. Obwohl das E-Auto die HV-Energie über einen DC/DC-Wandler auf 12 Volt für das Bordnetz herunterregeln kann, benötigen viele Komponenten eine sofortige und unterbrechungsfreie Energiequelle. Dazu gehören:
- Die Fahrzeugbeleuchtung und Scheibenwischer.
- Die Zentralverriegelung.
- Alle Steuergeräte und Sensoren (z. B. ABS, Airbag-Steuerung, Motorsteuergerät, selbst für die HV-Anlage).
- Displays und Infotainmentsysteme.
2. Aktivierung des Hochvoltsystems
Die 12V-Batterie liefert den notwendigen Strom, um die Hochvoltanlage des E-Autos überhaupt erst zu "aktivieren" oder zu starten. Ohne die Initialenergie der Bleibatterie können die Hauptschütze (Relais) der HV-Batterie nicht geschlossen und die gesamte Antriebselektronik nicht hochgefahren werden. Sie ist also gewissermaßen die "Zündbatterie" des E-Fahrzeugs.
3. Sicherheitsrelevante Redundanz (Backup-Funktion)
Die Bleibatterie dient als redundante Energiequelle für den Fall, dass das Hochvoltsystem ausfällt oder abgeschaltet werden muss (z. B. bei einem Unfall, Defekt oder einem Sicherheitsfall). In einem solchen Notfall muss die 12V-Batterie gewährleisten, dass essenzielle Sicherheitsfunktionen wie Bremsen, Lenkung (bei elektrischen Servosystemen) und wichtige Steuerungssysteme weiterhin funktionieren, um das Fahrzeug in einen sicheren Zustand (Stillstand) bringen zu können.
Warum eine Bleibatterie statt Lithium-Ionen-Batterie?
Obwohl Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ionen) in Bezug auf Energiedichte (Gewicht und Größe) und Zyklenfestigkeit (Lebensdauer) der Bleibatterie weit überlegen sind und den eigentlichen Antrieb des E-Fahrzeugs übernehmen, wird für das 12-Volt-Bordnetz fast immer die bewährte Blei-Säure-Technologie (häufig als AGM oder EFB-Typen) verwendet. Die Gründe dafür sind weniger technisch sondern mehr ökonomisch und verfahrenstechnisch:
1. Kosteneffizienz: Bleibatterien sind in der Anschaffung deutlich kostengünstiger als vergleichbare Lithium-Ionen-Lösungen. Da die 12V-Bordnetzbatterie nur relativ wenig Energie speichern muss und vom DC/DC-Wandler des HV-Systems kontinuierlich nachgeladen wird, ist die höhere Energiedichte von Li-Ionen für diesen Anwendungsfall kein entscheidender Vorteil, wohl aber der geringere Preis der Blei-Technologie.
2. Hohe Zuverlässigkeit und Robustheit: Die Blei-Säure-Technologie ist seit über einem Jahrhundert bekannt und bewährt. Sie zeichnet sich durch eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Leistungsdichte aus, d. h., sie kann kurzzeitig hohe Stromstärken liefern, was für das schnelle Hochfahren und Versorgen des Bordnetzes wichtig ist. Ihre Eigenschaften und ihr Verhalten, insbesondere bei unterschiedlichen Temperaturen, sind sehr gut erforscht, was für die Sicherheitsprotokolle in Fahrzeugen entscheidend ist.
3. Recycling und Entsorgung: Blei-Säure-Batterien weisen eine sehr hohe Recyclingquote auf, oft über 95 % des Bleis können wiederverwertet werden. Dies ist im Vergleich zu den komplexeren und derzeit noch aufwendigeren Recyclingprozessen von Lithium-Ionen-Akkus ein signifikanter ökologischer und ökonomischer Vorteil.
4. Einfaches Lademanagement: Bleibatterien benötigen im Vergleich zu Li-Ionen-Akkus kein so aufwendiges und komplexes Batterie-Management-System (BMS), um sicher betrieben zu werden. Dies vereinfacht die Integration in das Fahrzeugsystem und trägt ebenfalls zur Kostensenkung bei.
Die für manche überraschend wirkende Erkenntnis lässt sich also relativ einfach erklären. Die 12-Volt-Bleibatterie im E-Auto übernimmt eine spezifische, begrenzte Rolle als redundante Energie- und Starterquelle. Da in dieser Funktion die Vorteile der Lithium-Ionen-Technologie (geringes Gewicht, hohe Speicherkapazität) für das 12V-Netz nicht zum Tragen kommen, während die Nachteile der Bleibatterie (höheres Gewicht, geringere Kapazität) für den Bordbetrieb tolerierbar sind, dominieren die Vorteile der Bleibatterie – niedrige Kosten, hohe Robustheit und einfache Handhabung – weiterhin in diesem Bereich. Langfristig wird sich das ändern, aber derzeit ist dies ein gängiger „Stand der Technik“.