Elektroauto-Akkus können an einzelnen schwachen Batteriezellen scheitern, obwohl andere Zellen noch nutzbare Reserven besitzen. Ein schwedisches Forschungsteam untersucht deshalb eine Architektur, die solche Engpässe elektrisch umgeht. Im idealisierten Modell verlängert sich die Lebensdauer unter günstigen Bedingungen um mehr als 20 Prozent. Ob sich dieser Vorteil im Serienfahrzeug wirtschaftlich erreichen lässt, müssen praktische Systeme erst zeigen.
Wie lange Elektroauto-Akkus nutzbar bleiben, hängt nicht allein von ihrer Zellchemie ab. Auch die Verschaltung entscheidet darüber, wie viel von den vorhandenen Reserven tatsächlich beim Antrieb ankommt. Forscher um Albert Škegro und Changfu Zou an der Technischen Hochschule Chalmers haben untersucht, welchen Nutzen eine veränderbare Verbindung der Zellen haben könnte. An der Arbeit waren auch Forscher von PHINIA und Scania beteiligt.
Eine Reihenschaltung verbindet viele Batteriezellen zu einem System mit höherer Spannung. Dabei fließt derselbe Strom durch die hintereinander geschalteten Zellen. Erreicht eine besonders schwache Zelle beim Laden ihre obere Spannungsgrenze, muss das System den Ladevorgang begrenzen, obwohl andere Zellen noch Energie aufnehmen könnten. Beim Entladen können geringe Kapazität oder hoher Innenwiderstand ebenfalls zum Engpass werden. Das Batteriemanagement schützt die einzelnen Zellen, kann deren unterschiedliche Alterung aber nicht einfach rückgängig machen.
Dass diese Unterschiede im Alltag relevant sind, zeigt eine separate Untersuchung in Nature Energy. Sie wertete Betriebsdaten von 116 Elektroautos mit NMC-Batterien und ergänzend von 17 Elektrobussen mit LFP-Batterien aus. NMC bezeichnet eine Kombination aus Nickel, Mangan und Kobalt, LFP steht für Lithium-Eisenphosphat. Das Team schätzte Zellkapazitäten und Widerstände aus den Messdaten und berücksichtigte unterschiedliche Betriebsbedingungen. Die Auswertung stützt die Bedeutung ungleich alternder Zellen, ist jedoch kein Fahrversuch mit der vorgeschlagenen Bypass-Technik.
Der untersuchte Ansatz ergänzt steuerbare Schalter, mit denen sich einzelne Zellen zeitweise aus dem aktiven Strompfad nehmen lassen. Der Strom fließt dann über einen Bypass weiter. Dadurch muss eine besonders gealterte Zelle nicht ständig bestimmen, wie der gesamte Verbund arbeitet. Die verbleibenden Zellen können ihre noch vorhandenen Möglichkeiten besser nutzen. Die im Fachjournal Nature Communications veröffentlichte Modellstudie zur dynamischen Rekonfiguration betrachtet dafür unterschiedliche Zellchemien und Betriebsbedingungen.
Die Berechnungen verbinden experimentell überprüfte Zellmodelle mit vielen möglichen Alterungsverläufen. Insgesamt untersuchte das Team 240 Szenarien und jeweils 1.000 zufallsbasierte Durchläufe. Unterschiede aus der Herstellung, Temperaturverteilung, Nutzung und Systemspannung gingen in die Analyse ein. Diese Zahlen bezeichnen Computersimulationen, keine entsprechend große Fahrzeugflotte mit umgebauten Batterien. Für die ideale Steuerung einzelner Zellen ergibt sich eine theoretische Obergrenze des Nutzens. Eine kostengünstigere Schaltung, die ganze Zellgruppen gemeinsam behandelt, kann dahinter zurückbleiben.
Lithium-Ionen-Batterien speichern Energie mithilfe elektrochemischer Vorgänge. Beim Entladen bewegen sich Ionen im Inneren der Zelle zwischen den Elektroden, während Elektronen durch den äußeren Stromkreis fließen und dort Arbeit verrichten. Beim Laden wird der Vorgang umgekehrt. Das US-Energieministerium beschreibt, weshalb sich diese Prozesse über viele Zyklen nicht vollkommen verlustfrei wiederholen: Materialien und Strukturen verändern sich, wodurch die Leistungsfähigkeit mit der Zeit nachlassen kann.
Eine andere Verschaltung beseitigt solche Veränderungen nicht. Eine gealterte Zelle erhält durch einen elektrischen Umweg weder neue Elektroden noch automatisch ihre ursprüngliche Kapazität zurück. Der Ansatz setzt eine Ebene darüber an, nämlich beim Zusammenspiel vieler Zellen. Entsprechend bedeutet eine längere Nutzungsdauer des gesamten Akkus nicht, dass jede einzelne Zelle langsamer altert. Auch eine höhere Reichweite bei jeder Fahrt folgt daraus nicht automatisch. Entscheidend ist, wie lange der Verbund die Anforderungen seiner Anwendung erfüllt.
Die praktische Bedeutung lässt sich an einem Beispiel aus der Chalmers-Analyse ablesen. Für ein Fahrzeug mit 80 Kilowattstunden Batteriekapazität und 12.000 Kilometern Jahresfahrleistung verschob sich der modellierte Batteriewechsel um rund 14 Monate. Das ist eine konkrete Rechnung unter bestimmten Annahmen, keine Vorhersage für alle Elektroautos. Zusätzliche Schalter verursachen ihrerseits Kosten. Ob sich die Technik lohnt, hängt deshalb vom tatsächlichen Lebensdauergewinn, der Nutzung und dem Preis der zusätzlichen Hardware ab.
Dass veränderbare Batteriesysteme bereits praktisch erprobt werden, zeigt ein eigenständiges Industrieprojekt. Stellantis und Saft stellten einen Peugeot-E-3008-Prototyp mit dem System IBIS für Straßentests vor. Dabei werden Lade- und Wechselrichterfunktionen in die Batterie integriert. Das Unternehmen beschreibt auch die Möglichkeit, schwache Module zu ersetzen oder ausgefallene Module zu umgehen. Die Herstellerangaben betreffen jedoch ein anderes Gesamtsystem und belegen nicht den von Chalmers errechneten Lebensdauergewinn.
Die Ergebnisse lenken den Blick auf eine oft übersehene Stellschraube: Eine Batterie lässt sich nicht nur durch andere Materialien verbessern, sondern auch durch eine passendere Zusammenarbeit ihrer vorhandenen Zellen. Für eine Bewertung im Alltag wären vor allem die dauerhaft nutzbare Leistung, die Zuverlässigkeit der Schalter und die Gesamtkosten im Fahrzeug entscheidend. Aus der Modellrechnung lässt sich bislang keine allgemeine Kaufempfehlung oder zugesicherte Haltbarkeit ableiten. Sie liefert vielmehr einen begründeten Ansatz dafür, vorhandene Zellreserven über einen längeren Zeitraum nutzbar zu machen.
Nature Communications, System-level assessment of dynamic reconfiguration for lifetime and cost outcomes in electric vehicle battery packs; doi:10.1038/s41467-026-74951-8
Nature Energy, Quantifying the impact of cell-to-cell inconsistency on electric vehicle battery degradation and utilization; doi:10.1038/s41560-026-02131-5