Elektroauto

Camille Jenatzy in seinem Elektroauto La Jamais Contente, 1899

Die Reichweite der historischen Fahrzeuge betrug rund 100 Kilometer. Um 1900 waren 40 % der Autos in den USA dampfbetrieben, 38 % elektrisch und nur 22 % mit Benzin. Knapp 34.000 Elektrofahrzeuge waren in den USA registriert, damals die höchste Anzahl weltweit. 1912 wurden bis dato die meisten Elektrofahrzeuge verkauft. Danach sank der Marktanteil.[7] Von 1896 bis 1939 registrierte man weltweit 565 Marken von Elektroautos.[8]

Den ersten dokumentierten Geschwindigkeitsrekord für ein Landfahrzeug stellte der französische Autorennfahrer Gaston de Chasseloup-Laubat am 18. Dezember 1898 mit dem Elektroauto Jeantaud Duc von Charles Jeantaud in Achères, nahe Paris, mit 62,78 km/h auf. In den folgenden Monaten überbot er sich in Achères gegenseitig mit dem Belgier Camille Jenatzy, bis dieser schließlich mit dem Elektroauto La Jamais Contente mit 105,88 km/h den ersten Rekord jenseits der 100-km/h-Marke einfuhr.[9]

Ein Milk float

Der Niedergang der Elektroautos setzte ab etwa 1910 ein. Die viel größere Reichweite[10] und das Angebot billigen Öls für Vergaserkraftstoffe waren (unter anderem) Faktoren für den Nachfragerückgang bei den elektrischen Transportmitteln.[10] Auch wurde das Starten von Benzinern durch den Anlasser anstelle des Ankurbelns sehr viel bequemer.[10] Benzin wurde durch den Einfluss der Standard Oil der hauptsächliche Kraftstoff in den USA und in allen von der Standard Oil beeinflussten Ländern.

Verbreiten konnte der Elektroantrieb sich jedoch in Fahrzeugen, welche die Fahrenergie aus Oberleitungen beziehen (Elektrolokomotive, Oberleitungsbus, Straßenbahn) oder selbst erzeugen (dieselelektrischer Antrieb).

Eine der Nischen, in der sich Kraftfahrzeuge mit Elektromotor hielten, war auch der Nahverkehr mit kleinen Lieferwagen für die tägliche Anlieferung von Milchflaschen in Großbritannien und Teilen der Vereinigten Staaten, den milk floats. Weitere Nischenanwendungen waren und sind elektrisch betriebene Gabelstapler, Gepäckkarren und Golfmobile.

Die zunehmende Verkehrsdichte führte ab den 1960er Jahren zu ersten Maßnahmen, um die Abgasbelastung zu verringern. In dem Zusammenhang nahmen die Forschungsaktivitäten am Elektroauto wieder zu.[11] GM experimentierte mit Zink-Luft-Batterien, die in einem Opel Kadett B mit 1,5 t Leergewicht bereits Reichweiten von 145 km bei konstant 90 km/h ermöglichten. Allerdings konnte diese Batterie nur mechanisch aufgeladen werden.[12] 1967 wurde im Bundestag eine interparlamentarische Arbeitsgemeinschaft gebildet, die eine Kfz-Steuerreform mit dem Ziel der Förderung von Elektromobilität zum Gegenstand hatte.[13] Jahrzehntelang hatten derartige Vorstöße jedoch noch keine praktischen Auswirkungen.

General Motors EV1 (1996–1999), der in dem Dokumentarfilm Who Killed the Electric Car? verewigt wurde

Bestrebungen, Autos mit Elektromotoren anzutreiben, wurden erst nach der durch den Golfkrieg ausgelösten Ölkrise der 1990er Jahre verstärkt erwogen. Die von der CARB ausgearbeitete und 1990 in Kalifornien als Gesetz verabschiedete Regelung, stufenweise emissionsfreie Fahrzeuge anbieten zu müssen, zwang die Automobilindustrie zu Produktentwicklungen. In Deutschland konnten einzelne progressive Entwicklungen wie der E-Scooter Simson SR 50-E ohne gesetzliche Förderung am Markt nicht bestehen.

Zunehmend wurden neue Akkumulatortypen (Nickel-Metallhydrid-Akkumulator und später zu Lithium-Ionen-Akkumulator) statt der bisherigen Bleiakkumulatoren verwendet. Beispiele sind der Volkswagen Golf CitySTROMer, BMW E1 oder die Mercedes A-Klasse.

Von 1996 bis 1999 baute General Motors mit dem General Motors Electric Vehicle 1, GM EV1 ein Serien-Elektromobil in einer Auflage von etwa 1100 Stück. Toyota baute etwa 1500 Stück des vollelektrischen Geländewagens RAV4 EV, Nissan etwa 220 Stück Nissan Hypermini, und Honda den Honda EV Plus. Die Produktion der meisten Elektroautos wurde nach Lockerung der CARB-Gesetzgebung eingestellt und die Auslieferungen gestoppt (siehe auch Who Killed the Electric Car?).

In Europa wurden seit den 1990er Jahren verschiedene Leichtfahrzeuge produziert, wie der CityEL, das Twike oder das Elektrofahrzeug Sam. PSA Peugeot Citroën produzierte von 1995 bis 2005 etwa 10.000 elektrisch angetriebene Autos (Saxo, Berlingo, 106, Partner), die nur in Frankreich, den Benelux-Staaten und Großbritannien angeboten wurden.

Ab 2003 wurden vor allem von kleineren, unabhängigeren Firmen Elektroautos entwickelt oder Serienfahrzeuge umgebaut, wie die Kleinwagen Citysax oder Stromos.

Tesla Roadster, 2008–2012

BMW i3, 2013–2022

Das Tesla Model Y war 2023 das meistverkaufte Auto weltweit

2006 wurde der Sportwagen Tesla Roadster des neu gegründeten Herstellers Tesla vorgestellt, der mit ca. 350 km Reichweite und seinen Fahrleistungen die aktuellen technischen Möglichkeiten aufzeigte. Teslas Markteintritt gilt als Katalysator für das in der Folge weltweit zunehmende Interesse für Elektroautos, da es mit dem Roadster und dem 2012 eingeführten Model S und dem Supercharger-Ladenetz bislang nicht gekannte Rekorde bezüglich Reichweite, Fahrleistungen und Ladegeschwindigkeit erzielte.[14]

Ab 2007 kündigten viele etablierte Hersteller Neuentwicklungen an.

2009 startete der Mitsubishi i-MiEV als erstes Elektroauto in Großserie. General Motors führte im Dezember 2010 das Hybridauto[15][16][17] Chevrolet Volt auf dem US-amerikanischen Markt ein;[18] dessen Deutschland-Variante Opel Ampera erregte erhebliche Medienresonanz. Ebenfalls 2010 kam der Nissan Leaf auf den Markt, der bis 2020 das weltweit meistverkaufte Elektroauto war.[19]

Weitere wichtige Markteinführungen von Elektroautos waren 2012 die Kleinwagen Smart ED. 2013 folgten unter anderem Renault Zoe, Kia Soul EV und VW e-up!. Der ebenfalls 2013 eingeführte BMW i3 erregte Aufsehen nicht nur durch den Antrieb, sondern auch durch seine Karbonfahrgastzelle.

2014 erregte die Deutsche Post AG Aufsehen, weil sie mit der Fertigung des eigens konstruierten elektrischen Lieferwagens Streetscooter begann.

Seit Juli 2017 wird das Tesla Model 3 produziert und seit Februar 2019 in Europa ausgeliefert.[20][21] Es ist eines der meistverkauften Elektrofahrzeuge der letzten Jahre.[22]

Im September 2019 stellte Volkswagen auf der IAA das Elektroauto ID.3 vor. Das Unternehmen will bis 2030 die Hälfte seines Modellangebots auf batterieelektrische Autos umgestellt haben und Weltmarktführer in der Elektromobilität werden.[23] Volkswagen war 2021 nach Absatz der zweitgrößte Automobilhersteller der Welt.[24]

Das Tesla Model Y war im jahr 2023 das meistverkaufte Auto weltweit. Damit stand erstmalig ein Elektroauto an der Spitze der meistverkauften Autos weltweit.[25][26]

Elektromotoren sind im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren extrem elastisch. Das maximale Drehmoment kann bereits beim Einschalten des Motors erreicht werden. Auf Anlasser, schaltbare Getriebe (egal ob manuell oder automatisch geschaltet) und Kupplungen kann daher völlig verzichtet werden. Ein Warmlaufen zum Erreichen der Betriebstemperatur ist nicht erforderlich. Der Elektromotor im Auto arbeitet daher in der Praxis fast permanent im Optimum seines wirtschaftlichen Betriebsbereichs, was hocheffizient ist. Gleichzeitig ist ein Elektrofahrzeug dadurch sehr einfach und komfortabel zu bedienen, und auf viele reparaturanfällige oder wartungsintensive Komponenten kann verzichtet werden (siehe Reparatur- und Wartungskosten). Elektroautos bestehen typischerweise aus weniger Teilen und sind bei gleicher Leistung kleiner.

Die Umweltbilanz des Elektromotors im Elektroauto fällt gemischt aus. Der Wirkungsgrad des Elektromotors ist mit 85–95 % weitaus höher als der eines modernen Verbrennungsmotors, der in Praxis durchschnittlich nur einen Wirkungsgrad von etwa 25 % erreicht.[27] (siehe Verbrauch und Wirkungsgrad). Auch im Teillastbetrieb ist der Wirkungsgrad des Elektromotors hoch. Infolgedessen ist nicht nur der Energieverbrauch für Antriebsleistung viel geringer, sondern Elektromotoren brauchen viel weniger gekühlt werden als Verbrennungsmotoren vergleichbarer Leistung. Elektromotoren sind wesentlich leiser als Verbrennungsmotoren, fast vibrationsfrei und emittieren keine schädlichen Abgase. Elektroautos können zwar mit reinem Ökostrom betrieben werden, allerdings ist auch der Betrieb von Verbrennungsmotoren mit Kraftstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen oder mit E-Fuels möglich.

Die Anordnung der Komponenten, das sogenannte Platznutzungskonzept, ist bei Elektroautos anders und eher vorteilhaft. Beim Fahrzeugaufbau mit Verbrennungsmotor sind viele Komponenten um den Hauptantrieb herum angeordnet, während beim Elektroauto die Komponenten sehr viel dezentraler montiert werden können. Wesentliche Komponenten unterscheiden sich in ihrem Platzbedarf und ihrer Form: Der Motor und die Kühler sind beispielsweise kleiner, und das Akkusystem kann abhängig vom Fahrzeugkonzept in verschiedenen Bereichen der Karosserie platziert werden. Dadurch ergeben sich auch Vorteile:

• Es ist eine strömungsgünstigere Frontpartie dank kleinerer Lufteinlässe für Kühler möglich.[28]
• Es gibt mehr Platz für eine Crash-freundliche Ausgestaltung des Vorderwagens (Raum für Verstrebungen und Kontakt-Platten).
• Ebenso erlaubt der geringere Platzbedarf einen größeren Lenkeinschlag und damit einen deutlich kleineren Wendekreis. (Beispiel Škoda Enyaq: Der Wendekreis von nur 10,3 Metern ist eineinhalb Meter kleiner als der des etwas gleich großen Kodiaq und damit vergleichbar mit dem des Kleinwagens Fabia.)
• Der Schwerpunkt kann durch den schweren Akku unter dem Boden deutlich tiefer sein; hieraus ergibt sich ein besseres Fahrverhalten und mehr Sicherheit gegen Überschlag.[29]
• Die Elektrifizierung der Servosysteme für Bremsen und Lenkung erleichtert es, einen automatischen Betrieb oder Assistenzsysteme zu verwirklichen.[30]
• Der Radstand kann bei gleicher Gesamtlänge größer ausfallen; hierdurch entsteht mehr Platz für Passagiere und ein höherer Fahrkomfort.
• Elektroantriebe benötigen keine Wartung.

Durch die geringere Energiedichte von Akkumulatoren im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen in Tanks ist die Masse von Elektroautos tendenziell höher als jene von herkömmlichen Automobilen und ihre Reichweite potenziell geringer (s. Reichweite). Heutige Elektroautos gewinnen Bremsenergie durch Rekuperation zurück.

Kontrovers werden die ökologische und soziale Nachhaltigkeit und der Verbrauch endlicher Ressourcen im Lebenszyklus von Elektroautos diskutiert.

Die Ladezeiten sind wesentlich länger als entsprechende Tankvorgänge (s. Ladeleistung und Ladedauer). Dies macht die Bereitstellung einer bedarfsgerechten Ladeinfrastruktur ressourcenintensiv und kostspielig. Gegenwärtig ist die erforderliche Ladeinfrastruktur schlechter ausgebaut als das Tankstellennetz für Autos mit Verbrennungsmotoren.

Obwohl Elektroautos eher seltener brennen als Autos mit Verbrennungsmotor, sind die Risiken für Sicherheit und Umwelt im Falle eines Brandes beim Elektroauto größer, siehe Brandrisiken und Löschmaßnahmen.

Die Akkusysteme von Elektroautos reagieren sensibler auf Außentemperaturschwankungen als Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren, siehe Temperaturabhängigkeit von Akkusystemen.

Drehstrom-Elektromotoren benötigen zur Umformung des in der Regel aus Antriebsbatterien bereitgestellten Gleichstroms eine Leistungselektronik, insgesamt ist der bauliche Aufwand eines Elektroautos jedoch erheblich geringer als beim Auto mit Verbrennungsmotor.

Antriebssatz, wie er von PSA verwendet wurde (2007)

Motorraum eines Peugeot e208 (Modelljahr 2020)

Elektroautos lassen sich nach ihrem Konstruktionsprinzip unterscheiden:[31]

• Neuentwickelte Elektroautos (sog. Purpose Design), bei denen keine konstruktiven Kompromisse bei der Umsetzung eingegangen werden müssen. Diesem technischen Vorteil steht der betriebswirtschaftliche Nachteil des hohen Einmalaufwands für die Neuentwicklung gegenüber, weshalb dieses Konzept hohe Produktionsstückzahlen erfordert. Beispiele sind u. a. der BMW i3, alle Teslas, und der Sportwagen Porsche Taycan. Renault und Nissan stellen Elektroautos der Mittelklasse auf der eigens dafür entwickelten CMF-EV-Plattform her.
• Elektroautos als Anpassung konventioneller Autos (sog. Conversion): Hier werden in einem konventionellen Fahrzeug Komponenten des verbrennungsmotorischen Antriebs durch jene des elektrischen Antriebs ersetzt. Das erfordert konstruktive Kompromisse, da E-Motor und Batterie in den vorhandenen Bauraum eingepasst werden. Dem geringen Entwicklungsaufwand stehen hohe Teilekosten für die Sonderanfertigung von Antriebskomponenten gegenüber, weshalb sich dies für niedrige Produktionsstückzahlen eignet. Sowohl der Geländewagen Toyota RAV4 EV, die etwa zehntausend französischen Elektroautos seit 1990 von PSA Peugeot Citroën und Renault der „electric-Serie“ (Saxo, Berlingo, 106, Partner, Clio, Kangoo) als auch das Mitsubishi Electric Vehicle, das 2010 in Europa erschienene, erste in Großserie gefertigte Elektroauto der Welt,[32] (ca. 17.000 Fahrzeuge weltweit pro Jahr;[33] in leicht abgewandelter Form auch von PSA als Citroën C-Zero bzw. Peugeot Ion vermarktet) und der Elektro-Smart basieren auf dieser kostengünstigen Entwicklungsmethode. Diese Fahrzeuge benötigen im Alltag etwa 12–20 kWh elektrische Energie für 100 km. Seit Ende 2013 wird der VW e-up! angeboten, seit 2014 der VW e-Golf. Weitere Beispiele sind die im Vorfeld der Entwicklung des BMW i3 eingesetzten Mini E und BMW ActiveE.
• Elektroautos als Umrüstung von Serienfahrzeugen wie Stromos und Citysax ermöglichen kleinen Herstellern die Fertigung von Elektroautos. Dabei wird ein in Serie gefertigter neuer Antriebsstrang eingebaut, oder der Elektromotor wird an das serienmäßige Schaltgetriebe angeflanscht. Fahrleistungen, Reichweite und Verbrauch ähneln jenen aus Anpassungen von konventionellen Serienautos großer Hersteller. Höheren Fertigungskosten durch Kleinserienfertigung stehen flexible Anpassungsmöglichkeiten an Kundenwünsche und die Nutzung von nicht als Elektroversion erhältlichen oder Gebrauchtfahrzeugen als Basis gegenüber.

Antrieb des BMW i3

Elektromotoren laufen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren mit sehr hohen Drehmomenten an. Der Fahrtregler, eine Leistungselektronik-Baugruppe, steuert den Antrieb. Die Elektromotoren können auf verschiedene Arten mit den Rädern mechanisch gekoppelt sein, zumeist über Untersetzungsgetriebe und Antriebswellen, im Rad integriert als Radnabenmotor oder z. B. bei Umrüstungen auch über das vorhandene Schaltgetriebe.

Aufgrund des großen nutzbaren Drehzahlbereiches von Elektromotoren werden bei E-Fahrzeugen keine Schaltgetriebe oder lösbaren Kupplungen benötigt, jedoch sind in der Regel Untersetzungsgetriebe eingebaut. Elektromotoren können in beiden Richtungen laufen und benötigen daher auch keinen gesonderten Rückwärts-Getriebegang. Es sind jedoch unter Last schaltbare Zweiganggetriebe erhältlich, insbesondere für Fahrzeuge mittleren und größeren Gewichts. Bis zu fünf Prozent an Reichweite sollen damit herausgeholt werden können. Solche Zweiganggetriebe sind etwa, wenn der Hersteller unterschiedliche Motorleistungen alternativ für ein Fahrzeugmodell anbietet, in gewissen Auf- und Abstufungen skalierbar.[34][35] Bei mehreren Antriebsmotoren (zum Beispiel je einer für Vorder- und Hinterachse) können die E-Motoren auch für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche optimiert werden.[36]

Elektromotoren sind insgesamt vergleichsweise einfach aufgebaut, besitzen relativ wenige bewegliche Teile und benötigen infolge des hohen Wirkungsgrades nur wenig Kühlung. Sie werden meist luft-, gelegentlich auch wassergekühlt.

Als Antrieb für Elektroautos kommen verschiedene Motortypen in Frage:[37]

• Gleichstrommotoren
  • Bürstenmotor
  • Bürstenloser Gleichstrommotor
• Synchronmotoren
  • Permanenterregter Synchronmotor
  • Fremderregter Synchronmotor
• Reluktanzmotor
  • Synchron-Reluktanzmotor
  • Geschalteter Reluktanzmotor
• Asynchronmotor (Induktionsmaschine)
• Axialflussmotor[38]

Die meisten straßenzugelassenen Elektrofahrzeuge haben außer der großen Antriebsbatterie noch einen weiteren kleinen Akkumulator, meist eine 12-Volt-Bleibatterie. Er wird über die Antriebsbatterie geladen und versorgt einen Teil der Bordelektronik, vor allem die Fahrzeugbeleuchtung, speziell die Warnblinkanlage – selbst wenn die Antriebsbatterie deaktiviert wurde (z. B. wegen Entladung oder Unfall).

Synchron-Antriebsmaschine eines Volkswagen e-Golf

Die permanentmagneterregte Drehstrom-Synchronmaschine besitzt einen hohen Wirkungsgrad von über 90 %, ein hohes spezifisches Drehmoment (5 Nm/kg) und eine hohe spezifische Leistung (1 kW/kg). Sie ist daher der am weitesten verbreitete Antrieb für E-Mobile.[39][40]

Permanenterregte Synchronmaschinen besitzen keine Kohlebürsten, Kollektoren oder Schleifringe für die Kommutierung und Erregung und sind daher verschleiß- und wartungsfrei.[41]

Der zwingend erforderliche Drehstrom-Wechselrichter ist in der Regel fähig zum Vierquadranten-Betrieb, kann also in beiden Fahrtrichtungen zum Motorbetrieb und im generatorischen Betrieb zur Rekuperation benutzt werden. Die gleiche Schaltung kann auch zum Laden der Antriebsbatterie aus dem Drehstromnetz verwendet werden. Die Integration eines Wechselstrom-Normallade- oder Drehstrom-Schnellladesystems in ein Elektroauto ist daher ohne wesentlichen Mehraufwand möglich.[42]

Bei fremderregten Synchronmotoren (engl.: electrically excited synchronous motor, EESM) wird das Erreger-Magnetfeld statt durch Permanentmagnete durch Elektromagnete erzeugt. Hierdurch sinkt der Wirkungsgrad im Vergleich zu permanentmagneterregten Motoren. Auch muss der Erregerstrom in den Läufer mittels Schleifringen übertragen werden. Der Vorteil besteht in der Möglichkeit der Feldschwächung bei hohen Drehzahlen, wodurch die Gegen-EMK sinkt und eine höhere Drehzahl möglich ist. Diese Motoren liefern daher sowohl ein hohes Anfahrmoment als auch einen höheren Drehzahlbereich. Fremderregte Synchronmotoren kommen zum Beispiel im Renault Zoé und im e-Smart zum Einsatz.[40] Um die Vorteile permanenterregter und fremderregter Synchronmotoren zu vereinen, werden Kombinationen aus beiden eingesetzt. Hier verstärkt eine Feldspule das (schwächere) Dauermagnetfeld beim Anfahren.

Die Asynchronmaschine mit Kurzschlussläufer kann für Elektroautos benutzt werden und bietet einen großen Drehzahlbereich und gleichzeitig hohes Anfahrmoment, wenn ein vektorgesteuerter Frequenzumrichter vorgeschaltet ist. Es kann ein relativ hoher Wirkungsgrad erzielt werden.

Asynchronmotoren sind billiger herzustellen als permanenterregte Synchronmotoren und haben im Gegensatz zu diesen kein Bremsmoment, wenn sie leerlaufen, haben einen runden Drehmomentverlauf und neigen weniger zu Pendelschwingungen, haben jedoch einen geringeren Wirkungsgrad als diese. Auch Asynchronmotoren können mittels Vierquadranten-Wechselrichtern rekuperieren. Einige Elektroautos haben eine gemischte Bestückung aus einem Asynchron- und einem Synchronmotor,[36] wie z. B. das aktuelle Tesla Model S, wohingegen die früheren Modelle reinen Asynchronantrieb aufwiesen.

Gleichstrommotoren haben bei Elektro-PKW nur historisch Bedeutung gehabt. Die hierfür aufgrund ihrer Kennlinie prädestinierte Reihenschlussmaschine (hohes Anlaufmoment, ohne Steuerung variable Drehzahl) ist einfach steuerbar, rekuperationsfähig mittels Umpolung der Feldwicklung und kurzzeitig hoch überlastbar. Sie hat jedoch den Nachteil, dass sie aufgrund der Kommutierung (Bürstenverschleiß) nicht wartungsfrei ist. Zur Steuerung kamen vorgeschaltete Widerstände und später eine Pulsweitenmodulation in Frage.

Ein geschalteter Reluktanzmotor treibt den in den 1980er-Jahren produzierten elektrischen Lieferwagen Chloride Lucas an. Reluktanzmotoren sind Synchronmotoren ohne Erregung, sind robust, preiswert und zuverlässig. Sie sind bei hohen Drehzahlen effizient, haben aber nur einen geringen Wirkungsgrad im unteren Drehzahlbereich und ein geringes Anfahr-Drehmoment. Sie werden dennoch als Elektroautoantrieb weiterentwickelt.[37] BMW hat im i3 daher eine Hybridvariante aus permanenterregtem Synchronmotor und Reluktanzmotor eingesetzt.[37][43] Reluktanzmotoren spielen im Elektroauto-Antrieb eine geringe Rolle, weil sie vergleichsweise groß und aufgrund des prinzipiell unrunden Drehmomentes laut sind. Sie haben jedoch den Vorteil, dass sie im Leerlauf kein Bremsmoment verursachen.

Als weitere Alternative wurde ein hochdrehzahliger Asynchronmaschinenantrieb mit nachgeschaltetem Planetenradgetriebe diskutiert.[44][45][46] Bei letzterem Konzept ist das System leichter als ein Synchronantrieb. Dafür ist der elektrisch-mechanische Wirkungsgrad etwas schlechter.

In Teilen der Literatur wird der Axialflussmotor als sehr vorteilhaft für Elektroautos beschrieben.[47] Sie sind sehr kompakt mit hohem Leistungsgewicht und einem drehzahlunabhängig hohen Wirkungsgrad. Bislang kamen sie jedoch nur in Prototypen zum Einsatz (z. B. Renovo Coupe).[37] Mercedes-Benz kündigte im August 2021 die Entwicklung von Hochleistungs-Axialflussmotoren für Elektroautos an.[38]

Radnabenmotor eines Honda FCX

Eine Bauform für den Antrieb ist der Radnabenmotor. Dabei ist der Motor direkt im Rad, in der Regel innerhalb der Felge, untergebracht. Bei dieser Art des Antriebes entfallen die Antriebsstränge und die Verteilergetriebe hin zu den Rädern, was den Aufbau vereinfacht und Freiheiten für die Gestaltung in der Bodengruppe schafft. Jedoch muss der Bauraum zumeist mit der Bremse geteilt werden und es wird eine höhere ungefederte Masse in Kauf genommen. Die Motoren sind außerdem stärker den Umwelteinflüssen ausgesetzt. Radnabenmotoren gibt es oft an Fahrzeugen mit geringen Anforderungen an die Fahrdynamik, zum Beispiel an Elektrofahrrädern, Elektromotorrollern und Nutzfahrzeugen. In Serien-Pkw konnten sie sich bisher nicht etablieren; sie sind aber Gegenstand von Forschung und Entwicklung.

Elektromotoren eignen sich im Generatorbetrieb zur Rückwandlung der kinetischen Energie (Bewegungsenergie) in elektrische Energie (Rekuperation). Beim Abbremsen und Bergabfahren wird zwischen 60 % und 65 % der Bremsenergie in den Akkumulator zurückgegeben, die ansonsten über mechanische Bremsen oder die Motorbremse in Verlustwärme umgewandelt würde. Im Langstreckenverkehr ist der Einsparungseffekt geringer als im Stadt- und Kurzstreckenverkehr, da im Verhältnis weniger Bremsvorgänge stattfinden. Bei ausgekühlten Batterien, die noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben, funktioniert auch die Rekuperation weniger effektiv.[48]

Bei starkem Bremsen kann die maximale Generatorleistung der Motoren überschritten werden; es kann dann nur ein Teil der Bremsleistung in elektrische Leistung umgesetzt werden. Weitere Verluste entstehen infolge der bei hohen Strömen signifikanten Widerstandsverluste in Generator, Ladeelektronik und Akkumulator.

Mit Rekuperation kann der innerstädtische Energieverbrauch um bis zu 30 % gesenkt werden.[49] Dieser Wert wird auch bei Oberleitungsbussen erzielt.

Die Batterielebensdauer wird durch die Rekuperation nicht beeinträchtigt; es ist im Gegenteil aufgrund der Batterieschonung mit einer leichten Verbesserung zu rechnen.[50]

Die Rekuperation hat zur Einführung eines neuen Pedalsystems bei einigen Elektroautos geführt, dem One-Pedal-Driving. Hierbei wird mit demselben Pedal beschleunigt und gebremst.

Hybrid-Elektrofahrzeuge verwenden auch Doppelschicht-Kondensatoren als Energiespeicher, um trotz kleinerer Batterien höhere Leistungen verarbeiten zu können. So können im Stadtverkehr Rückspeisegrade von über 40 % erreichbar sein.[51]

Verbrauch und Wirkungsgrad betrachtet den Energieumsatz innerhalb des Fahrzeugs (zum Beispiel ab Tankstelle beziehungsweise Steckdose – Tank-to-Wheel). Weitergehende Betrachtungen über die Stromerzeugung und eingesetzte Primärenergie (Well-to-Wheel) erfolgt unter dem Oberbegriff Umweltbilanz (siehe Absatz Umweltbilanz).

Der Verbrauch, um alle Arten von Pkw zu vergleichen, wurde bis August 2017 in Europa nach dem NEFZ angegeben. Ein BMW i3 beispielsweise verbraucht danach – je nach Ausstattung – 12,9 oder 13,5 kWh/100 km.[52] Renault gibt für den Zoé einen Normverbrauch von 14,6 kWh/100 km an. Der ADAC ermittelte in einem eigenen Test für den e-Golf einen Durchschnittsverbrauch von 18,2 kWh/100 km.[53] Tesla gibt für sein Model S einen Durchschnittsverbrauch nach der ECE-Norm-R-101-Norm für Hybridfahrzeuge von 18,1 kWh/100 km an.[54] Die Normwerte unterliegen den gleichen Abweichungen gegenüber realen Verbräuchen, wie auch bei Verbrennungskraftfahrzeugen.

In Europa wurde mit dem 1. September 2017 das neue Testverfahren WLTC/WLTP für die Typprüfung neuer Modelle und neuer Motorvarianten und ab 1. September 2018 für neu zugelassene Fahrzeuge verbindlich eingeführt.

Über den Gesamtwirkungsgrad eines Automobils entscheidet die Effizienz der im Fahrzeug erfolgten Energieumwandlungen und die Effizienz der Übertragung der mechanischen Energie bis zur Straße.
Elektromotoren haben sehr viel höhere Wirkungsgrade als Verbrennungsmotoren, die zugehörige Elektronik zum Laden und Fahren hat gleichfalls Wirkungsgrade von beispielsweise über 90 %. Lithium-Akkumulatoren erreichen Lade-/Entladewirkungsgrade von etwa 90 bis 98 %. Das Schaltgetriebe kann entfallen. Leerlaufverluste entfallen ebenfalls. Damit erreichen Elektroautos einen viel höheren Wirkungsgrad als Autos mit Verbrennungsmotor. Die Rekuperation ermöglicht die Rückführung der bei Verbrennern in Hitze umgewandelten Bremsenergie in den Akku, was sich besonders im Stadtverkehr und auf Bergstrecken positiv auf den Gesamtwirkungsgrad auswirkt.

Der Wirkungsgrad von Ottomotoren beträgt maximal 35 %, der von Pkw-Dieselmotoren maximal 45 %.[55] Im praktischen Betrieb wird dieser beste Wirkungsgrad jedoch nur selten erreicht und es entstehen weitere Verluste durch mehrstufige Getriebe im Antriebsstrang. Deshalb wird bei einem Verbrennungsfahrzeug im Durchschnitt weniger als 25 % der Energie des Kraftstoffes in Bewegungsenergie umgewandelt.[56] Diese Eigenschaft wirkt sich insbesondere im Teillastbetrieb aus, bei dem der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren stark abfällt. Hier ist der Wirkungsgradunterschied im Vergleich zum Elektroantrieb besonders hoch. Da Automobile im Stadtverkehr fast immer im Teillastbetrieb fahren, ist der Elektroantrieb hier nochmals deutlich effizienter. Auch verbraucht ein Elektromotor im Gegensatz zum Verbrennungsmotor im Leerlauf und bei Stillstand keine Energie.
Demgegenüber erfordern Elektroautos eine Heizung bei kalter Witterung, die direkt aus dem Akkumulator stammt. In einer Simulation wurde hierfür ein Leistungsbedarf von ca. 4 kW ermittelt.[57] Hingegen liefert ein Verbrennungsmotor stets mehr Abwärme, als zum Heizen der Fahrzeugkabine benötigt wird.
Die Kühlung (Klimaanlage) ist hingegen beim Elektroauto effizienter als beim Auto mit Verbrennungsmotor, denn die Kältemaschine wird elektrisch betrieben und die Antriebsenergie muss nicht an Bord mit einem Verbrennungsmotor erzeugt werden.

Nach Valentin Crastan hat ein Benzinfahrzeug einen durchschnittlichen Tank-to-Wheel-Wirkungsgrad von 20 %, womit bei einem Verbrauch von 6 Litern pro 100 km 52,6 kWh Energie aufgewendet werden müssen; die mechanische Nutzenergie beträgt dabei 10,5 kWh. Ein Elektrofahrzeug weist dagegen einen Wirkungsgrad von ca. 65 % auf, was einen Energiebedarf von 16 kWh/100 km ergibt.[58] Andere Quellen geben etwa 70 bis 80 % an.[59][60]

Zentraler Punkt in der Entwicklung von Elektroautos ist der Energiespeicher. Da ein Automobil, mit Ausnahme von Oberleitungsfahrzeugen wie O-Bussen, während der Fahrt normalerweise nicht mit dem Stromnetz verbunden ist, werden Energiespeicher mit hoher Leistungs- und Energiedichte benötigt. Die Antriebsbatterie wird im Wesentlichen bei Stillstand des Fahrzeugs durch eine externe Stromversorgung aufgeladen. Alternativ oder ergänzend kann eine nichtelektrische Energiequelle mitgeführt werden. Beispiele dafür sind der Hybridantrieb, der dieselelektrische Antrieb, der Gyroantrieb und der Brennstoffzellenantrieb. Der Kernenergieantrieb hingegen wird nicht bei Automobilen eingesetzt. Außerdem können Elektroautos die benötigte Energie während der Fahrt aus ihrer natürlichen Umwelt entnehmen, dies ist beim Solarauto der Fall. Eine relevante Verbreitung haben bisher jedoch nur Elektroautos gefunden, deren Antriebsbatterie bei Fahrzeugstillstand extern geladen wird, sowie Hybridautos mit Verbrennungsmotor.

Auch Elektroautos, die ausschließlich bei Stillstand des Fahrzeugs geladen werden, können Reichweiten erzielen, die denen von verbrennungsmotorisch angetriebenen Autos ebenbürtig sind (siehe Abschnitt „Reichweite“). Der seit 2021 angebotene Mercedes-Benz EQS verfügt sogar über eine Reichweite von bis zu 770 km nach WLTP. Elektro-Kleinwagen mit einer Reichweite um 150 km haben Antriebsbatterien mit ca. 200 kg Masse (Beispiel: VW e-up!, 230 kg; Stand 2017). Elektroauto-Akkus wiegen abhängig vom konkreten Modell üblicherweise zwischen 300 und 750 Kilogramm. Als ungefähre Faustrechenformel gilt, dass Elektroautos pro 100 Kilometer ca. 15 Kilowattstunden elektrischer Energie benötigen. Der hierfür nötige Akku wiegt ca. 150 kg.[61] Viele Elektroautos können ihre Akkus an Schnellladestationen innerhalb von 30 Minuten zu 80 Prozent aufladen.[62][63][64][65]

Die Preise für Akkumulatoren sind der Hauptfaktor für die Fahrzeugkosten.[66] Experten rechnen in den nächsten 10 Jahren mit deutlich fallenden Kosten für Antriebsbatterien.[67] Die in den letzten Jahren stattfindende Entwicklung der Akkutechnik bringt auch stetig sinkende Preise mit sich und führt zusammen mit anderen bahnbrechenden Entwicklungen am Markt (z. B. Natrium-Ionen-Akkumulator) zu einer Dynamisierung der Elektroauto-Entwicklung auf Seiten der Hersteller.[68]

Akkuzellen des Nissan Leaf

Zylindrische Zelle (18650) vor dem Zusammenbau. Einige Tausend davon bilden den Akku des Tesla Model S (s. Gigafactory).

Akkuzellen im Heck eines Batteriebusses

In der Vergangenheit nutzten die meisten Elektroautos Akkumulatortypen wie Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkus, die lediglich für einen Betrieb von etwa einer Stunde mit Höchstgeschwindigkeit reichten oder mit denen mit einer Ladung 40 bis 130 Kilometer zurückgelegt werden konnten. Bleiakkumulatoren, besonders wenn sie auf hohe Zyklenfestigkeit ausgelegt sind, haben eine geringe Energiedichte – sie sind sehr schwer für den gebotenen Energieinhalt. Auch begrenzt die häufig geringere Zyklenfestigkeit und Lebensdauer ihren Einsatz, sodass sie bei neueren Entwicklungen praktisch nicht mehr eingesetzt werden. Sie werden nach wie vor in kleineren Elektrofahrzeugen und in der Industrie verwendet, etwa in Flurfördergeräten (Gabelstapler).

Reichweiten von 300 km bis 800 km und mehr sind mit Akkumulatoren auf Lithiumbasis (zum Beispiel Lithium-Ionen-, Lithium-Eisenphosphat- und Lithium-Polymer-Akkumulatoren) möglich und werden auch realisiert (etwa bei Tesla Model S, Tesla Model X, Tesla Model 3, Tesla Model Y, VW ID.3, Mercedes-Benz EQS, Lucid Air). Diese Akkumulatorentypen haben eine vergleichsweise hohe gewichtsbezogene Energiedichte. Bei einigen Fahrzeugen, die zuvor Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkumulatoren fuhren, wurden diese gegen Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgetauscht. So konnte ein Vielfaches der ursprünglichen Reichweite erzielt werden.

Mit Stand 2023 sind auch erste E-Auto-Modelle mit Natrium-Ionen-Akkumulatoren erhältlich (z. B. BYD Seagull, JAC E10X und EV3 von JMEV). Diese Akku-Art erreicht nicht die Energiedichte eines hochwertigen Lithium-Ionen-Akkus, weist gegenüber diesen jedoch mehrere Vorteile auf. Unter anderem sind sie aufgrund der Nutzung von Allerweltsmaterialien wie Natrium statt Lithium deutlich günstiger, benötigen kein Kobalt oder Nickel, sind weniger anfällig für Überhitzung und halten länger. Als Vorteilhaft werden solche Akkus vor allem dort gesehen, wo es eher auf niedrige Kosten als auf hohe Energiedichte und niedriges Gewicht ankommt, beispielsweise günstige E-Autos für den Kurzstreckenverkehr, die keine große Reichweite benötigen.[69]

Bei NiCd-, NiMH- und Bleiakkusätzen müssen nur Teilblöcke aus mehreren Zellen überwacht werden. Lithium-Akkumulatoren brauchen komplexe elektronische Batteriemanagementsysteme (BMS), Schutzschaltungen und Balancer, weil sie bei Überladung und Tiefentladung schnell ausfallen. Damit beim Defekt einer einzelnen Zelle nicht das gesamte Akkusystem erneuert werden muss, kann dieses für den Einzelzellentausch ausgelegt sein.

Es gab ab 2008 Versuche, Doppelschicht-Kondensatoren (Superkondensatoren) und Akkumulatoren zu kombinieren. Der Doppelschicht-Kondensator übernimmt hierbei die Spitzenlast, um mit ihrer hohen spezifischen Leistung schnell verfügbare Energie zu speichern, um Batterien innerhalb sicherer Widerstandserwärmungsgrenzen zu halten und die Batterielebensdauer zu verlängern.[70][71]

Der Energieinhalt einer Antriebsbatterie wird heute praktisch ausschließlich in Kilo-Wattstunden (kWh) angegeben. Es lassen sich zwei gegenläufige Strategien für die Akkumulatorengröße ausmachen:

• Steigerung der Akkumulatorengröße: Dadurch wird eine sehr große Reichweite ohne Zwischenaufladung möglich und die Lebensdauer der Batterie verlängert sich. Der Akku wird sowohl hinsichtlich Kapazität (Entladetiefe) als auch hinsichtlich maximaler Leistungsentnahme möglicherweise weniger belastet und kann Zyklenzahlen erreichen, die die Lebensdauer des gesamten Fahrzeugs weit übertreffen. Hingegen steigen Fahrzeugmasse und Investitionskosten stark an. Große Akkus für Elektroautos speichern 2018 eine Energie um die 100 kWh, was bei einem Fahrzeug-Verbrauch von 15 kWh bis 25 kWh pro 100 km für bis über 600 km Reichweite ausreicht.[72] Beispiele sind Tesla Model S, Tesla Model X, Nio ES8, Jaguar I-Pace, Audi e-tron. Dagegen haben Batteriebusse auch Akkus mit mehr als 600 kWh, um so Reichweiten von etwa 600 km zu erreichen.[73]
• Nutzung einer vergleichsweise geringen Akkugröße: Vorteile sind geringere Anschaffungskosten und eine geringere Fahrzeugmasse. Dieses Konzept setzt jedoch eine engmaschige leistungsfähige Ladeinfrastruktur zum Beispiel auf Parkplätzen voraus (siehe Ladestation (Elektrofahrzeug)). Die Akkus selbst werden im Betrieb und beim Laden tendenziell stärker belastet und altern somit schneller. Beispiele hierfür sind der Streetscooter, Renault Twizy, e.GO Life.

Allen Akkusystemen ist gemein, dass sich bei tieferen Temperaturen (unterhalb ca. 10 °C) die Leistungsabgabe verringert, da die Beweglichkeit der Ladungsträger abnimmt. Einige Akkumulatorensysteme (NiMh, Lithium-Polymer) können unterhalb von ca. −20 °C einfrieren. Die entnehmbare Kapazität wird von der Temperatur jedoch kaum beeinflusst, wenn die geringere Strombelastbarkeit technisch berücksichtigt wird, indem das BMS die Leistungsabgabe und den Motorstrom begrenzt. Durch die inneren Verluste erwärmt sich die Antriebsbatterie im Betrieb. Hohe Temperaturen hingegen (oberhalb ca. 30 °C) begünstigen durch die Beweglichkeit der Ladungsträger zwar die Leistungsabgabe, sind aber ungünstig für die inneren Verluste und die kalendarische Alterung. Um derartige Einschränkungen zu vermeiden, temperieren einige Hersteller ihre Akkusysteme. Dies kann eine Heizung für kalte Jahreszeiten beinhalten, aber auch eine Kühlung. Oft kommen elektrische Heizmatten und Luftkühlungen zum Einsatz. Einige Hersteller nutzen auch Flüssigkeiten als Heiz- bzw. Kühlmedium.[74]

Eine Ausnahme sind Hochtemperatursysteme (zum Beispiel Zebra-Batterie), die zwar von äußeren Temperaturen unabhängig sind, jedoch zusätzlich Energie für ihre Temperaturerhaltung benötigen.

Hotzenblitz-Antriebsbatterie (180 V) aus 56 einzelnen Zellen Thunder Sky LPF60AH, Batteriemanagementsystem-Modul für jede Einzelzelle und Busverkabelung

Grundsätzlich werden bei der Alterung zwei verschiedene Aspekte unterschieden. Die kalendarische Alterung beschreibt die Kapazitätsabnahme (Degradation) auch ohne Nutzung, beschleunigt oft durch ungünstige Temperaturen. Die Zyklenhaltbarkeit hingegen ist abhängig von der Anzahl der Lade- und Entladezyklen bis zum Eintreten einer definierten Kapazitätsverringerung gegenüber der Ausgangskapazität. Auch Ladeverfahren und Ladestromstärken und natürlich der Akkutyp selbst sind Einflussgrößen.

Mit Stand 2019 erreichen Batteriepacks von E-Autos mindestens 1500 bis 3000 Ladezyklen, bis die Ladekapazität auf 80 % abgefallen ist. Damit kommt ein E-Auto mit 450 km Reichweite selbst unter konservativen Annahmen mindestens 450.000 km weit, bis die Batterie getauscht werden muss, im optimistischen Fall sind sogar 1,35 Mio. km möglich. Eine weitere Erhöhung der Zyklenzahl wird erwartet.[75] Aktuelle Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind schnellladefähig ausgelegt. Dabei ist eine Aufladung mit Ladeströmen über 1 C gemeint, was Ladezeiten von weniger als einer Stunde erlaubt.

Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren erreichen nach Herstellerangaben mehr als 5000 Zyklen bei jeweiliger Entladetiefe von 70 %.[76] Bei 300 Ladezyklen pro Jahr, also etwa ein Ladevorgang pro Tag, liegt dies in der Größenordnung, die für ein durchschnittliches Autoleben ausreicht, zumal selten die volle Kapazität ausgenutzt wird und flache Ladezyklen allgemein zu einer längeren Lebensdauer führen. Diese Batterietypen wurden vor allem in China subventioniert und eingesetzt. Aufgrund der höheren spezifischen Energiedichte werden jedoch eher NMC-Akkus (Lithium-Nickel-Mangan-Cobaltoxid) eingesetzt, die nicht die hohe Zyklenfestigkeit aufweisen.[77]

Eine Studie aus dem Jahr 2013[78][79] von Plug in America unter 126 Fahrern des Tesla Roadsters (entspricht etwa 5 % der verkauften Fahrzeuge) bezüglich der Lebensdauer der Akkus ergab, dass nach 100.000 Meilen = 160.000 km bei den Akkus noch eine Restkapazität von 80 bis 85 Prozent vorhanden war. Der geringe Verschleiß wird unter anderem auf die Temperaturregulation zwischen 18 °C und 25 °C sowie auf den standardmäßig flachen Ladezyklus (zwischen 90 % und 10 % anstatt der vollen 100 % und 0 %) zurückgeführt. Aus den USA sind Autos der Marke Tesla bekannt, die bereits 800.000 km zurückgelegt haben.[80]

Bezüglich der Akku-Haltbarkeit geben viele Hersteller eine Garantie, die typischerweise eine Restkapazität von mindestens 70 % des Nennwerts für acht Jahre und eine Laufleistung von 160.000 km zusichert.[81] Es gibt auch Hersteller, die auf den Akku Garantien für 8 Jahre ohne Kilometerbegrenzung (Tesla[82]) oder 1.000.000 km bzw. 10 Jahre (Lexus[83]) abgeben. Bei Mietakkus trägt der Fahrzeugbesitzer kein Risiko eines defekten Akkus, dafür aber monatliche Kosten.

Für die Akkumulatoren werden elektronische Schaltungen, sog. Batteriemanagementsysteme (BMS), verwendet, die die „Lade- und Entladesteuerung, Temperaturüberwachung, Reichweitenabschätzung und Diagnose“[84] übernehmen. Die Haltbarkeit hängt wesentlich von den Einsatzbedingungen und der Einhaltung der Betriebsgrenzen ab. Batteriemanagementsysteme inklusive Temperaturmanagement verhindern die schädliche und eventuell sicherheitskritische Überladung oder Tiefentladung der Akkuzellen und kritische Temperaturzustände. Im Idealfall ermöglichen hochwertige BMS die Überwachung jeder einzelnen Zelle und erlauben es zu reagieren, bevor es zu einem Ausfall oder einer Schädigung der Zelle bzw. des gesamten Batteriemodules kommt. Statusinformation können für Diagnose- und Wartungszwecke auch abgespeichert und ausgelesen werden.

WLTP-Reichweiten einiger in Deutschland verbreiteter Elektroautos

Die Reichweite pro Akkuladung eines Elektroautos hängt hauptsächlich von der Batteriekapazität, der Geschwindigkeit, der individuellen Fahrweise und von den Wetterbedingungen ab. Daher kann die tatsächliche Reichweite im Praxisbetrieb durch die individuellen Faktoren wie Strecke und Fahrweise sowie die jeweils vorliegende Außentemperatur deutlich von den durchschnittlichen Herstellerangaben abweichen, wie dies auch bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor der Fall ist. Die Reichweite nach dem international genormten Testverfahren WLTP befindet sich je nach Fahrzeugtyp meist im Bereich von 100 km (Mitsubishi i-MiEV aus dem Jahr 2009) bis zu 780 km (Mercedes-Benz EQS aus dem Jahr 2022).

Eine Übersicht zu den Reichweiten vieler Modelle findet man unter Elektroautos in Großserienproduktion.

Generatorenanhänger als Idee von AC Propulsion zur Lösung des Reichweitenproblems an den Tagen, an denen die Batteriereichweite zu gering ist: Genset trailer

Integrierte Solarzellen beim Lightyear 0 vergrößern die Reichweite.

Grundsätzlich gilt, dass die Batteriekapazität von Elektroautos für den Großteil aller Fahrten groß genug ist und nur wenige Fahrten wie zum Beispiel die Fahrt in den Urlaub etwa die Nutzung von Schnellladestationen, Akkutausch oder die Nutzung von Carsharing-Angeboten erforderlich machen. So kam eine 2016 erschienene Studie zu dem Ergebnis, dass die Reichweite aktuell üblicher Elektroautos wie dem Ford Focus Electric oder dem Nissan Leaf für 87 % aller Fahrten ausreichend ist.[85] Allerdings sind die Reichweiten stark schwankend, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des E-Fahrzeuges, Außentemperatur, besonders die Nutzung von Heizung und Klimaanlage führen zu einer bedeutenden Senkung der Aktionsradien.[86][87]

Um die Reichweiten trotzdem weiter zu steigern, werden mitunter Zusatzgeräte zur Erzeugung von elektrischem Strom im bzw. am Fahrzeug, sogenannte „Reichweitenverlängerer“ bzw. Range Extender, eingesetzt.

• Hybridbetrieb: Im einfachsten Fall wird dabei ein kraftstoffbetriebenes Stromerzeugungsaggregat im Fahrzeug mitgeführt. Mit diesem Prinzip arbeitet auch der serielle Hybridantrieb, jedoch mit fest installiertem und in die Steuertechnik integriertem Stromerzeuger. Wenn der Akkumulator auch direkt am Stromnetz aufgeladen werden kann, wird diese Fahrzeuggattung als Plug-in-Hybrid bezeichnet. Sie wird als Übergangsform zwischen verbrennungsmotorgetriebenem und Elektrofahrzeug gesehen. Die Kombination von Elektroantrieb mit Akkumulator und Verbrennungsmotor mit Generator erlaubt eine große, von Aufladepunkten unabhängige Reichweite. Bei der Betriebsweise mit Kraftstoff kommen jedoch die der Elektromobilität zugrunde liegende Konzepte nicht zum Tragen. Lösungsansätze, um den Verbrennungsmotor nur bei Bedarf mitzuführen, gab es zum Beispiel von Mindset oder AC Propulsion. Sie setzten beide auf Generatoren, die bei Bedarf in oder an das Elektroauto angebaut wurden, konnten sich jedoch nicht durchsetzen. Ein anderes Beispiel ist der BMW i3 mit werksseitig angebotener Zusatzausstattung „Rex“, wobei dort der Akku nicht gezielt aufgeladen, sondern nur erhalten wird und somit die Charakteristik des Elektroautos gewahrt werden soll.
• Brennstoffzelle: Als Alternative zu Benzin- oder Dieselgeneratoren werden auch Brennstoffzellen gesehen. Bei ihrem Einsatz wird zusätzliche Energie in Form von Wasserstoff oder niedermolekularen Alkoholen (Methanol, Ethanol) oder Ammoniak mitgeführt und im Fahrzeug in Elektrizität umgewandelt. Dem Einsatz dieser Technik stehen gegenwärtig aber die Nachteile der Brennstoffzelle wie geringe Lebensdauer, hohe Kosten, fehlendes Tankstellennetzwerk und geringer Wirkungsgrad bei der Kraftstoffherstellung und Wandlung im Fahrzeug entgegen (siehe auch Brennstoffzellenfahrzeug).
• Solarzellen: Besonders bei Niedrigenergiefahrzeugen kann auch über in das Fahrzeug integrierte Solarzellen (VIPV, von englisch vehicle-integrated photovoltaics ‚fahrzeugintegrierte Photovoltaik‘) die Reichweite vergrößert werden. Die Fahrzeuge Sono Sion und Lightyear 0 warben mit zusätzlicher Reichweite, bevor die Projekte eingestellt wurden. Nach Berechnungen des Fraunhofer Instituts für solare Energiesysteme (ISE) könnten Elektrofahrzeuge mit einem mit Solarzellen belegten Dach unter guten Bedingungen (durchschnittlicher Solarertrag in Freiburg, keine Abschattung, 100 % Wandlerwirkungsgrad) zwischen ca. 1900 und 3400 km zusätzliche Reichweite pro Jahr generieren.[88] VIPV wird wegen des oft geringen Beitrags der Solarzellen zur Reichweite sowie des hohen Aufwands zur Fertigung und Integration bisher nur in wenigen Serienfahrzeugen angeboten (z. B. Hyundai Ioniq 5).
• Tretantrieb: Ein zusätzlicher Pedalantrieb bei Leichtfahrzeugen kann einen reinen Elektroantrieb ebenfalls unterstützen, dies wurde beispielsweise beim Twike umgesetzt.

Elektroantriebe geben wegen ihres hohen Wirkungsgrades im Betrieb nur wenig und im Stand gar keine Verlustwärme an die Umgebung ab. Um das Auto bei geringen Außentemperaturen beheizen oder die Scheiben entfrosten zu können, sind daher Heizungen notwendig. Durch den geringen Energieverbrauch des Antriebs fallen zusätzliche Energieverbraucher jedoch sehr viel stärker ins Gewicht und beanspruchen einen Teil der im Akku gespeicherten Energie, was sich speziell im Winter gemeinsam mit weiteren jahreszeitlich bedingten Effekten stark auf die Reichweite auswirkt. Eine einfache, aber sehr energieintensive Form sind elektrische Heizregister, die in die Lüftung eingebaut werden können. Mittlerweile werden daher teilweise die energieeffizienteren Wärmepumpen[89] eingesetzt. Sie lassen sich im Sommer auch als Klimaanlage zur Kühlung nutzen. Sitzheizungen und beheizte Scheiben bringen die Wärme direkt an die zu wärmenden Stellen und reduzieren so ebenfalls den Heizwärmebedarf für den Innenraum. Elektroautos verbringen die Standzeiten oft an Ladestationen. Dort kann das Fahrzeug vor Fahrtbeginn vortemperiert werden, ohne den Akku zu belasten, wie bei einer elektrischen Standheizung. Unterwegs wird dann deutlich weniger Energie für das Heizen oder Kühlen benötigt. Mittlerweile werden auch Smartphone-Apps angeboten, mit denen sich die Heizung fernsteuern lässt.

Elektroautos gelten in Bezug auf den Insassenschutz als mindestens so sicher wie Verbrennerfahrzeuge – abhängig vom jeweiligen Modell. In Crashtests erzielten sie bisher (2021) sowohl nach Euro NCAP als auch US NCAP häufig Bestnoten.[90][91] Beispielsweise erhielt 2022 das Tesla Model Y die bisher höchste vergebene Gesamtwertung vom Euro NCAP,[92] wohingegen 2021 die Renault Zoe beim Euro NCAP keinen Stern bekam.[93]

Konstruktive Maßnahmen zum Schutz von Fußgängern, Radfahrern und anderen Verkehrsteilnehmern lassen sich mit einem Elektroauto ebenso gut realisieren wie mit anderen Autos. Ein zusätzliches Gefährdungspotenzial kann sich jedoch durch die aufgrund der Batterie höhere Fahrzeugmasse und damit kinetische Energie ergeben, die bei einem Aufprall auf den Unfallgegner wirkt.

Statistische Daten lassen darauf schließen, dass E-Autos deutlich seltener brennen als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.[94] Einzelfälle brennender Elektroautos erzielen derzeit hohe mediale Aufmerksamkeit, sind jedoch angesichts von insgesamt jährlich ca. 15.000 Fahrzeugbränden allein in Deutschland[95] kein Hinweis auf eine besondere Brandgefahr.[96] Auch das Laden der Fahrzeuge in Parkhäusern und Tiefgaragen stellt bei sachgemäßer Elektroinstallation keinen zusätzlichen Risikofaktor dar.[96][97][98] Es ist jedoch angesichts des überwiegend noch jungen Fahrzeugbestandes unklar, ob Brandfälle bei Elektroautos mit zunehmendem Fahrzeugalter häufiger werden, wie es bei Verbrennern der Fall ist.[98] Bisherige Untersuchungen lassen jedoch vermuten, dass die Wahrscheinlichkeit einer Selbstentzündung des Akkus mit der Zeit signifikant abnimmt.[99]

Die Brandlast eines brennenden Autos wird vor allem vom Interieur bestimmt und ist bei einem Batteriefahrzeug ähnlich hoch wie bei einem Verbrennerfahrzeug.[96][100][101]

Vorführung der Bergung eines Elektroautos in einem Quarantänesystem

Allerdings stellt der Umgang mit brennenden Elektroautos Pannendienste und Feuerwehren vor neue Herausforderungen. Wissenschaft und Unfallversicherer haben Pläne entwickelt, mit diesen Herausforderungen umzugehen.[102][103]

• Sofern es zu einem Batteriebrand kommt, wird wesentlich mehr Löschwasser benötigt.[104][105][103]
• Ein Lithium-Ionen-Akkumulator – welcher z. B. bei einem Unfall beschädigt wurde – kann eine schleichende chemische Reaktion in Gang setzen, durch die ein Batteriebrand eventuell erst mit Verzögerung ausbrechen kann.[106][96] Das zum Schutz davor gelegentlich propagierte und auch bereits in Einzelfällen durchgeführte Eintauchen des Fahrzeugunterbodens oder des ganzen Fahrzeugs in ein Container-Wasserbad wird von den deutschen Feuerwehren und der DGUV nicht oder nur in gut begründeten Ausnahmefällen empfohlen.[96][103][107] Stattdessen sollte das Fahrzeug für einige Tage an einem ungefährlichen Platz abgestellt werden. Von einigen Feuerwehren und Abschleppdiensten wurden feuersichere Container für den Abtransport angeschafft.[108] Alternativ werden spezielle Löschdecken oder Kühlsäcke (Quarantänesystem) angeboten, die an der Einsatzstelle für eine Brandeindämmung sorgen und so die notwendige Löschwassermenge stark reduzieren können.[109][110][111][112] Auch extra für brennende Elektroautos entwickelte Löschlanzen sollen die Effizienz beim Löschen von Elektroautos erhöhen.[111]
• Wenn Löschwasser und Kühlwasser mit dem Batterieinneren in Kontakt treten, werden diese besonders stark belastet und bedürfen einer speziellen Aufbereitung, bevor diese in die Kanalisation gelangen.[113]
• Es besteht für Rettungskräfte die Gefahr von Stromschlägen durch den Kontakt mit Hochvoltkomponenten, die aber von der DGUV als „konstruktionsbedingt unwahrscheinlich“ angesehen wird.[103] Als Lösung wurden zum Beispiel in Baden-Württemberg spezielle Hochspannungs-Schutzhandschuhe für Einsatzkräfte beschafft.[114]
• Wie bei allen Fahrzeugbränden besteht auch bei Elektroautos eine Gesundheitsgefahr durch austretende Atemgifte.[96][103] Ob diese Atemgifte bei Elektroautos eine höhere Toxizität aufweisen, ist noch nicht erforscht.[96] Generell sind bei allen Fahrzeugbränden unabhängig von der Antriebsart Atemschutzgeräte empfohlen oder vorgeschrieben.

Einige typische Herausforderungen beim Brand von Verbrennerfahrzeugen fallen hingegen bei Elektroautos geringer aus oder entfallen ganz:[115]

• So kommt es bei Bränden von Batterien in Elektroautos zu vergleichsweise geringer Rauchbildung.
• Die Brandtemperaturen und die Wärmestrahlung sind geringer.[100][101]
• Die Gefahr einer Brandausbreitung durch brennend wegfließende Betriebsstoffe entfällt.[98]

Einige Umrüster bieten den Umbau von Verbrennungsmotorantrieben zu Elektroantrieben an. Häufig wird nur der Verbrennungsmotor gegen einen Elektromotor getauscht und das Schaltgetriebe im Fahrzeug belassen. Dies ist weniger technisch unbedingt notwendig, sondern hat zumeist zulassungsrechtliche Gründe. Wird das Getriebe ebenfalls getauscht, so muss das gesamte Fahrzeug neu zugelassen werden, was erheblichen Aufwand nach sich zieht und für geringe Stückzahlen nicht wirtschaftlich ist. In Deutschland beschäftigen sich beispielsweise Citysax und die German E-Cars mit Umrüstungen oder der Nutzung von Serienfahrzeugen als Basismodell. Ebenso existiert eine Open-Hardware- beziehungsweise DIY-Community zur anteiligen Umrüstung als Hobby.[116][117]

Angesichts der vorangehend angedeuteten konstruktiven Randbedingungen ist die Umrüstung eines herkömmlichen Automobils zum Elektroauto jedoch im Hinblick Wirtschaftlichkeit (Umbaukosten) nur bedingt abhängig von weiteren Umständen (Ladeinfrastruktur, Fahrzeugverfügbarkeit etc.) sinnvoll. Die Nutzung von Gebrauchtfahrzeugen kann die Kosten deutlich senken.

Durch einheitliche Vorschriften soll die internationale Wettbewerbsfähigkeit und damit auch die Wirtschaftlichkeit und Verbreitung von Elektrofahrzeugen erhöht werden. Die EU, die USA und Japan haben daher ihre Pläne für eine internationale Übereinkunft am 17. November 2011 in Brüssel vorgestellt und wollen nun auch andere Länder für das Projekt gewinnen. Konkret sollen zwei informelle Arbeitsgruppen für Elektrofahrzeuge im Rahmen des Übereinkommens über globale technische Regelungen von 1998 eingerichtet werden, die sich jeweils mit Sicherheits- und Umweltaspekten der Fahrzeuge befassen und internationale Regelungsansätze austauschen und ausarbeiten sollen.[118][119]

Die deutsche Nationale Plattform Elektromobilität hat eine umfangreiche Roadmap für die anstehenden Normierungen im Elektrofahrzeugbereich ausgearbeitet.[120]

Smart lädt an einer Wechselstrom-Ladesäule

VW ID.3 lädt an einer Gleichstrom-Schnellladesäule

Das Laden der Antriebsbatterie erfolgt bei europäischen Elektroautos typischerweise über den Typ-2-Stecker bzw. beim Schnellladen per Gleichstromladen über den CCS-Stecker.

• Der Typ-2-Stecker („Mennekes“-Stecker) wird in Europa bei Wandladestationen und öffentlichen Wechselstrom-Ladestation genutzt und unterstützt das Laden von bis zu 43 kW.[121] Viele Elektroautomodelle unterstützten die Ladung per Wechselstrom aber nur mit 7,4 kW, 11 kW bzw. 22 kW.[122] Der Typ-2-Stecker passt in die CCS-Buchse von europäischen Autos.
• Der CCS-Stecker (Combo 2) erweitert den Typ-2-Stecker um zwei große leistungsfähige Steckkontakte für Gleichstrom. Es wird an Schnellladestationen genutzt und ermöglicht eine derzeit Ladeleistung von bis zu 350 kW (Stand März 2023).[123][124]

Alternativ sind weitere Möglichkeiten gebräuchlich:[125]

• An 230-Volt-Steckdosen kann mithilfe einer In-Kabel-Kontrollbox (ICCB) geladen werden. Eine Schuko-Haushaltssteckdose mit einer Absicherung von 10 A erlaubt die Übertragung von etwa 2,3 kW, was zu einer relativ langen Ladezeit führt. Der einphasige blaue CEE-Cara „Campingstecker“ ist dauerhaft mit 16 A belastbar, somit kann mit 3,7 kW geladen werden. An einem CEE-Drehstromanschlus kann aufgrund der höheren Stromstärke (z. B. 32 Ampere) und bis zu drei Phasen deutlich schneller geladen werden, sofern es vom Ladegerät im Fahrzeug (Onboard-Lader) unterstützt wird. Bei einer Absicherung von 16 A und einem Dreiphasenlader kann etwa 11 kW übertragen werden, bei 32 A etwa 22 kW.
• Der CHAdeMO-Stecker ermöglicht die Gleichstromladung je nach Version mit bis zu 500 kW und wird vor allem von japanischen Automobilherstellern genutzt. Auch in Europa wurden öffentliche Ladestationen mit CHAdeMO-Stecker errichtet.
• Der Typ-1-Stecker ermöglicht eine einphasige Wechselstromladung mit bis zu 7,4 kW (230 V, 32 A). Er wird vor allem in Automodellen aus dem asiatischen Raum verwendet und ist in Europa eher unüblich.
• Die Schnellladestationen des Fahrzeughersteller Tesla („Supercharger“) nutzen in Nordamerika den Stecker des NACS-Standards. In Europa wird seit 2018 der CCS-Stecker genutzt.

Tesla Model 3 lädt am Tesla Supercharger

Die Ladeleistung hängt zum einen von der maximalen Ladeleistung der Ladestation ab, zum anderen von der Ladefähigkeit des Fahrzeugs. Beim Wechselstrom-Laden (Normalladen) hängt die maximale Ladeleistung des Fahrzeugs von der verbauten Ladetechnik ab. Beim Gleichstrom-Laden (Schnellladen) wird sie außerdem durch den Ladestand und die Temperatur der Antriebsbatterie beeinflusst.[126]

An aktuellen Schnellladestationen und mit einem typischen Verbrauch des Elektroautos von 15 bis 20 kWh/100 km kann man in etwa 5 Minuten 100 km Reichweite nachladen (Stand 2019).[127][128]

Öffentliche Ladestationen mit Typ-2-Anschluss bieten typischerweise eine Ladeleistung von 22 kW.[124] Damit lädt man 100 km Reichweite in einer Stunde.

Ladestationen für daheim laden typischerweise mit etwa 11 kW Leistung, was in etwa der Leistung eines Herdanschlusses entspricht. Damit lädt man 100 km Reichweite in etwa 2 Stunden.

Grundsätzlich ist das Aufladen auch an einer Haushaltssteckdose möglich. Diese sind überall verfügbar, dafür sind jedoch nur Ladeleistungen von 3,5 kW möglich, womit binnen 7-10 Stunden Ladedauer etwa 150 bis 200 km Reichweite erzielt werden können.[129]

Triple-Charger-Ladesäule mit CCS-, Typ-2- und CHAdeMO-Stecker

In Städten und Gemeinden findet man meist langsamere Ladestationen mit Typ-2-Anschluss (11 kW oder 22 kW Ladeleistung). Entlang der Autobahnen und vielbefahrenen Straßen gibt es Schnellladestationen. Anfänglich (ab 2013) wurden sogenannte Triple Charger (CHAdeMo, CCS, Typ 2) mit meist 50 kW Ladeleistung aufgebaut.[130] Aktuelle Schnellladestationen in Europa verfügen nur noch über den CCS-Anschluss und bieten Ladeleistungen bis zu 350 kW.

In Deutschland gibt es 67.288 Normalladepunkte und 13.253 Schnellladepunkte, die bei der Bundesnetzagentur als „öffentlich zugänglich“ angemeldet sind (Stand Januar 2023).[131] Hinzu kommen die Supercharger des Unternehmens Tesla, Inc., die anfänglich nur für eigene Autos zur Verfügung standen und seit November 2021 Stück für Stück für Fremdmarken geöffnet werden.[132] Private Ladepunkte in Garagen und auf Grundstücken sind in diesen Zahlen nicht enthalten. Das Netz von öffentlichen Ladestationen wird derzeit stark ausgebaut (Stand 2023).[133]

Viele Arbeitgeber, Restaurants, Parkhausbetreiber, Einkaufszentren, Einzelhändler usw. bieten Lademöglichkeiten an, die entweder kostenloses Laden ermöglichen oder ein standardisiertes Bezahlverfahren nutzen.[134]

Verschiedene Websites wie z. B. GoingElectric[135] oder LEMnet[136] oder Chargemap[137] bieten bei der Ladepunktsuche und Routenplanung Hilfestellung. Auch in den Navigationssystemen vieler Elektroautos sind die Ladestationen verzeichnet.

Batteriewechselstation von Nio in China

Als mögliche Lösung für die langen Ladezeiten werden von wenigen Unternehmen Wechselakkusysteme propagiert. Dabei wird die entladene Antriebsbatterie eines Fahrzeuges an festen Stationen innerhalb weniger Minuten automatisiert gegen einen aufgeladenen Akku getauscht. Dieses Verfahren setzt standardisierte Bauformen, Anschlüsse und eine entsprechend genormte Aufnahme an den Fahrzeugen voraus. Außerdem gehören die Akkus nicht dem Fahrzeugbesitzer, sondern werden gemietet.

Das US-amerikanische Unternehmen Better Place versuchte ab 2007 ein Netz von Batteriewechselstationen aufbauen, ging aber 2013 insolvent.

Der chinesische Elektroautohersteller Nio begann 2018, ein Netz von Batteriewechselstationen in China aufzubauen.[138] Das Netz umfasste im Dezember 2022 1.294 Stationen.[139] In Europa bestanden im Dezember 2022 zehn solcher Stationen: je drei in Norwegen und den Niederlanden und je zwei in Schweden und Deutschland.[139]

Busladestation in Hamburg

Induktive Ladestation für E-Taxen in Köln

Ein berührungsloses (ohne offene Kontakte), jedoch kabelgebundenes induktives Ladesteckersystem war bereits in den 1990er Jahren beim General Motors EV1 realisiert worden.

Eine Vision ist, das Ladesystem für Elektroautos in die Fahrbahn einzubauen. Während der Fahrt oder beim Parken kann dann mittels Induktion Energie berührungslos übertragen werden. Diese Systeme werden bisher nur im geschlossenen industriellen Bereich[140] und bei Buslinien realisiert. Das induktive Aufladen an Haltestellen wird beispielsweise seit 2002 in Genua und Turin praktiziert[141][142] und seit März 2014 bei Braunschweiger Verkehrsbetrieben an einer Batteriebuslinie mit Fahrzeugen von Solaris in der Praxis erprobt.[143] Die Stadt Köln fördert seit April 2021 die Anschaffung von 4 Elektrotaxis und unterstützt dazu das TALAKO-Konzept der Uni Duisburg.[144]

Die Technologie bietet Vorteile wie den Schutz gegen Vandalismus und Witterungseinflüsse durch die Abwesenheit externer Ladeinfrastruktur. Jedoch sind mit dem induktiven Laden auch Herausforderungen verbunden, darunter Energieverluste zwischen 10 % und 20 %[145], die durch den Abstand zwischen den Spulen und deren Qualität beeinflusst werden. Eine weitere Herausforderung stellt die Rückeinspeisung von Energie ins Stromnetz dar, die bei induktiven Systemen komplexer und mit höheren Kosten verbunden ist als bei kabelgebundenen Ladesystemen.

Bei Versuchen mit Kondensatorspeichern in Shanghai wurden kurze Oberleitungsstücke an den Haltestellen installiert, die vom Bus mit ausfahrbaren Bügeln erreicht werden. Ein ganz ähnliches Prinzip gab es in den 1950ern bereits mit den Gyrobussen, jedoch wurde dort die Energie in Schwungrädern gespeichert. Gerade beim ÖPNV mit festen Haltestellen bietet dieses Verfahren der kurzen Zwischenladungen gut planbar die Möglichkeit, die notwendige Akkukapazität und damit die Fahrzeugkosten deutlich zu verringern, ohne die Autonomie der Fahrzeuge zu stark zu beschränken.

In neuerer Zeit gibt es Vorschläge, Oberleitungssysteme (wie bei den aus dem städtischen Personennahverkehr bekannten Oberleitungsbussen) z. B. für Lastkraftwagen auf den Lastspuren auf Autobahnen einzusetzen.[146]

CO₂-Emissionen entstehen beim Elektroauto nicht im Auto selbst, sondern bei der Stromerzeugung sowie bei der Herstellung des Fahrzeugs und insbesondere des Akkus. Die Umweltbilanz von Automobilen wird oft nur auf den direkten Energie- bzw. Kraftstoffverbrauch (Tank-to-Wheel = vom Tank zum Rad) und Emissionen von Schadstoffen oder klimaschädigenden Gasen bezogen. Weiter greift eine Well-to-Wheel-Analyse (von der Quelle zum Rad), die auch Wirkungsgrade und Emissionen für die Bereitstellung der Energie enthält. Umfassendere Vergleiche setzen auf eine Lebenszyklusanalyse (life cycle assessment, „LCA“). Teil dieser Bilanz sind u. a. auch der Herstellungs- und Entsorgungsaufwand für das Fahrzeug, die Bereitstellung der Antriebsenergie und Lärmemissionen.

Das Umweltbundesamt in Österreich errechnete 2021 für ein mit 100 % Ökostrom geladenes Elektroauto der Kompaktklasse Gesamttreibhausgasemissionen von 80 g pro Kilometer. Darin enthalten sind sowohl die vor- und nachgelagerten (bzw. indirekten) Emissionen bei der Herstellung des Fahrzeugs und des Energieträgers als auch die direkten Emissionen aus dem Fahrbetrieb. Gegenüber rein fossil angetriebenen PKW, bedeutet das eine Reduzierung an Treibhausgasen von 67–79 %. Zum Vergleich benötigt ein ICE bei mittlerer Auslastung und derzeitigem Bahnstrommix Gesamttreibhausgasemissionen von 40 g pro Kilometer und Reisendem.[147][148]

Laut einer Studie der Technischen Universität Eindhoven verursacht ein E-Auto ca. 65 % weniger CO₂ als ein vergleichbares Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Ein Tesla Model 3 hat gegenüber einem Mercedes C 220d seinen durch die Batterieproduktion bedingten CO₂-„Rucksack“ bereits nach 30.000 km egalisiert.[149]

Nach einer 2019 erstellten und 2020 aktualisierten Studie des IFEU erzeugt ein 2020 in Verkehr gebrachtes Elektroauto mit 48 kWh Akkukapazität gegenüber einem Benziner nach 12 Jahren und 150.000 km etwa 30 Prozent weniger Klimagase über die gesamte Lebensdauer inklusive Herstellung. Gegenüber einem vergleichbaren Diesel sind es etwa 23 Prozent weniger.

Elektroautos inkl. Batterie schneiden bei einer Betrachtung des gesamten Produktlebenszyklus sowohl beim Energieverbrauch als auch beim Treibhausgasausstoß besser ab als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.[150] Nur wenn ausschließlich Strom aus Kohlekraftwerken zum Betreiben des Elektrofahrzeuges dient und die Batterien in einer technologisch wenig fortschrittlichen Fabrik hergestellt werden, liegt die Treibhausgasbilanz von Elektroautos höher als bei Autos mit Verbrennungsmotor.[151] Bei Nutzung des durchschnittlichen europäischen Strommix stoßen batterieelektrische Fahrzeuge je nach verwendetem Ansatz (vereinfachte Well-to-Wheel-Betrachtung oder vollständige Produktlebenszyklusanalyse) 44 bis 56 % bzw. 31 bis 46 % weniger CO₂ aus als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren.[152] Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Anteil regenerativer Quellen im Strommix in den letzten Jahren zunimmt, wodurch sich diese CO₂-Emissionen mittlerweile weiter vermindert haben. Die Herstellung eines Elektroautos ist energieaufwändiger als die eines Autos mit Verbrennungsmotor. Insgesamt entfallen nach einer Studie von 2010 bei Elektroautos etwa 15 % des gesamten Umwelteinflusses auf die Herstellung der Akkumulatoren.[153]

2020 erschien in der Fachzeitschrift Nature Sustainability eine Studie, die die CO₂-Bilanz von E-Autos über den gesamten Lebenszyklus (d. h. Herstellung, Betrieb und Recycling) sowohl für das Jahr 2015 als auch die Zukunft analysierte. Die Autoren studierten dabei zunächst die Bilanz im weltweiten Durchschnitt und teilten die Welt schließlich in 59 Regionen auf, die sie dann einzeln analysierten, um regionale Unterschiede zu erkennen. Dabei kamen sie zum Ergebnis, dass bereits im Jahr 2015 die Nutzung eines durchschnittlichen E-Autos verglichen mit einem durchschnittlichen fossil angetriebenen Auto deutlich weniger Kohlendioxid produziert hätte. Demnach waren E-Autos immer dann klimafreundlicher als Verbrenner, wenn Strom getankt wurde, bei dessen Produktion weniger als 1100 g CO₂/kWh anfiel. Mehr als 90 % der Weltstromerzeugung liegen unter diesem Emissionslevel. Insgesamt kamen die Autoren zu dem Ergebnis, dass E-Autos bereits 2015 in 53 der 59 Regionen weltweit mit zusammen 95 % des Straßenverkehrsaufkommens klimafreundlicher als Verbrenner gewesen seien. Im Durchschnitt lagen die Emissionen von E-Autos um 31 % unter denen von Verbrennern. Wenige Ausnahmen seien Länder wie Polen oder Estland, wo die Stromerzeugung vor allem auf der Verbrennung von emissionsintensiven fossilen Brennstoffen wie Ölschiefer oder Kohle beruht. Zudem werde sich der Klimavorteil von E-Autos in der Zukunft mit dem erwarteten Rückgang der Emissionen der Stromerzeugung noch weiter verbessern, sodass zukünftig auch die ineffizientesten E-Autos eine bessere Klimabilanz aufweisen würden als die effizientesten Verbrenner. Insgesamt würde der Umstieg auf E-Autos in den meisten Regionen weltweit fast sicher die Treibhausgasemissionen reduzieren, sogar unter der Annahme, dass diese Elektrifizierung des Verkehrs nicht gleichzeitig von einer Dekarbonisierung der Stromerzeugung begleitet würde.[154][155]

Mercedes-Benz vergleicht in seiner 2014 veröffentlichten „Life cycle“-Umweltzertifikatsdokumentation[156] sehr umfangreich die B-Klasse in Elektro- und Verbrennungsmotorausführung über den gesamten Lebenszyklus. Demnach verursacht die B-Klasse mit Elektroantrieb 27 % weniger CO₂ als die Benzin-Variante (Annahme: damaliger EU-Strommix). Auch das deutsche Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg (IFEU) untersuchte die Klimabilanz von Elektrofahrzeugen im UMBReLA-Projekt (Umweltbilanzen Elektromobilität).[157]

Volkswagen vergleicht in einer Studie die CO₂-Bilanz des Golf mit Benzin-, Diesel-, Erdgas- und Elektroantrieb unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus (u. a. 200.000km, Primärenergiefaktoren, Deutscher Strommix, Herstellung Auto & Akku).[158] Dabei kommt der E-Golf auf 120 g/km, der Diesel auf 140 g/km (Erdgasantrieb: 151 g/km; Benzin: 173 g/km). Durch die voranschreitende Energiewende in Deutschland extrapoliert die Studie für 2030 eine CO₂-Bilanz von 95 g/km für das Elektrofahrzeug und 114 g/km für den Diesel, womit der Golf Diesel 20 % mehr CO₂ verursacht als der vergleichbare E-Golf. Unberücksichtigt bleibt in der Studie jedoch aufgrund fehlender belastbarer Daten ein mögliches „second life“ der Batterie bzw. ggf. des Recyclings jener.

Elektrofahrzeuge verlagern je nach Primärenergieeinsatz Emissionen für ihren Betrieb vom Fahrzeug weg zu den Orten, an denen der Strom für ihren Betrieb produziert wird. Diese lassen sich reduzieren, wenn emissionsfreie Primärenergien beispielsweise aus Erneuerbaren Energien eingesetzt werden. Bei Verbrennungsmotoren fallen nach einer Shell-Studie 15–20 % der CO₂-Emission im Bereich Herstellung und Bereitstellung von Kraftstoffen an.[159]

Die überwiegende Zahl der Publikationen setzt für die Emissionen der Stromerzeugung den „Durchschnittsstrom“ an, der das Verhältnis wiedergibt, in welchem Maße die verschiedenen Energieträger in der betrachteten Region und dem betrachteten Zeitraum zur Stromerzeugung beitragen. Diese Werte sind in der Regel leicht verfügbar und einfach zu berechnen und gelten als Standard in der Ökobilanzierung.[160]

Ein Teil der Wissenschaft hält diese Berechnung für falsch. Es wird gefordert, den Strom für Elektroautos mit einem „Grenzstrommix“ zu bewerten, der jeweils die Energiequellen repräsentiert, die notwendig sind, um den für ein betrachtetes E-Auto benötigten Strom zusätzlich zum für andere Anwendungen benötigten Strom zu erzeugen.[161] Diese Energiequellen sind jedoch nicht exakt bestimmbar und es gibt unterschiedliche Annahmen, aus welchem Strommix dieser Grenzstrom besteht. In einem Extremfall wurde angenommen, dass der Grenzstrommix bis zum vollständigen Abschluss der Energiewende praktisch nur aus dem jeweils umweltfeindlichsten Strom einer Region bestehe, da der durch Elektroautos erhöhte Strombedarf die Verdrängung dieser Energiequellen durch umweltfreundlichere Energiequellen verhindere oder verzögere.[162][163] Zum Teil wird daraus sogar der Schluss gezogen, dass heute hergestellte Elektroautos während ihrer Lebensdauer niemals den Break-even-Point erreichen und daher dauerhaft umweltschädlicher als Verbrennerfahrzeuge seien.

Andere Wissenschaftler widersprechen dieser Argumentation:[160]

• Der EU-Emissionshandel lasse keine Ausweitung der Verstromung von fossilen Energieträgern zu, ohne dass die Industrie zusätzliche Einsparungen im gleichen Umfang erziele.[162] Der Kohleausstieg sei in Deutschland politisch beschlossen und würde durch mehr Elektroautos nicht verzögert, sondern diese erhöhten nur den Druck und die finanziellen Anreize zum beschleunigten Ausbau erneuerbarer Energien.[163]
• Man könne aus demselben Grund auch nicht mit Dekarbonisierung von Verkehr und Wärmeerzeugung bis zum Abschluss der Energiewende warten; ohne einen Hochlauf der Stromnachfrage entstehe ein Henne-Ei-Problem. Die Dekarbonisierung muss daher zeitgleich mit der Umstellung der Energiequellen vorangetrieben werden.[160]
• Die Annahme, dass zusätzlicher Strombedarf nur mit der jeweils umweltfeindlichsten Technologie (zzt. Braunkohle) gedeckt würde, entspreche nicht der Realität. Wann welche klimaschädlichen Energiequellen reduziert werden, messe sich auch an Kriterien wie Wirtschaftlichkeit, politischer Willensbildung und Versorgungssicherheit.
• Zudem können Elektroautos durch ihre Stromspeicher und die gesteuerte, insbesondere auch bidirektionale, Beladung dazu dienen, die stark schwankend produzierten Energiequellen Photovoltaik und Windkraft besser auszunutzen. Dies sei mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien unverzichtbar, um fossile Energieträger zu verdrängen.[163][164] Bereits heute gibt es regelmäßig Zeiten, in dem mehr Strom aus Erneuerbaren Energien (EE) zur Verfügung steht, als benötigt wird, so dass EE-Anlagen abgeschaltet werden müssen und fossile Kraftwerke nur noch ihre technische Minimalleistung bereitstellen. Diese Zeiten werden mit weiterem EE-Ausbau erheblich zunehmen und erlauben dann eine auch nach Grenzstromansätzen klimaneutrale Beladung von Autos. Durch die bereits begonnene Einführung dynamischer Stromtarife werden finanzielle Anreize geschaffen, das Auto bevorzugt dann zu laden, wenn dies nicht oder nur sehr wenig zu zusätzlichen Emissionen von fossilen Kraftwerken führt.
• Ein überproportional hoher Anteil der Elektrofahrzeuge würde zudem mit einer eigenen Photovoltaikanlage beladen und die Elektromobilität schaffe bei Verbrauchern zusätzliche Anreize zur Errichtung einer solchen Anlage.[163]
• Des Weiteren müsste man bei einer Grenzbetrachtung für die Stromerzeugung dann auch auf Verbrennerseite die Ölproduktion für fossile Kraftstoffe mit den jeweils klimafeindlichsten Verfahren bewerten. So führe Öl aus Fracking beispielsweise zu erheblich höheren Treibhausgasemissionen je Lister als im Durchschnitt.[163] Dies gelte auch für die teils als klimafreundliche Alternative vorgeschlagene Erzeugung von Wasserstoff und E-Fuels.
• Die Grenzstromemissionen ließen sich auch nicht klar einem Verursacher zuordnen. Es sei willkürlich, diese nur der Elektromobilität zuzuordnen und nicht zum Beispiel der Erdölindustrie. Man könne im Prinzip für jeden Stromverbraucher mit nicht-elektrischen Alternativen (zum Beispiel Gasherde statt E-Herde, fossile Heizungen statt Wärmepumpen) so argumentieren und ihm den Grenzstrom zuordnen.[165] Dies erzwinge, eine Rangfolge der Stromnutzungen zu erstellen und diese wissenschaftlich zu begründen; keine wissenschaftliche Publikation habe dies je gewagt.[166][164]

Bei der Herstellung der Akkumulatoren entsteht Kohlenstoffdioxid. Studien in der peer-reviewten Literatur kommen dabei auf Werte von etwa 70 kg bis 75 kg CO₂ pro kWh Akkukapazität.[167][168][169] Eine Studie für das schwedische Umweltministerium[77] aus dem Jahr 2017 nannte hingegen Werte von 150 bis 200 Kilogramm Kohlendioxid pro kWh Akkukapazität. Electrify-BW kritisiert die Darstellung der schwedischen Studie aufgrund fehlender Grundannahmen.[170] Die Studie und ihre Ergebnisse wurden vielfach aufgegriffen, obwohl ihre Datenbasis bereits bei Publikation veraltet war.[171] Unter anderem schrieben manche Medien E-Autos pauschal einen sehr großen CO₂-Rucksack zu,[172][173] worauf die Autoren in einer extra dafür herausgegebenen Pressemitteilung erklärten, dass die Medien die Studie vielfach falsch zitieren. Die Studie mache nur eine Angabe von 150 bis 200 kg CO₂ pro kWh Akkukapazität, was ein aktueller Durchschnittswert sei. Dieser lasse sich leicht reduzieren, z. B. durch vermehrten Einsatz erneuerbarer Energien bei der Akkuproduktion. Vergleiche mit Autos mit Verbrennungsmotor enthalte die Studie nicht.[174] 2019 erschien ein Update der sog. „Schweden-Studie“, bei dem die Autoren ihre 2017 genannten Werte auf Basis aktuellerer Literatur auf etwa die Hälfte der ursprünglichen Werte nach unten korrigierten. Demnach beträgt der CO₂-Ausstoß bei der Herstellung des am häufigsten verwendeten NMC-Typs etwa 61 bis 106 kg CO₂-Äquivalente.[175]

Nach einer Studie des Instituts für Energie- und Umwelttechnik schlägt sich in der Ökobilanz des Elektrofahrzeugs zu knapp einem Drittel der Materialbedarf für die Batterien nieder.[176]

Das Recycling von ausgedienten Lithium-Ionen-Akkumulatoren benötigt noch viel Energie, was bisher wirtschaftlich unrentabel ist.[177] Schon die Demontage kann durch die vielen unterschiedlichen Batteriesysteme noch nicht automatisiert erfolgen.[178] Gebrauchte Akkumulatoren aus Elektrofahrzeugen, die noch funktionsfähig sind, jedoch nicht mehr ihre volle Leistungsfähigkeit besitzen, sind als Stromspeicher für die Industrie oder Einfamilienhäuser mit Photovoltaikanlagen nutzbar.[179] Beispielsweise werden gebrauchte Akkus aus BMW i3 im Fährterminal des Hamburger Hafens als Großspeicher mit einer Kapazität von zwei Megawatt zum Ausgleich von Schwankungen bzw. Bedarfsspitzen im Stromnetz von Hamburg eingesetzt.[180] Die Produktionsverfahren der Automobilhersteller mit ihrem Kostensenkungspotential können so auch andere Bereiche der Energiewirtschaft beeinflussen.

In einer Studie für die Europäische Umweltagentur aus dem Jahr 2016 geben das Öko-Institut und das Forschungsunternehmen Transport & Mobility Leuven an, dass zur Herstellung eines Elektroautos 70 Prozent mehr Energie verbraucht wird als bei der Herstellung eines konventionellen Fahrzeugs, während der Energiebedarf im Betrieb viel geringer sei.[181]

Beim Recycling der Auto-Akkus gibt es unterschiedliche Ansätze wie das Einschmelzen oder das mechanische Aufbereiten. Bei letzterem Verfahren sei aktuell eine stoffliche Recycling-Quote von über 90 % möglich, wobei dadurch der CO₂-Fußabdruck der Herstellung um bis zu 40 % reduziert werden könne.[182][183] Forscher des Fraunhofer-Instituts arbeiten gemeinsam mit Industriepartnern seit 2016 an einem neuen material- und energieeffizienten Recyclingverfahren, in dessen Zentrum die elektrohydraulische Zerkleinerung mittels Schockwellen steht.[184]

Die Verwertung von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) aus Altfahrzeugen wird innerhalb der Europäischen Union durch die Richtlinien 2000 / 53 / EC und 2006 / 66 / EC geregelt. Erstere befasst sich mit der Verwertung von Fahrzeugen am Ende ihres Lebenszyklus. Für Teile mit erhöhtem Gefährdungspotenzial wie der Batterie eines E-Fahrzeugs sind der Ausbau und eine getrennte Handhabung vorgeschrieben. Diese wird in der Batterierichtlinie 2006 / 66 / EC reglementiert, welche eine erweiterte Herstellerhaftung für Batterieproduzenten vorsieht. Diese müssen für alle Kosten des Sammel-, Aufbereitungs- und Recyclingsystems aufkommen. Fahrzeugbatterien werden darin als Industriebatterien geführt. In Bezug auf das Recyclingverfahren fallen LIB unter die Kategorie „sonstige Batterien“, für die lediglich ein Recyclinganteil von 50 % des durchschnittlichen Gewichts gilt.

Für das Recycling beschädigter E-Auto-Akkus, beispielsweise hervorgerufen durch Verkehrsunfälle, fehlen hingegen noch technisch und rechtlich klare Vorgaben.[185]

In einer Studie des Fraunhofer-Instituts für System und Innovationsforschung (ISI) aus dem Jahre 2020 wird der voraussichtliche Ertrag bei der Demontage auf 210 bis 240 Euro pro Tonne Batterien geschätzt. Die Hälfte des Ertrags entfalle auf Aluminium, ein Viertel auf Stahl und ein weiteres Viertel auf Kupfer. Das eigentliche Zellrecycling sei jedoch deutlich komplexer und es waren hierfür noch keine genauen Zahlen verfügbar. Zusätzlich werde das Problem erschwert durch die unterschiedlichen Bauweisen der Batterien. Ebenso unsicher sei die Umweltbewertung des Recyclingprozesses, lediglich Labordaten sprächen für eine Treibhausgasreduzierung.[186]

Die Anlage des Unternehmens Redux in Bremerhaven kann 10.000 Tonnen pro Jahr sämtlicher Arten von Lithium-Ionen-Batterien verarbeiten.[187][188] Eine weitere große Recyclinganlage ist derzeit die Umicores LIB-Recyclinganlage, die 7.000 Tonnen pro Jahr (2018) behandelt.[189] Ende Januar 2021 nahm Volkswagen im Volkswagenwerk Salzgitter eine Pilotanlage für das Recycling von Hochvolt-Batterien in Betrieb, die 3.600 Batterien (1.500 Tonnen)[190] pro Jahr verarbeiten kann. Aktuell werden Batterien aus Test- und Unfallfahrzeugen verarbeitet;[191] sie soll etwa 2030 hochgefahren werden und ist ausbaubar.[192]

Reine Elektroautos sind emissionsfreie Fahrzeuge. Sie stoßen keine Abgase aus und werden dadurch in der jeweils höchsten CO₂-Effizienzklasse eingeordnet. Diese Bewertung vergleicht die Fahrzeuge nur abhängig vom Gewicht und den Emissionen im laufenden Betrieb.[193] Sie dürfen uneingeschränkt in deutschen Umweltzonen verkehren und erfüllen zum Beispiel auch die „Zero-Emission-Vehicle“-Vorschriften, die in Kalifornien seit 1990 zur Luftreinhaltung gelten.[194]

Der Straßenverkehr ist einer der Hauptverursacher für Feinstaub,[195][196] der zu schweren Atemwegserkrankungen führen kann.[197] Feinstaub entsteht bei der Verbrennung von Benzin und Diesel, aus Abgasen entstehenden sekundären Aerosolen, bei Bremsvorgängen (Bremsstaub), sowie durch Reifenabrieb und die Aufwirbelung des Straßenstaubs.[198] Die Emissionsfreiheit und Energie-Rückgewinnungs-Systeme reduziert die Feinstaubbelastung bei Elektroautos zwar deutlich, der auf Grund des üblicherweise höheren Gewicht der Elektroautos stärkere Reifenabrieb erhöht die Feinstaubbelastung aber wiederum. Eine 2020 veröffentlichte Studie der OECD geht davon aus, dass in Summe die direkten Feinstaubemissionen durch Elektroautos sinkt.[198] Die Partikelfreisetzung durch Reifenabrieb steigt dabei mit höherem Gewicht. In einem Langstreckentest über mehr als 30 000 Kilometer untersuchte Emissions Analytics die Reifen vom Typ Continental Contisport 6 an einer Mercedes C-Klasse. Die durch die Reifen verursachte Partikelmenge lag im Schnitt bei 76 mg/km. Sobald 570 kg mehr ins Auto zugeladen wurde, stieg der Wert sprunghaft auf bis zu 194 mg/km.[199][200] <!- Belege fehlen !>Laut einer Studie der Weltnaturschutzunion ist Reifenabrieb eine der größten Quellen für Mikroplastik in der Umwelt und für ein Viertel des Eintrags in den Weltmeeren verantwortlich, das Fraunhofer-Institut geht sogar von 50 % aus. Insgesamt landen laut Umweltbundesamt (UBA) verkehrsbedingt etwa 133 000 bis 165 000 Tonnen Kunststoff pro Jahr in Deutschland in der Umwelt. Ein Deutscher produziert pro Jahr durchs Autofahren etwa 1500 g Mikroplastik, durch Benutzung von Kunstfaserkleidung sind es 90 g, durch Mikroplastik enthaltende Kosmetik 30 g.

Berechnungen des Umweltbundesamts zeigen, dass – wenn die Herstellung der Fahrzeuge mit in die Berechnung einbezogen wird – das Elektroauto in der Summe mehr Feinstaub emittiert als ein Verbrenner. Feinstaub entsteht bei der Herstellung eines jeden Autos, insbesondere durch die Stahlherstellung. Der Materialeinsatz ist beim Elektroauto höher. Allerdings ist bisher nicht untersucht, inwieweit die Bevölkerung dem Feinstaub bei der Herstellung ausgesetzt ist, denn die Stahlherstellung findet üblicherweise außerhalb von Stadtzentren in geschlossenen Räumen statt.[201][202]

Beim Straßenverkehrslärm lassen sich deutliche Lärmminderungen erreichen. Elektromotoren sind leise, da bei ihnen keine lauten Ansaug- und Auspuffgeräusche entstehen. Weniger Motorenlärm macht sich vor allem bei Omnibussen, Lastkraftwagen und motorbetriebenen Zweirädern bemerkbar. Die bei höheren Geschwindigkeiten dominierenden Reifen-Fahrbahn-Geräusche entsprechen denen üblicher Antriebe. Etwa 50 % der Bevölkerung sind derart durch Verkehrslärm beeinträchtigt, dass gesundheitliche Schäden zu befürchten sind. 15 % sind gefährdet, Herz-Kreislaufprobleme davonzutragen.[197] Da Elektroautos bis etwa 40 km/h vom Lärm anderer Fahrzeuge übertönt werden und daher von Verkehrsteilnehmern wie Kindern, Radfahrern und sehbehinderten Fußgängern schlechter akustisch wahrgenommen werden können, haben Fahrzeughersteller 2012[203][204][205][206] begonnen, serienmäßig Geräte zur geschwindigkeitsabhängigen Abgabe von Warngeräuschen, sogenannte Acoustic Vehicle Alerting Systems (AVAS), einzubauen. Nach Japan und den USA ist auch in der EU der Einbau akustischer Warnsysteme ab dem 1. Juli 2019 gesetzlich für neue Fahrzeugtypen (und ab 1. Juli 2021 für alle Typen) vorgesehen.[207] Hinter dieser Forderung stehen Verbände, die sehbehinderte Menschen vertreten.[208]

Im März 2016 wurde für 50 Länder AVAS vorgeschrieben; bei einem Treffen der UNO-Arbeitsgruppe kamen im September 2016 in Genf Verhandlungspartner überein, dass ein vom Fahrzeuglenker aktivierbarer Pauseschalter für das Warngeräusch zu verbieten ist.[209]

(Eine Betrachtung nur auf die Fahrzeugtechnik bezogen (tank-to-wheel) erfolgt im Abschnitt Verbrauch und Wirkungsgrad.)

Wie beim Energieverbrauch sind genau die Betrachtungsgrenzen zu beachten und die Primärenergiefaktoren einzubeziehen. Diese können je nach Betrachtungsjahr, Ermittlungsverfahren, Stromanbieter, Land und weiteren Faktoren schwanken und ändern sich durch Veränderungen im Strommarkt zum Teil sehr dynamisch. Verschiedene Normen und Institutionen verwenden verschiedene Faktoren und nutzen abweichende Berechnungsverfahren. Der Umbau der Infrastruktur bringt ebenfalls CO₂-Emissionen mit sich, doch kann die Nutzung von Elektroautos den Treibhauseffekt reduzieren.[210]

Neuere externe Untersuchungen kommen zu dem Schluss, dass sich die Herkunft des Stroms, mit dem die Batterien geladen werden, zu mehr als zwei Dritteln in der Ökorechnung niederschlägt.[176]

Als Basisangabe wird der Energiebedarf in kWh/100 km verwendet, der in einem genormten Fahrzyklus ermittelt wird (in Europa der NEFZ). Er bildet den Energieverbrauch zwischen Steckdose und Rad (Tank-to-Wheel) ab. Um den Wirkungsgrad des Gesamtsystems „Auto“ (Well-to-Wheel) zu ermitteln, müssen auch die vorgelagerten Verluste bei Stromerzeugung, -wandlung und -übertragung betrachtet werden. Die Wirkungsgrade der traditionellen Stromkraftwerke sind in Bezug auf den Primärenergieeinsatz stark verschieden. Sie liegen je nach Kraftwerkstyp zwischen 35 % (Braunkohlekraftwerk) und 60 % (GuD-Kraftwerk). Außerdem zu berücksichtigen sind Transformations- und Leitungsverluste im Stromnetz. Daher liegt der Primärenergieverbrauch eines Elektroautos beim Laden am öffentlichen Stromnetz (Strommix) höher als der Stromverbrauch „ab Steckdose“. Diese Gesamtbetrachtung wird in einem Primärenergiefaktor ausgedrückt, der mit dem reinen Fahrzeugverbrauch multipliziert wird. Die Ermittlung dieses Faktors kann durch verschiedene Betrachtungsgrenzen, Zeiträume, Berechnungsgrundlagen und dynamische Entwicklungen im Energiemarkt sehr unterschiedlich ausfallen, was beim Vergleich verschiedener Systeme relevant wird.

Seit 2016 wird für die Stromerzeugung in Deutschland gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV) ein Primärenergiefaktor von 1,8 angesetzt.[211] Davor war seit 2009 der Faktor 2,6[212] gültig, der zum 1. Mai 2014 bereits auf 2,4 gesenkt worden war. Durch den Umbau der Stromversorgung im Zuge der Energiewende ändert sich der Primärenergieeinsatz weiterhin. Bei lokalen Betrachtungen, speziellen Stromtarifen und in anderen Ländern gelten entsprechend dem verwendeten Strommix andere Werte. Beispielsweise sind in Österreich Förderungen für Elektroautos an den Nachweis eines primären Einsatzes von Strom aus 100 % erneuerbaren Energieträgern gebunden.[213][214]

Berücksichtigt man die Verluste bei Gewinnung, Raffinierung, Erkundung, Bohrung und Transport/Bereitstellung der fossilen Kraftstoffe (Well-to-Tank), so ergeben sich nach einer Schweizer Studie aus 2008[215] die Wirkungsgrade für die Bereitstellung von Benzin 77,5 %, Diesel 82 %, Erdgas 85 % (Primärenergiefaktoren von 1,29/1,22/1,17). Die deutsche Energiesparverordnung gibt den Wert nach Schätzungen mit 1,1 an. Zu diesen Bereitstellungsverlusten kommen nach Schätzungen von 2001 bauartbedingte Verluste im Auto (Tank-to-Wheel) hinzu. Diese sind bei Verbrennungsmotorantrieben aufgrund des geringen Wirkungsgrades (bei idealem Betrieb des Ottomotors liegt der Motorwirkungsgrad bei 36 %),[216] der ineffizienten Kaltstartphase sowie des Teillastbetriebs viel höher als bei Elektroantrieben. Rechnet man den direkten Kraftstoffverbrauch in kWh/100 km um, so ergeben sich sehr viel höhere Werte als bei Elektrofahrzeugen.

Legt man nun den idealen Motorwirkungsgrad bei Verbrennungsmotoren[216] zu Grunde, so kommt man bei Ottomotoren auf einen Primärenergiefaktor von 3,58 bei einer Betrachtung von Well-to-Wheel. Dieselmotoren schneiden dabei mit einem Primärenergiefaktor von 2,97 (PKW) bzw. 2,71 (NFZ) etwas besser, aber immer noch schlechter als Elektrofahrzeuge ab.

Auch Brennstoffzellenfahrzeuge besitzen einen geringeren Gesamtwirkungsgrad als reine Elektrofahrzeuge. Diese benötigen zum Beispiel zusätzlich einen Wasserstoffspeicher. Die Gewinnung des Wasserstoffes und die Speicherung (bis 700 bar Kompression oder Verflüssigung bis ca. −253 °C) ist sehr energieaufwendig. Wird der Wasserstoff aus regenerativen Energien durch Elektrolyse erzeugt, betragen die addierten Verluste aus Elektrolyse und Kompression auf 700 bar 35 %.[217] Zusammen mit dem Stromerzeugungswirkungsgrad der Brennstoffzelle von etwa 60 %[217] ergeben sich Verluste von etwa 61 % auf dem Weg vom Stromerzeuger bis zum Antriebsmotor im Fahrzeug. Für denselben Weg betragen die Lade- und Entladeverluste eines Lithium-Ionen-Akkumulators nur 10 bis 20 %.[218] Die Energieverluste eines Brennstoffzellenfahrzeugs sind deshalb höher als die eines rein batteriebetriebenen Elektroautos. Daher sind die Energiekosten reiner Batterie-Elektrofahrzeuge deutlich geringer als bei Brennstoffzellenfahrzeugen mit Wasserstofferzeugung über elektrischen Strom (Elektrolyse). Sonnenenergie gibt es in Hülle und Fülle, sie müsse nur genutzt werden, die Natur sei auch nicht energieeffizient, so Robert Schlögl vom Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion in Mülheim a.d. Ruhr.[219] Der große Nachteil von Wasserstoff ist seine schlechte Transportierbarkeit. Aber auch andere Kraftstoffe wie Ammoniak können mit regenerativer Energie klimafreundlich gewonnen werden und mit Brennstoffzellen E-Mobile antreiben. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) kommt im Jahr 2019 in einer durch einen Wasserstofftankstellenbetreiber beauftragten Untersuchung zum Lebenszyklus-Vergleich beider Antriebe zu dem Schluss, dass Brennstoffzellenfahrzeuge unter bestimmten Bedingungen eine günstigere Klimabilanz in Bezug auf Treibhausgas-Emissionen aufweisen können als Elektrofahrzeuge.[220] Diese Auftragsstudie wurde in der Fachwelt stark kritisiert.[221][222][223]

Nach einer Studie des BDEW fahren Elektroautos mit deutschem Strommix im Jahr 2018 mit 60 Prozent weniger CO₂-Ausstoß als vergleichbare Autos mit Benzin- oder Dieselmotor.[224]

Das Öko-Institut veröffentlichte im August 2017 eine Studie, wonach die Elektromobilität bereits beim damaligen Strommix mit ca. 30 % erneuerbare Energien bei der Klimabilanz konventionellen Autos überlegen ist. In der Schweiz durchgeführte Untersuchungen der gesamten Ökobilanz bestätigen die Aussage, dass nur bei Betrieb mit reinem Kohlestrom die Umweltbilanz der Elektroautos schlechter als die von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ausfallen kann. Dabei wurde die Vergleichsrechnung für moderne Lithium-Ionen-Akkumulatoren nicht abschließend betrachtet. Verbesserte Produktionsverfahren verringern den Herstellungsaufwand und verbessern die Ökobilanz der Elektroautos weiter.[225]

Laut einer Studie des Alternative Fuels Data Center des Energieministeriums der USA belief sich 2015 der jährliche CO₂-Ausstoß eines durchschnittlichen Elektrofahrzeuges in den USA auf rund 2,2 Tonnen (Gesamtenergiebetrachtung, Well-to-Wheel, bei 19.000 km Fahrleistung). Der Ausstoß variierte je nach Emissionsintensität der Stromerzeugung zwischen kaum 0,5 kg in Vermont bis zu 4,3 Tonnen in West Virginia bei Stromerzeugung aus Kohle. Dagegen stieß ein durchschnittliches Verbrennungsfahrzeug bei gleicher Fahrleistung 5,2 Tonnen CO₂ aus.[226][227]

Ab 2020 werden für Autobauer in der EU pro Pkw im Mittel nur 95 Gramm CO₂-Ausstoß pro gefahrenem Kilometer erlaubt – bei Verstoß werden Strafen fällig. Dem entspricht ein Verbrauch von vier Litern auf 100 Kilometern. Da Kunden auch SUV und Limousinen kaufen, müssen Autobauer Elektroautos verkaufen, selbst wenn das ein Verlustgeschäft wäre. Der Verkauf eines Elektroautos hat für Mercedes ab 2020 durch vermiedene Strafen 12.400 € Zusatzwert, bei BMW sind es 11.900 €, bei VW 11.400 €. Mit Elektroautos werden die Strafen minimal ab einem Anteil an der Gesamtproduktion ab 2020 bei neun Prozent, also knapp 1,5 Millionen Stück.[228]

Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) veröffentlichte im Januar 2020 eine Studie, wonach ein Elektrofahrzeug in der Gesamtbilanz von Herstellungs-, Nutzungs- und Verwertungsphase über seine Lebensdauer 15 bis 30 % niedrigere Treibhausgasemissionen aufweist als ein vergleichbarer moderner konventioneller Pkw. Dies würde sich weiter verbessern mit dem Voranschreiten der Energiewende sowie mit dem ausschließlichen Einsatz erneuerbarer Energien in der Produktion von E-Pkws, bei der diese im Moment 70 bis 130 % höhere Treibhausgasemissionen verursachen als ein konventioneller Pkw. Fahrzeuge mit größerer Batterie, wie sie wegen der Reichweitenangst teilweise angestrebt werden, sind daher kritisch zu bewerten. Neben den Treibhausgasemissionen betrachtet die Studie auch die Umweltauswirkungen über den gesamten Zyklus eines E-Pkws. Im Vergleich zu einem konventionellen Pkw hat der E-Pkw Nachteile bei Feinstaubemissionen, Wasserentnahme, Versauerung und Humantoxizität, die vor allem bei der Batterieproduktion entsteht. Vorteile hingegen ergeben sich diesbezüglich bei Sommersmog, Überdüngung, Flächenbedarf und Treibhausgasemissionen. Hinsichtlich Versauerung sei jedoch im Jahre 2030 bei E-Pkw ein relativ geringerer Wert als bei konventionellen Antrieben zu erwarten.[186]

Die Elektroautos mit mehr als 150 km Reichweite, die seit den 2010er-Jahren gebaut werden, nutzen Akkus mit Lithiumtechnologie (siehe #Speicherarten). Bei deren Umweltbilanz wird neben der CO₂-Bilanz auch die Gewinnung der Rohstoffe Lithium und Kobalt diskutiert.

In Medien werden häufig die Auswirkungen der Rohstoffgewinnung auf Umwelt und Menschen kritisiert.[229] Bei der Erzeugung des Rohstoffs Lithium würden durch Raubbau am Grundwasser zum Beispiel ganze Landstriche Südargentiniens in die Wüstenbildung getrieben und Zehntausenden einheimischer indigener Bevölkerung ihre basalen Lebensgrundlagen geraubt.[230] Diese Berichte erfahren auch Gegenkritik.[231] Eine Veröffentlichung des Institute of Technology Carlow kommt zu dem Schluss, dass der Abbau von Lithium keine Umweltauswirkungen habe, die im Metallbergbau ungewöhnlich sind, und es wie bei anderen Formen des Bergbaus auch lediglich entsprechender Regulierung bedürfe, um die Gewinnung umweltfreundlich zu halten.[232] Im Norden Portugals, wo die Gewinnung von Lithium vorbereitet wird, gibt es starken Widerstand von Umweltschützern.[233]

Laut Maximilian Fichtner, Direktor am Ulmer Helmholtz-Institut für elektrochemische Energiespeicherung, werden für das Lithium einer Batterie mit 64 kWh Kapazität 3840 Liter Wasser verdunstet.[234]

Bei Kobalt liegt das Hauptabbaugebiet mit 60 % in der Demokratischen Republik Kongo, davon zu 80 % als Nebenprodukt des industriellen Kupferbergbaus; bis zu 20 % des abgebauten Kobalts werden im Kleinbergbau gefördert. Der Kleinbergbau fördert Kinderarbeit, arbeitet mit wenig oder gar keinen Sicherheitsvorkehrungen und resultiert unter anderem in direktem Kontakt von Arbeitern mit Schwermetallen (insbesondere Uran) im Gestein, stellt jedoch andererseits eine wichtige Lebensgrundlage für die lokale Bevölkerung dar.[235][186]

Die Anschaffungskosten von Elektroautos liegen derzeit (2023) überwiegend höher als bei vergleichbaren Verbrennern. Erwartet wird, dass im Laufe der technologischen Entwicklung und des Markthochlaufs aufgrund von Skaleneffekten durch höhere Stückzahlen und geringere Investitionen in Forschung und neue Fertigungsanlagen die Herstellungskosten von Elektroautos sinken werden und langfristig geringer sind als bei Verbrennern.[236]

In vielen Ländern erfolgt eine Subventionierung der Anschaffungskosten.

Die Hersteller Renault, Nissan, Nio und Smart bieten bzw. boten für die Antriebsbatterien ihrer Elektroautos Mietmodelle an.[237][238] Hierdurch wird der Kaufpreis des Fahrzeugs reduziert, jedoch bewegen sich bei höheren Grundinvestitionen die kilometerabhängigen Mietpreise oft in den gleichen Größenordnungen wie die Kraftstoffkosten vergleichbarer Modelle. Bei Nio bietet ein gemieteter Akku die Möglichkeit an einer Batteriewechselstation getauscht zu werden. Stand 2023 bietet in Deutschland nur noch Nio ein Mietsystem.

Da moderne Elektroautos noch relativ jung am Markt sind und auch noch einem vergleichsweise hohen technologischen Wandel unterliegen, liegen noch keine empirischen Statistiken vor, die die Lebensdauer von Elektroautos im Vergleich zu Verbrennern belegen.

Befürchtungen, eine schnell nachlassende Akkukapazität würde die Lebensdauer von E-Autos stark vermindern, haben sich in der Praxis bislang nicht bestätigt.[239][240][81] Insbesondere bei größeren Akkus und mit modernem Thermomanagement ist zu erwarten, dass diese eine höhere Laufleistung erzielen können als ein typisches Verbrennerfahrzeug (siehe auch Abschnitt Batterie-Lebensdauer).

Die geringeren Reparaturaufwände für Elektroautos (siehe Abschnitt Reparatur- und Wartungskosten) könnten dazu führen, dass die Entscheidung der Eigentümer zur Verschrottung bei Elektroautos später erfolgt als bei Verbrennern ähnlichen Alters und ähnlicher Laufleistung und somit die Lebensdauer höher ist.

Elektrofahrzeuge weisen durch den um mehr als Faktor drei energieeffizienteren Antriebsstrang einen deutlich niedrigeren Energieverbrauch auf als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Um 100 km zu fahren, mussten bei einem im Januar 2020 veröffentlichten ADAC-Test für die getesteten PKWs zwischen 14,7 kWh und 27,6 kWh Strom genutzt werden.[241]

Ergebnisse von Verbrauchsmessungen an Elektrofahrzeugen berücksichtigen manchmal nur den Verbrauch während der Fahrt, nicht aber die Verluste, die beim Laden der Antriebsakkumulatoren entstehen und zwischen 10 und 25 % betragen.[218][242] Der EPA-Zyklus (USA) berücksichtigt auch den Ladeverlust.[243]

Eine Reduktion der Fahrgeschwindigkeit kann den Energieverbrauch deutlich senken. Die Deutsche Umwelthilfe hat 2023 anhand von sieben Modellen nachgewiesen, dass Elektroautos bei Tempo 50 im Schnitt 16,5 Prozent mehr Energie verbrauchen als bei Tempo 30.[244]

Die Energiekosten eines Elektroautos im Vergleich zum Verbrennerfahrzeug hängen wesentlich von der Preisentwicklung bei Strom bzw. den Kraftstoffen ab. Beim Elektroauto kommt hinzu, dass der Strompreis erheblich von den Bezugsmöglichkeiten bestimmt wird: Während an Schnellladesäulen in Deutschland nach den Preiserhöhungen einiger Betreiber 2020 meist zwischen 42 und 79 Cent je kWh gezahlt werden müssen, sind mit Hilfe einer eigenen Photovoltaikanlage Stromerzeugungspreise von wenigen Cent pro kWh möglich. Auch durch die Nutzung dynamischer Stromtarife können die Kosten deutlich gesenkt werden. An Ladestationen einiger Handelsketten oder Stadtwerke kann Strom für Elektroautos mit Stand Juni 2021 kostenlos geladen werden.[245] Ebenso erlauben manche Arbeitgeber das kostenlose Aufladen am Unternehmensstandort.

Aufgrund dieser Preisunterschiede hängen die Energiekosten eines Elektroautos sehr stark von den individuellen Umständen ab und können sowohl deutlich niedriger als auch (beim ausschließlichen Laden an Schnellladesäulen) leicht höher sein als bei einem Verbrennerfahrzeug. Eine Untersuchung von Leaseplan ermittelte 2021 unter Zugrundelegung des Haushaltsstrompreises in Deutschland für Elektroautos durchschnittliche Stromkosten in Höhe von 78 % der Kraftstoffkosten eines Verbrenners, für Österreich 62 %, für die Schweiz 56 %.[246]

Konventionelle Kraftstoffe werden neben den marktbedingten Preisschwankungen durch die CO₂-Steuer bis 2025 mit zusätzlich ca. 16 Cent je Liter belegt.[247] Ab 2027 ist aufgrund der dann am freien Markt gehandelten CO₂-Zertifikate und des stetig sinkenden Zertifikatsvolumens mit weiter steigenden Preisen zu rechnen.

Die Kosten von Wartung und verschleißbedingten Reparaturen sind bei Elektroautos in der Regel geringer als bei Autos mit Verbrennungsmotor.

Bei Elektroautos entfallen folgende Teile und Betriebsstoffe eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, und damit auch die zugehörigen Wartungs- und Reparaturkosten:

• Auspuffanlage samt Fahrzeugkatalysator
• Steuerkette bzw. Zahnriemen
• Lichtmaschine, Wasserpumpe und Keilriemen samt Spannrolle
• Kupplung
• Zündkerzenwechsel und -wartung bei Fahrzeugen mit Ottomotor
• Zustand des Katalysators und der Motorregelung (Abgasuntersuchung)
• Kraftstofffilter, Ölfilter und Luftfilter
• Motoröl
• AdBlue bei Dieselfahrzeugen

Die folgenden Komponenten sind bei einem Elektroauto einfacher aufgebaut oder weniger beansprucht und sind daher seltener von Defekten betroffen:

• Der Viertaktmotor einschließlich seiner Peripherie enthält zahlreiche bewegliche oder thermisch hoch beanspruchte Teile und unterliegt daher hohem Verschleiß, während Elektromotoren typischerweise länger halten als das Fahrzeug und dabei nicht oder kaum gewartet werden müssen.
• Das Getriebe muss bei einem Verbrennerfahrzeug immer als Schaltgetriebe (Handschalt- oder Automatikgetriebe) ausgeführt werden und ist daher deutlich komplexer und anfälliger als die in Elektroautos üblichen Festgetriebe.
• Die Bremsen werden deutlich weniger beansprucht, da die Mehrheit der Verzögerungsvorgänge über die Rekuperation ausgeführt wird. Entsprechend müssen Bremsklötze und Bremsscheiben/-trommeln seltener gewechselt werden.

Hingegen können die Reifen von Elektroautos wegen des aus dem Stand zur Verfügung stehenden hohen Drehmoments und des hohen Fahrzeuggewichts bei entsprechender Fahrweise stärker beansprucht werden und müssen dann häufiger gewechselt werden.[248][249][250]

Die US-amerikanische Verbraucherorganisation Consumer Reports hat in einer Analyse tatsächlicher Wartungs- und Reparaturausgaben von Autobesitzern festgestellt, dass diese bei Elektroautos nur etwa halb so hoch ausfallen, und rechnet damit, dass ein Elektroauto im Lauf seines Lebens etwa 4600 US$ weniger Wartungs- und Reparaturkosten verursacht.[251] Vermutet wird, dass die Einsparungen aufgrund des technischen Fortschritts bei Elektroautos in Zukunft noch höher ausfallen werden.[252]

Eine Auswertung von Vollkasko-Schadenfällen der Jahre 2018 bis 2020 des Zentrums für Technik der Allianz-Versicherung ermittelte für Elektroautos jedoch je Schadenfall ca. 10 % höhere Reparaturkosten und sogar 30 % nach Kollisionsschäden. Die Autoren sehen die Ursache bei den Herstellern und ihren Reparaturvorschriften: Mercedes schreibe beispielsweise nach jeder Airbag-Auslösung den Austausch der Fahrzeugbatterie vor. Durch Schutzummantelungen der Hochvoltkabel könnten die Hersteller die Reparaturkosten bei Marderbissen um 97 % senken.[253][254]

Die Prämien für die Haftpflichtversicherung und Kaskoversicherung eines Elektroautos sind in Deutschland tendenziell etwas günstiger als bei Autos mit Verbrennungsmotor.[255] Analysen der Vollkaskoprämien durch die Vergleichsportale Verivox und Check24 kamen 2020 bzw. 2021 zu dem Ergebnis, dass die meisten Elektroautos günstiger zu versichern sind als ein vergleichbares Verbrennerfahrzeug.[256][257]

Zu beachten ist, dass die Versicherung meist an der Dauerleistung bemessen wird, die bei Elektroautos in der Regel deutlich geringer ist als die Spitzenleistung.[258][259]

In einigen Ländern entfallen bestimmte Steueranteile bei der Versicherung, beispielsweise in Österreich die motorbezogene Versicherungssteuer[260] sowie die Normverbrauchsabgabe (NoVA).[261]

Laut Berechnungen des ADAC von 2023 sind Elektroautos häufig, aber nicht immer, in der Gesamtkostenbetrachtung günstiger als vergleichbare Autos mit Benzin- oder Dieselmotor (Annahmen: Neukauf mit fünf Jahren Haltedauer und 15.000 km pro Jahr). Dies hängt jedoch immer von den individuellen Rahmenbedingungen ab, insbesondere auch vom erzielbaren Rabatt auf den Listenpreis und den Strombezugskosten.[262]

Im Januar 2020 veröffentlichte das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) eine Studie, die besagt, dass zu dieser Zeit bestimmte E-Fahrzeuge unter der Gesamtkostenbetrachtung günstiger gewesen seien. In den nächsten 5 bis 10 Jahren würden E-Fahrzeuge einen größeren Kostenvorteil zu ihren konventionellen Counterparts haben. Hauptgründe dafür seien die sinkenden Kosten der Akkumulatorenherstellung, der voraussichtlich billiger werdende Strom und der Preisanstieg von Produkten aus dem knapper werdenden Erdöl.[186]

In Deutschland werden bis 2030 10 Millionen E-Fahrzeuge auf deutschen Straßen prognostiziert, was die Stromnachfrage um 3–4,5 % steigern würde.[186] Im Falle von einer Million Elektroautos, was einem Anteil von etwa 2 % aller Fahrzeuge entspricht, sind rund 3 TWh an elektrischer Energie aufzubringen, was einem halben Prozent des derzeitigen deutschen Strombedarfs entspricht. Der gesamte deutschlandweite elektrobetriebene öffentliche Nah- und Fernverkehr benötigt rund 15 TWh Strom pro Jahr, entsprechend knapp 3 % des Bruttostromverbrauchs.[263]

Das Bundesumweltministerium schätzte 2020 den zusätzlichen Strombedarf durch eine komplette Elektrifizierung der 45 Millionen Pkw in Deutschland auf 100 TWh pro Jahr, was rund einem Sechstel der zu dieser Zeit verbrauchten Strommenge in Deutschland entspricht.[264]

Strombezug eines Privathaushaltes mit Photovoltaik ohne Heimspeicher und Wallbox mit an Stromkosten angepassten Ladungen

Durch das gleichzeitige Aufladen von vielen Elektroautos könnte theoretisch das derzeitige Stromnetz überlastet werden. Der Gleichzeitigkeitsfaktor besagt aber, dass dies nicht zutrifft. Um es weiter auszuschließen, helfen steuerbare Wandladestationen die die Autos nur zu bestimmten Zeiten (z. B. wenn der Strom günstig ist) laden, der Ausbau der Stromnetze, und das Engpassmanagement der Stromnetze, welches gezielt Lasten abschalten und mittels Redispatch Einspeisleistungen von regelbaren Anlagen wie beispielsweise Kraft-Wärme-Kopplung anpasst.[265][266] Ein anderer Weg ist, Batteriespeicher zum Ausgleich von Lastspitzen zu nutzen.

Positive Effekte im Stromnetz würden auch entstehen, wenn Elektroautos ihre Batterien in einem intelligenten Stromnetz gezielt nicht zu Zeiten laden, an denen der Strombedarf hoch ist und durch das Zuschalten von Spitzenlastkraftwerken (meist Gas) gedeckt werden muss, sondern zu Zeiten, in denen ein Überschuss an regenerativ erzeugtem Strom vorhanden ist. Dazu muss berücksichtigt werden, dass durch den bestehenden CO₂-Handel in der Stromerzeugung die Nachfrage der Antriebsenergie als neuer Stromnachfrager im Stromnetz auftritt – ohne dass dafür mehr Zertifikate zugeteilt werden würden. Mit steigender Zahl der E-Fahrzeuge wird so zukünftig der Druck im Strommarkt erhöht. Jedoch ist das erst bei größeren Fahrzeugzahlen überhaupt relevant. Das Öko-Institut in Freiburg hat dazu im Auftrag des Bundesumweltministeriums im mehrjährigen Projekt OPTUM 2011 einen Abschlussbericht erarbeitet.[267][268]

Neben der Verwendung von Heimspeichern zur Speicherung des durch eine Photovoltaikanlage generierten Stroms u. a. für das Laden eines Elektroautos, werden auch Ladestationen zunehmend mit einem eigenen Akku als Puffer ausgestattet. Diese dienen vor allem dazu das Stromnetz zu entlasten und Ultra-Schnellladesäulen auch in Gebieten ohne starken Stromanschluss zu ermöglichen. So kann der Puffer langsam aus dem Stromnetz geladen werden (z. B. in Zeiten, in denen der Strom günstig ist) und dann den Strom schnell an das Elektroauto abgeben. Dieser Puffer ermöglicht auch den Einsatz von Wind- und Solarkraftanlagen in der direkten Umgebung der Ladestation.[269][270][271] (s. a. Batterie-Speicherkraftwerk)

Das Konzept „Vehicle to Grid“ (dt.: „Fahrzeug ins Netz“) sieht vor, die Batterien von Elektro- und Plug-in-Hybriden für das öffentliche Stromnetz als Pufferspeicher nutzbar zu machen. Da auch Elektroautos mehr parken als fahren und die meiste Zeit mit einer Ladestation verbunden sein können, wäre es so möglich, die Schwankungen bei der Erzeugung von Elektrizität aus erneuerbaren Energien zu puffern oder Spitzenlasten auszugleichen. Nissan mit Leaf-to-Home in Japan und das Unternehmen e8energy mit ihrem System DIVA in Deutschland[272][273] bieten bereits derartige Systeme für die Integration in einen Haus-Batteriespeicher an. Diese Betriebsweise erhöht allerdings den Akkumulatorenverschleiß, was bei einer weitergehenden externen Steuerung durch einen Energiedienstleister oder Netzbetreiber mit einem entsprechenden Abrechnungsmodell ausgeglichen werden müsste. Um damit die gesamte Pufferkapazität aller deutschen Pumpspeicherkraftwerke (etwa 37,7 GWh) zu erreichen, müssten sich etwa 3,77 Mio. Elektrofahrzeuge gleichzeitig mit je 10 kWh ihrer Batteriekapazität beteiligen.[Anmerkung 1] Bei oben angegebenen 15 kWh pro 100 km entspricht das ca. 65 km Reichweite. Eine Umstellung des kompletten deutschen Pkw-Bestands von ca. 42 Mio. Autos[274] auf Elektroautos würde diese Pufferkapazität schon ergeben, wenn im Schnitt jedes Fahrzeug nur 1 kWh (entsprechend 6,5 km Reichweite) als Puffer im Netz zur Verfügung stellt.[Anmerkung 2]

Erdöl bzw. das daraus erzeugte Benzin oder Diesel muss in den meisten Ländern importiert werden. Elektrische Energie dagegen wird in den meisten Staaten in geringerem Maße importiert beziehungsweise durch einen geringeren Anteil an importierten Energieträgern erzeugt. Elektrische Energie kann lokal z. B. durch erneuerbare Energien erzeugt werden. Staaten wie Norwegen wollen den selbst produzierten Strom – im Fall Norwegen aus Wasserkraft – nutzen und subventionieren daher Elektroautos.[275]

Elektrische Energie kann auch lokal und dezentral durch erneuerbare Energien erzeugt werden. So kann beispielsweise ein Grundstücks- oder Hausbesitzer mit den entsprechenden Gegebenheiten seinen Strombedarf selbst zu einem großen Teil decken.

Im Jahr 2021 waren weltweit 11,3 Millionen batterieelektrische Fahrzeuge in Betrieb.[276] Im Jahr 2022 wurden ungefähr 10,5 Millionen neue Elektroautos ausgeliefert.[277]

Der geschätzte weltweite Bestand hat sich wie folgt entwickelt:

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Tesla Model Y, das meistverkaufte Auto überhaupt.

In den Jahren von 2015 bis 2017 war das Tesla Model S das weltweit meistverkaufte Elektroauto.[281][282][283] Von 2018 bis 2021 war das Tesla Model 3 an der Spitze. Seit 2022 ist das Tesla Model Y das weltweit meistverkaufte Elektroauto.[284]

Bei den kumulierten Verkäufen führte das Tesla Model 3 mit rund 1 Million Einheiten bis Mitte 2021,[285] bis es durch das Tesla Model Y abgelöst wurde.

Im Jahr 2023 war das Tesla Model Y über alle Antriebsarten hinweg das meistverkaufte Auto der Welt.[286][287]

In verschiedenen Studien wird eine ähnliche Entwicklung vorausgesehen wie bei Digitalkameras, die Analogkameras ablösten usw., ein sog. Tipping-Point.[288][289] Das Elektroauto gilt als disruptive Technologie. In einer Studie von 2011 stellte das Beratungsunternehmen McKinsey dar, welcher Fahrzeugtyp bei welchem Benzinpreis bzw. Akkupreis jeweils am wirtschaftlichsten ist. Demnach wäre bei einem Kraftstoffpreis von über 1 USD pro Liter und einem Akkupreis unter 300 USD pro kWh das batterieelektrische Auto am wirtschaftlichsten.[290][291] Tatsächlich lag mit Stand November 2013 der Kraftstoffpreis in vielen Ländern über 1 USD pro Liter und der Akkupreis unterhalb von 200 USD pro kWh.[292]

Laut einer Vorhersage des deutschen Physikers Richard Randoll von 2017 wird sich die Zahl der weltweit verkauften reinen Elektroautos alle 15 Monate verdoppeln.[293] Dieses exponentielle Wachstum werde bereits 2026 zum „endgültige(n) Aus für den Verbrennungsmotor“ führen.

Eine Hauptrolle bei der Verbreitung von Elektroautos spielt auch der Autohandel. Laut der New York Times raten Autohändler oft von der Anschaffung eines Elektroautos ab, da der Handel mehr am Service der Autos mit Verbrennungsmotoren verdiene. Laut der „National Automobile Dealers Association“ verdienen Autohändler etwa dreimal so viel mit dem Service wie mit dem Auto-Verkauf. Elektroautos bedürfen weniger Service, da sie viel weniger und fast nur wartungsfreie Bauteile enthalten. Der Handel sei ein Flaschenhals bei der Verbreitung der Elektromobilität.[294]

Die Europäische Union verschärfte die Gesetze für den CO₂-Ausstoß von Kraftfahrzeugen[295][296] mit dem Ziel von 95 g/km für 2020. Die Berechnung erfolgt anhand des Flottenverbrauchs der Automobilhersteller.[297] Für Elektroautos wurden sogenannte Super Credits, eine Form der Klimakompensation, ausgehandelt.[298] Dabei senkt der Verkauf eines emissionsfreien Elektroautos den gesamten Flottenverbrauch überproportional. Ähnliche Effekte treten auch in der US-Klimapolitik auf, siehe Corporate Average Fuel Economy. Dies wird von Befürwortern, zu denen die deutsche Regierung und die deutsche Automobilindustrie gehören, als Marktstimulation für die Elektromobilität gesehen, Gegner bezeichnen sie als Subvention für die Automobilindustrie, deren gesetzlich gegebener Druck emissionsarme Fahrzeuge zu entwickeln gelockert wird und sonst fällige Strafzahlungen[299] für die Überschreitung der Grenzwerte vermieden werden.

2017 war das Tesla Model S mit 16.132 Stück – eine Steigerung von 30 Prozent zum Vorjahr – erstmals das meistverkaufte Oberklassefahrzeug in Europa. Es lag vor der S-Klasse von Mercedes (13.359 Fahrzeuge) und dem 7er von BMW (11.735 Fahrzeuge). In den USA ist das Model S schon seit dem Jahr 2014 das meistverkaufte Auto der Oberklasse.[300][301]

Weltweite jährliche Neuverkäufe batterieelektrischer Autos

2023 wurden weltweit ca. 9,5 Millionen Elektroautos verkauft.[302]

BYD Dolphin, chinesisches Elektroauto

Baojun E100, chinesisches Elektroauto

Größte Hersteller batterieelektrischer Autos

Hersteller	2022[304]	2023[302]
Vereinigte Staaten Tesla	1.314.000	1.809.000
China Volksrepublik BYD	911.000	1.570.000
China Volksrepublik SAIC	750.000	748.000
Deutschland Volkswagen	572.000	743.000
China Volksrepublik Geely	381.000	590.000

Pkw-Neuzulassungsanteil batterieelektrischer Autos pro Land

Land	2016	2017	2018	2019	2020	2021	2022	2023
Norwegen Norwegen	15,5 %	20,8 %	30,9 %	42,5 %	54,5 %	63,9 %	79,5 %	82,4 %
Island Island	1,8 %	3,9 %	4,2 %	8,0 %	27,0 %	33,7 %	40,6 %	50,1 %
Schweden Schweden	0,8 %	1,1 %	1,9 %	4,3 %	9,5 %	18,2 %	31,8 %	38,7 %
Niederlande Niederlande	1,1 %	2,2 %	5,5 %	13,9 %	20,7 %	20,2 %	23,9 %	30,7 %
China Volksrepublik Volksrepublik China	1,2 %	1,9 %	3,7 %	3,9 %	4,7 %	13,3 %	21,6 %	24,7 %
Danemark Dänemark	0,6 %	0,3 %	0,7 %	2,5 %	7,0 %	13,5 %	21,2 %	36,3 %
Finnland Finnland	0,2 %	0,4 %	0,6 %	1,7 %	4,4 %	10,3 %	18,4 %	33,8 %
Deutschland Deutschland	0,3 %	0,7 %	1,0 %	1,7 %	6,3 %	13,6 %	17,6 %	18,4 %
Schweiz Schweiz	1,0 %	1,5 %	1,7 %	4,2 %	8,2 %	13,6 %	16,9 %	20,9 %
Vereinigtes Konigreich Vereinigtes Königreich	0,4 %	0,5 %	0,7 %	1,6 %	6,8 %	11,6 %	16,8 %	16,4 %
Osterreich Österreich	1,1 %	1,5 %	1,9 %	2,8 %	6,4 %	13,8 %	15,9 %	19,9 %
Frankreich Frankreich	1,1 %	1,2 %	1,4 %	1,9 %	6,5 %	10,1 %	13,0 %	16,8 %
Europa	0,6 %	0,8 %	1,2 %	2,1 %	5,4 %	9,4 %	12,9 %
Portugal Portugal	0,4 %	0,8 %	1,8 %	3,1 %	5,5 %	9,0 %	11,6 %
Belgien Belgien	0,4 %	0,5 %	0,7 %	1,6 %	3,5 %	5,8 %	10,2 %	19,6 %
Welt	0,5 %	0,9 %	1,6 %	1,9 %	2,8 %	6,2 %	10,0 %
Neuseeland Neuseeland	0,4 %	1,0 %	1,5 %	2,2 %	2,0 %	2,4 %	8,8 %
Korea Sud Südkorea	0,3 %	0,9 %	3,3 %	2,0 %	2,0 %	4,9 %	8,6 %
Israel Israel	0,0 %	0,0 %	0,0 %	0,3 %	0,6 %	3,1 %	8,2 %	17,9 %
Kanada Kanada	0,3 %	0,5 %	1,4 %	2,0 %	3,0 %	4,4 %	7,0 %
Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten	0,5 %	0,6 %	1,3 %	1,6 %	1,7 %	3,4 %	6,2 %	7,1 %
Australien Australien	0,1 %	0,1 %	0,2 %	0,8 %	0,8 %	2,3 %	4,3 %
Spanien Spanien	0,2 %	0,3 %	0,5 %	0,8 %	2,1 %	2,8 %	3,6 %	5,4 %
Quelle: 2016–2022: Internationale Energieagentur[305], 2023: open-ev-charts.org[306]

In vielen Ländern gibt es zahlreiche Förderungen, um den Wechsel von Autos mit Verbrennungsmotor hin zu Autos mit Elektromotor zu begünstigen. Eine Art der Förderung sind Subventionen beim Neuwagenkauf. Eine weitere Art sind steuerliche Begünstigungen. Eine weitere Art ist es, Autos mit Verbrennungsmotor zu benachteiligen. So werden für diese höhere Steuern beim CO₂ fällig (siehe CO₂ Zertifikate in der EU usw.). Es gibt Tempolimits wie Tempo 100 km/h auf manchen Autobahnen in Österreich, von denen Elektroautos ausgenommen sind, oder Fahrverbote wie ein Dieselfahrverbot in manchen Innenstädten in Deutschland. Zudem setzen einige Länder ein Datum fest, ab dem dann keine Neuwagen mit Verbrennungsmotor mehr verkauft werden dürfen (z. B. Norwegen, Niederlande, Kalifornien, Großbritannien usw.). In der EU darf der Flottenverbrauch eines Herstellers einen bestimmten CO₂-Wert nicht mehr überschreiten, was die Hersteller dazu veranlasst, Elektroautos zu verkaufen.