Verbrenner finanzieren die Straßen, E-Autos finanzieren die Pfunde

Im September 2023 kam der Yangwang U8 auf den Markt. Dieser Elektromotorwagen im Millionenspreissegment verfügt über eine Reihe von High-Tech-Funktionen wie Yi Sifang und das SkyRide-P-System. Er kann Tricks wie Schwimmen auf Wasser und Drehen vor Ort ausführen. Das Fahrzeug wiegt jedoch 3,46 Tonnen. Die im vergangenen Jahr hinzugefügte Ding Shi Edition des U8L hat nach der Verlängerung um weitere 200 kg zugenommen.

Was bedeutet das? Der in den 1990er Jahren im ganzen Land beliebte Santana wog nur etwa 1,1 Tonnen. Der Prado mit Rahmen wog in der letzten Generation auch nur etwa 2,1 Tonnen. Selbst die verlängerte Version des Range Rover mit einer Länge von über 5,25 Metern wiegt noch eine ganze Tonne weniger als der Yangwang U8L.

Elektromotorwagen wie der Yangwang U8 sind keine Ausnahme. Wenn man sich den gesamten Markt ansieht, nehmen fast alle Elektromobile stetig an Gewicht zu. Der Grund dafür ist offensichtlich: Um die unbegrenzten Wünsche der Verbraucher zu befriedigen, füllen die Automobilhersteller ihre Fahrzeuge mit so vielen Ausstattungsmerkmalen wie möglich.

Wenn die Kunden einen großen Innenraum wünschen, vergrößern die Hersteller die Abmessungen des Fahrzeugs. Wenn sie eine lange Reichweite wünschen, legen sie eine Batterie mit hoher Kapazität auf den Fahrgestellboden. Wenn sie Luxus möchten, installieren die Hersteller Null-Gravitations-Sitze, elektrische Schließtüren, einen Kühlschrank, eine Luftfederung und Hinterradlenkung. Wenn sie Intelligenz wünschen, fehlen nicht mehrere 4K-Bildschirme und Dutzende intelligente Fahrerassistenzsysteme, einschließlich Lidar-Sensoren.

Diese rohe Vorgehensweise macht die Elektromobile in China zu einer der preiswertesten Optionen auf dem Markt. Doch auf der anderen Seite der Medaille bedeutet jedes zusätzliche Ausstattungsmerkmal, dass das Fahrzeug schwerer wird.

Von Januar bis April dieses Jahres stieg das durchschnittliche Leergewicht der Elektromobile in China auf 1.939 kg, was einem Anstieg von 27,5 % gegenüber dem Jahr 2020 entspricht.

Deshalb gibt es derzeit viele Diskussionen über eine "Gewichtssteuer" für Fahrzeuge. Das Ziel dieser Diskussionen ist nicht, die Elektromobilhersteller zu bestrafen, sondern die Steuergesetze für die Zeit nach dem Verbrennungsmotor neu zu gestalten.

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Schwierigkeiten beim Gewichtsreduzieren

Es gibt ein altes Motto in der Automobilbranche: "Lieber zehn PS weniger als ein Kilogramm mehr". Colin Chapman, der Gründer von Lotus Cars, sagte auch: "Mehr Leistung macht dich auf der Geraden schneller, aber weniger Gewicht macht dich überall schneller."

Diese Weisheiten aus der Zeit der Verbrennungsmotoren gelten auch für Elektromobile, weil Elektromobile von Natur aus "schwer" sind.

Normalerweise wiegt ein 2,0-Liter-Turbo-Motor etwa 130 kg, und ein Automatikgetriebe wiegt zwischen 80 und 100 kg. Zusammen wiegen sie also nur etwas über 200 kg. Im Vergleich dazu wiegt eine Lithium-Eisenphosphat-Batterie mit einer Kapazität von 40 kWh etwa 300 kg.

Das bedeutet, dass Elektromobile auch ohne traditionelles Getriebe und Kardanwelle mindestens 100 kg schwerer sind als vergleichbare Verbrennungsmotorenwagen.

Die Elektromobilhersteller wissen dies und suchen ständig nach Lösungen.

Beispielsweise hatte der erste NIO ES8, der 2017 auf den Markt kam, eine Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie mit einer Kapazität von 70 kWh von CATL. Das Batteriepaket wiegte 525 kg. Um das zusätzliche Gewicht auszugleichen, hatte der ES8 einen sehr teuren Aluminiumkarosserieaufbau. Das Leergewicht der Karosserie betrug 335 kg, was Spitzenwert war. Dennoch wiegte das gesamte Fahrzeug 2,46 Tonnen.

Technische Daten der Karosserie des ersten NIO ES8

Tesla war der Pionier bei der Gewichtsreduzierung von Elektromobilen. 2020 führte Tesla erstmals die integrierte Gießtechnik in den Model Y ein. Dadurch wurden mehrere kleine Bauteile, die zuvor gestanzt und geschweißt werden mussten, zu einem einzigen hinteren Bodenblech zusammengefasst.

Nachdem Tesla diesen Schritt unternommen hatte, folgten andere Elektromobilhersteller wie XPeng, ZEEKR, Xiaomi und Li Auto. Die Ergebnisse waren sofort sichtbar.

Beispielsweise hat der 2024 veröffentlichte XPeng P7+ an der Vorder- und Hinterachse die integrierte Gießtechnik eingesetzt. Dadurch konnte das Leergewicht der Karosserie um 30 kg reduziert werden, was einer Reduzierung von 15,8 % entspricht. Beim ersten Xiaomi SU7 konnte das Leergewicht der Karosserie im Vergleich zur traditionellen Schweißtechnik um 17 % reduziert werden. Der neueste Li L9 hat durch die integrierte Gießtechnik ein hinteres Bodenblech, das um 37,3 kg leichter ist.

Obwohl Aluminiumkarosserien und integrierte Gießtechniken gute Mittel zur Gewichtsreduzierung sind, haben sie ihre Grenzen.

Beim Material haben Aluminiumkarosserien zwar eine hohe Steifigkeit, aber die Stärke von hochfestem Stahl ist viel höher als die von Aluminium (2.000 MPa gegenüber 600 MPa). Hochfester Stahl hat auch eine bessere Verformungsbeständigkeit.

Deshalb wählen die meisten Automobilhersteller eine Stahl-Aluminium-Kombination für die Karosserie. Sie verwenden hochfesten Stahl für kritische Bauteile wie die A-Säulen, B-Säulen und Schweller.

Der Audi A8, der einst die Aluminiumkarosserie einführte, hat jetzt wieder eine Stahl-Aluminium-Kombination gewählt.

Beim Fertigungsprozess hat die integrierte Gießtechnik auch ihre Grenzen erreicht.

In den letzten Jahren ist die maximale Schließkraft der Gießmaschinen von 6.000 auf 16.000 Tonnen gestiegen. Die Anzahl der Bauteile, die mit dieser Technik hergestellt werden können, hat sich von den hinteren Bodenblechen auf die vorderen Motorräume erweitert. Die Investitionskosten für die Geräte haben jedoch stark zugenommen, während die Gewichtsreduzierung nicht mehr im gleichen Maße steigt. Mit größeren Maschinen und integrierteren Bauteilen kann man nur noch wenige Kilogramm Gewichtseinsparung erzielen.

Die neuen Elektromobilhersteller haben die Gießtechnik auf ein neues Niveau gebracht.

Was noch schlimmer ist, ist dass die Materialingenieure, die sich so sehr bemühen, das Gewicht der Karosserie zu reduzieren, nur wenige Kilogramm sparen können. Dies reicht jedoch nur aus, um die Batteriekapazität um ein paar kWh zu erhöhen. Wenn man die Batteriekapazität jedoch einfach erhöht, kann das Elektromobil in eine "Schleife des Gewichtszuwachses" geraten: Erhöhung der Batteriekapazität - Verstärkung des Fahrwerks und der Federung - Vergrößerung der Bremsscheiben und Verbreiterung der Reifen - Erhöhung des Gewichts der Karosserie - Anstieg des Energieverbrauchs pro 100 km - Notwendigkeit, eine noch größere Batterie einzubauen, um die Reichweite aufrechtzuerhalten.

Um diese Schleife zu brechen, ist es am besten, die Energiedichte der Batterien so hoch wie möglich zu machen, denn die Batterie ist der Hauptgrund für das "Übergewicht" von Elektromobilen.

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Es gibt keine perfekte Batterie

Vor 2020 war die Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie mit höherer Energiedichte die Standardauswahl auf dem Markt für Elektromobile. Doch dann kam die Blade-Batterie auf den Markt und hat die Spielregeln geändert. Sie hat die Lithium-Eisenphosphat-Batterie, die zuvor an den Rand gedrängt wurde, wieder in den Mittelpunkt gerückt.

Im Jahr 2021 stieg der Preis für Lithiumkarbonat auf bis zu 600.000 Yuan pro Tonne. Dadurch wurde der Kostenvorteil der Lithium-Eisenphosphat-Batterie noch stärker. Zwei Jahre später begann ein heftiger Preiskampf auf dem Automarkt. Die Reduzierung der Kosten wurde zur Überlebensbedingung für die Automobilhersteller. Die Lithium-Eisenphosphat-Batterie hat sich dadurch in mehr Märkte eingeführt und hat schließlich die Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie überholt.

Im vergangenen Jahr hat die Lithium-Eisenphosphat-Batterie in China einen Marktanteil von über 80 % an den Elektromobilen erreicht. Insbesondere in den Segmenten unter 150.000 Yuan ist die Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie fast ausgestorben.

Im Vergleich zur Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie ist die Lithium-Eisenphosphat-Batterie billiger, sicherer und hat eine längere Lebensdauer. Der Preis dafür ist jedoch eine geringere Energiedichte. Deshalb wiegt die Lithium-Eisenphosphat-Batterie bei gleicher Kapazität mehr.

Beispielsweise wiegt das Batteriepaket des Lingpao C11 510 Luxury Edition von 2021 mit einer Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie von 76,6 kWh etwa 465 kg. Das Batteriepaket mit einer Lithium-Eisenphosphat-Batterie von 78,5 kWh wiegt jedoch 600 kg. Die Lithium-Eisenphosphat-Batterie hat nur 2 kWh mehr Kapazität, aber wiegt 130 kg mehr.

Dieser große Unterschied im Gewicht ist auf die Eigenschaften der Materialien zurückzuführen.

Die Energiedichte einer Lithiumbatterie hängt davon ab, wie viele Ladungen das Kathodenmaterial aufnehmen kann (Grammkapazität) und wie hoch die Entladungsspannung ist. In diesen beiden Kernparametern ist die Lithium-Eisenphosphat-Batterie hinter der Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie zurück.

Beispielsweise hat die Lithium-Eisenphosphat-Batterie eine Entladungsspannung von nur 3,2 bis 3,4 V und eine theoretische Grammkapazität von nur etwa 170 mAh/g. Im Vergleich dazu hat die Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie eine Entladungsspannung von 3,7 bis 3,8 V und eine theoretische Grammkapazität von 280 mAh/g. Die maximale Energiedichte der Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Batterie ist also viel höher als die der Lithium-Eisenphosphat-Batterie.

Deshalb hat sich die Energiedichte der Lithium-Eisenphosphat-Zellen seit 2020 nur langsam verbessert. Die Batteriehersteller versuchen stattdessen, die Systemenergiedichte zu erhöhen, indem sie die Anzahl der Strukturbauteile reduzieren.

Beispielsweise hat die erste Blade-Batterie von BYD die CTP-Technologie (Cell to Pack) eingesetzt. Dies bedeutet, dass die traditionelle Modulbauweise übersprungen wurde und viele unnötige Bauteile wie Schrauben, Trennwände und Kabel entfernt wurden. Dadurch konnte die Systemenergiedichte auf 140 Wh/kg erhöht werden.

Wenn jedoch keine Strukturbauteile mehr reduziert werden können und die Zellen sogar Teil des Fahrwerks werden (Cell to Chassis), wird es immer schwieriger, durch strukturelle Innovationen "Platz zu gewinnen".

Die zweite Blade-Batterie, die BYD dieses Jahr vorgestellt hat,