Elektromobilität: Herzstück Batterie

Manuel Vischer fährt elektrisch, als Mitglied des E-Mobilitätsteams von IWB wie auch privat. Sein Elektroauto ist für ihn vor allem Ferien- und Wochenend-Familienkutsche für seine Frau und seine drei fussballverrückten Kinder. Den grossen Kia fährt die Familie seit zwei Jahren. Sie ist damit schon nach Spanien gereist und fährt regelmässig auch ins Engadin – mit dem Julierpass als letztem Kraftakt für die Batterie kurz vor dem Ziel. Diese schafft das locker und ohne Laden auf der Strecke.  

Welches Dieselauto hat schon jeden Morgen einen vollen Tank?   

Für unsere Fahrt von Basel nach Biel durch den Jura und wieder zurück nach Basel ist die Reichweite der Batterie deshalb mehr als genügend. Manuel Vischer hat über Nacht zu Hause geladen, beim Losfahren in der Margarethenstrasse zeigt die Anzeige eine Reichweite von 489 Kilometern. Das ändert sich während der Fahrt dauernd. Denn das System rechnet laufend, wie weit man bei der gegenwärtigen Fahrweise noch kommen würde. Sobald das Auto abwärtsrollt, sinkt der Verbrauch gegen null, und beim Bremsen wird Energie rekuperiert, die Batterie geladen. Entsprechend grösser wird die Reichweite.  

Manuel Vischer sagt: «Ich habe nie Angst, irgendwo liegenzubleiben. Bei drei Kindern muss immer eines auf die Toilette oder hat Hunger, lange bevor das Auto keinen Strom mehr hat. Und dann kann man auch gleich laden.» Wer zu Hause laden kann, fährt ohnehin immer vollgeladen los. Welches Dieselauto hat schon jeden Morgen einen vollen Tank?  

Dem Roboter «Gspüri» beibringen 

Der Tank des Elektroautos ist die Batterie – und das Herzstück des elektrischen Antriebs. Die Batterietechnik hat in den letzten 15 Jahren gewaltige Fortschritte gemacht: grösser, leistungsfähiger und vor allem billiger. Im Swiss Battery Technology Center (SBTC) in Biel, dem Ziel unserer heutigen Autofahrt, liegt so ein Herzstück eines Elektrofahrzeugs auf dem Seziertisch. An ihr lernt ein riesiger, etwas grobschlächtiger KI-gesteuerter Industrieroboter, wie Batterien fachgerecht zerlegt und rezykliert werden können.  

Denn nach zuverlässigen Batterien muss das Rezyklieren der nächste grosse Schritt der Industrie werden. «Wir bringen hier dem Roboter das ‹Gspüri› bei, wie er möglichst vorsichtig und trotzdem zielgerichtet eine Batterie zerlegen kann», erzählt Christian Ochsenbein, der Leiter des Zentrums, einer Non-Profit-Organisation, deren Forschung von Schweizer Industrieunternehmen finanziert wird. 

Die Maschine lernt für alle Fabrikate 

Der Roboter soll Schrauben lösen, Kabel abziehen und Materialien sortieren. Dabei soll er nur genau so viel Kraft aufwenden wie nötig und möglichst nichts kaputt machen. «Demontieren ist viel aufwendiger als montieren», erklärt Christian Ochsenbein.  

Im Recycling sind die Batterien alt, verschmutzt und oft ohne technische Dokumentationen. Der Roboter soll das alles erkennen und adäquat reagieren – und er soll am Schluss nicht nur Batteriesätze dieser einen koreanischen Marke zerlegen können, sondern alle. Das ist die zentrale Idee des «Machine Learning», dass der Computer von einem System auf andere schliessen kann – wie ein geübter Mechaniker. 

Sammeln, Entladen, Zerlegen und Sortieren  

In der Batterie steckt die grösste Menge grauer Energie des Autos. Und je länger die einzelnen Komponenten verwendet und später wiederverwendet werden können, desto ökologischer wird das System. Das SBTC forscht deshalb an der ganzen Prozesskette des Recyclings: Sammeln – Entladen – Zerlegen – Sortieren. Ziel sind neue grossindustrielle Prozesse, die mit minimalem manuellem Aufwand Batterien in Elektrolyt, Alu, Kupfer, Stahl und Eisen und weitere Bestandteile teilen.  

Auf diese Weise sollen die Batterien möglichst vollständig und intakt eingesammelt und dann entladen werden. Sonst könnten Maschinen und Menschen von starken und entsprechend gefährlichen Stromschlägen getroffen werden – genauso wie aufgrund der Explosionsgefahr auch keine Verbrennungsautos mit vollem Tank verschrottet werden.  

Roboter geht dem Mensch zu Hilfe 

Der Roboter wird alte Batterien nicht komplett alleine sichern und zerlegen können. Aber es ist beispielsweise denkbar, dass eine Arbeiterin oder ein Arbeiter mehrere Roboter betreut und von ihnen zu Hilfe gerufen wird, wenn ein schwieriger Handgriff ansteht. Welche Handgriffe aufeinander folgen, kann der Roboter künftig auch deshalb besser abschätzen, weil ab 2027 in Europa der «Digital Product Passport» obligatorisch wird. Dann kann er über einen QR-Code Pläne und technische Informationen der Batterie abrufen.    

Testen, testen, testen  

Das SBTC will aber auch Batterie- und Fahrzeugherstellern Erkenntnisse verschaffen, welche Batterietypen und Bauformen sich für welche Anwendungen am besten eignen. In Biel werden Batterien deshalb nicht nur zerlegt. Sie werden auch getestet – mit sehr vielen Lade- und Entladezyklen hintereinander, auf Wärme und Kälte und alles andere, wovor sich Nicht-Elektrofahrer fürchten.  

«Eine Batterie für ein Auto mit 500 Kilometern Reichweite kann heute bis zu 3000-mal geladen werden und hat dann immer noch 80 Prozent Kapazität. Das ergibt insgesamt 1,5 Millionen Kilometer», erzählt Christian Ochsenbein. So lange hält kein Auto.   

Die Batterie überdauert das Auto  

Manuel Vischer und seine Familie liegen mit ihrem Auto mit 25 000 gefahrenen Kilometern in zwei Jahren etwas unter dem Durchschnitt der Fahrleistung, die in der Schweiz bei jährlich 15 000 Kilometern liegt. Die Batterie wird Vischers Auto deshalb wahrscheinlich überdauern. Wenn einmal die Lenkgeometrie schrottreif und die Karosserie zerkratzt ist, kann sie deshalb als Hausbatterie in einem Haus mit Solaranlage noch jahrelang weiter ihren Dienst leisten.  

«Wir müssen durchaus überlegen, ob es sinnvoll ist, dass Batterien so lange halten», sagt Christian Ochsenbein. Für Personenwagen mit ihren kleinen Fahrleistungen sind so dauerhafte Batterien zwar nicht wirklich notwendig. «Jedoch kann die Batterie gleichzeitig für die Stabilisierung und Entlastung der Elektrizitätsnetze benutzt werden.» Dies rechtfertigt für Ochsenbein die Langlebigkeit. Die seit fünf bis zehn Jahren gebauten langlebigen Batterien sind zudem auch ein wichtiges Signal an potenzielle Käuferinnen und Käufer von Elektroautos, jetzt einen günstigen Occasionsstromer zu kaufen.   

Stromer sind ideale Winterautos  

Im Jura schneit und stürmt es. Auf dem Mont-Soleil hört man ein leises Sausen im Nebel, ein gelbes Licht an der Infotafel warnt vor «Tempête», einem Sturm. Die Windräder erzeugen den Strom – auch für Elektromobile. Es weht eine Bise, der kalte Nordostwind, der in der Schweiz im Winter den Stromverbrauch in die Höhe treibt. Und bei Bise produzieren die Windräder auf den Jurahöhen am meisten Strom.  

Im Winter hat elektrisches Fahren ungeahnte Vorteile: Der tiefe Schwerpunkt sorgt für stabiles Fahrverhalten, und viele Stromer haben Allradantrieb. Zudem lassen sich die Fahrzeuge der meisten Hersteller per App vorheizen – spontan oder regelmässig jeden Tag 20 Minuten vor der Abfahrt zur Arbeit. Wer elektrisch fährt, steigt immer in ein warmes Auto ein und kratzt nie die Scheiben frei.  

Auch die Aerodynamik bestimmt die Reichweite 

Allerdings: «Ich merke schon, dass der Stromverbrauch im Winter höher ist. Wir sehen das auch an den Abrechnungen bei unseren Kundinnen und Kunden», sagt Manuel Vischer. Besonders deutlich wird der Mehrverbrauch bei schneller Autobahnfahrt – bei hohem Tempo kostet der Luftwiderstand zusätzliche Energie. Autos mit eleganter, aerodynamischer Form erzielen bei solchen Bedingungen mit derselben Batterie rund 100 Kilometer mehr Reichweite als Fahrzeuge mit der gegenwärtig beliebten Kistenform.  

So entscheidet neben der Akkugrösse auch die Aerodynamik über die Reichweite. Unabhängig vom Autotyp gilt: Entspanntes Gleiten führt deutlich weiter als gehetztes Rasen.