Wie funktionieren Elektroautos? Infos zu Motor und Batterie.
Aus dem heutigen Straßenverkehr sind sie nicht mehr wegzudenken. Wie aber funktionieren Elektroautos? Alles über die wichtigsten Teile der Stromer und wie sie zusammenarbeiten erfährst du hier.
Leise, modern, umweltfreundlich: Wie funktionieren Elektroautos?
Die Elektromobilität ist nicht mehr aufzuhalten. Immer mehr Anbieter stellen ihre Innovationen vor oder erweitern ihre Flotte um elektrische Lösungen. Gleichzeitig steigen auch auf Kundenseite die Akzeptanz und das Bestreben, auf umweltschädliche Verbrenner zu verzichten. Ein ganz entscheidender Grund für diese Entwicklung ist, dass die Technik immer ausgereifter wird und sich damit Leistung und Reichweite stetig verbessern. Trotzdem oder gerade deswegen fragen sich viele Interessierte, wie Elektroautos eigentlich genau funktionieren.
Wie also ist der Motor eines E-Autos aufgebaut? Was kann die Batterie eines E-Autos leisten? Welche Komponenten sind für Elektrofahrzeuge wichtig und was ist in Zukunft von den Stromern zu erwarten? Hier findest du die Antworten.
Der Elektromotor eines E-Autos: Mit Magneten auf die Straße.
Ähnlich wie beim Verbrenner ist natürlich auch beim E-Auto der Motor ganz entscheidend. Da enden die Gemeinsamkeiten aber auch schon. Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor wird der Motor eines E-Autos nämlich durch Magnetfelder angetrieben. Mit deren Hilfe wird elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt. Nötig sind dazu zwei verschiedene Magnettypen: Stator und Rotor. Die Statoren sind fest mit dem Motorgehäuse verbunden, während der Rotor beweglich bleibt. Mithilfe der Energie aus der Batterie des E-Autos wechseln die Statoren ständig ihre Pole. Da sich gleiche Pole bekanntlich abstoßen und unterschiedliche Pole anziehen, führt dies dazu, dass der Rotor abwechselnd angezogen und abgestoßen wird. So entsteht eine Rotation und die verbundenen Räder können sich in Bewegung setzen. Erst wenn der Stator nicht mehr mit Strom versorgt wird und kein wechselndes Magnetfeld mehr erzeugt, bleibt der Rotor stehen.
Der Elektroantrieb ist dabei nicht nur quasi emissionsfrei, sondern auch besonders leise. Der Vorgänger des heutigen Elektromotors erhielt bereits 1837 ein Patent. Schon 1881 wurde das erste dreirädrige Fahrzeug mit einem Motor angetrieben, der sich einer ähnlichen Technik bediente, wie sie auch bei modernen Stromern zum Einsatz kommt.
Die Batterie eines E-Autos: Immer leistungsstärker und langlebiger.
Damit ausreichend Energie zu den Statoren fließen kann, braucht es einen starken Akku. Die Batterie eines E-Autos hat sich im Laufe der Zeit verändert. Heute sind vor allem Lithium-Ionen-Akkus verbreitet. Diese speichern chemische Energie und geben elektrische Energie ab. Wenn du also den Akku deines Elektroautos auflädst, wird der einfließende Strom in chemische Energie umgewandelt. Sobald du losfährst, kehrt sich dieser Prozess wieder um. Ist der Speicher der Batterie leer, beginnt der Lade- und Entladezyklus von vorn. Um die Kapazität von Elektroautos zu verbessern, schalten viele Hersteller mehrere Zellen nebeneinander. Das ist vor allem deshalb notwendig, weil die Energiedichte von Akkus gegenüber Benzin wesentlich geringer ist. So liefert ein Kilogramm Benzin (1,33 Liter) fast 12.000 Wattstunden Energie. Bei einem Lithium-Ionen-Akku sind es dagegen nur 140 Wattstunden pro Kilogramm.
Entscheidend für die Qualität eines Akkus ist dabei neben seiner grundsätzlichen Kapazität auch seine Lebensdauer. Mit der Zeit speichert der Akku nämlich weniger Energie und erreicht so nicht mehr seine volle Leistungsfähigkeit. Bei aktuellen Modellen geht man von einer Lebensdauer von bis zu zehn Jahren aus. Da die Technik immer besser wird, verlängert sich auch die zu erwartende Lebensdauer der Akkus stetig. Das ist wichtig, da die Batterie das teuerste Bauteil eines E-Autos ist.
Eine Niedervoltbatterie für die gesamte Bordelektronik.
Neben dieser auch als Traktionsbatterie bezeichneten Antriebsbatterie gibt es eine kleinere Niedervoltbatterie, die die Bordelektronik mit Strom versorgt. Schließlich benötigt auch ein Stromer Licht, Radio, Sitzheizung, Lüftung, Scheibenwischer und eventuell ein Navigationsgerät.
Aufladen zu Hause oder an öffentlichen Ladesäulen.
Wie aber wird der Akku wieder aufgeladen? E-Autos haben seitlich oder teilweise auch an der Front einen Ladeanschluss, über den der Akku aufgeladen werden kann. Es gibt verschiedene Methoden, um ein E-Auto aufzuladen. Neben der heimischen Steckdose oder einer Wallbox stehen Nutzern auch öffentliche Ladestationen und Schnellladesäulen zur Auswahl. Während es Ende 2017 deutschlandweit 6.381 Ladestationen gab, können Stromer-Fahrer 2020 bereits auf ein Netz mit 20.755 Stationen zurückgreifen. Viele von ihnen werden mit Ökostrom betrieben.
Je nachdem, wo du dein E-Auto auflädst, verändern sich die Kosten und vor allem die Ladezeiten.
Höhere Reichweite durch immer bessere Akkus.
Ein starker Akku sorgt nicht nur für den Antrieb des Elektroautos, sondern ist auch für die Reichweite entscheidend. Während diese bei den ersten E-Autos noch äußerst begrenzt war und sich diese somit nur für Fahrten innerhalb von Städten anboten, zeigen die neuen Modelle in diesem Bereich große Fortschritte. Spitzenreiter ist aktuell der Tesla Model S mit über 600 Kilometern. Das ist aktuell zwar noch etwas weniger als bei den meisten Verbrennern, aber auch hier holen die Stromer auf.
Elektroautos sind auf dem Vormarsch.
Neben der insgesamt höheren Umweltverträglichkeit im Betrieb sind auch die technischen Innovationen ein entscheidender Grund für den steigenden Erfolg von E-Autos. Bereits jetzt ist es faszinierend, wie Elektroautos funktionieren und sich gleichzeitig weiterentwickeln. Stärkere und langlebigere Akkus ermöglichen höhere Reichweiten und Fahrzeuge, die mit Verbrennern mithalten können. Die steigende Anzahl öffentlicher Ladesäulen trägt dazu bei, dass Stromer alltagstauglich und so eine Alternative zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sind. Da auch gleichzeitig neue und günstigere Modelle auf den Markt kommen, gibt es immer mehr Argumente für das E-Auto. Dazu trägt unter anderem auch die Umweltprämie bei, dank der Elektroautos auch aus ökonomischen Gesichtspunkten immer konkurrenzfähiger zu Verbrennern werden.
i) zum Motor:
– Bei den Bestandteilen des Elektromotors wurde ein Gleichstrommotor beschrieben, nur dieser benötigt einen Kommutator und Schleifkontakte. In Elektroautos werden jedoch keine solchen Gleichstrommotoren eingesetzt, da die Schleifkontakte, insbesonders bei hohen Spannungen und Strömen, viel zu schnell verschleißen würden. Aus diesem Grund werden in Elektroautos Synchron- und Asynchronmotoren, die an Wechselspannung betrieben werden, verwendet.
Quelle: https://www.springerprofessional.de/automobil—motoren/elektromotor/antriebe-fuer-elektrofahrzeuge-welcher-elektromotor-ist-der-opti/6562428
Oder http://www.auto-motor-und-sport.de/news/elektro-auto-technik-erklaert-747506.html
Abschnitt „Funktionsweise der Motoren in Elektroautos“
– Die Schleifkontakte sind nicht positiv oder negativ „aufgeladen“ (geladen werden können nur Energiespeicher wie Kondensatoren oder Batterien), sondern mit dem positiven bzw. negativen Pol der Spannungsquelle verbunden und haben dadurch ein positives oder negatives Potential.
ii) zum verbrauchsarmen Fahren:
– Eine hohe Umgebungstemperatur erhöht nicht, sondern senkt sogar den Verbrauch, da Lithium-Ionen Akkus bei hohen Temperaturen einen niedrigeren Innenwiderstand haben. Gleichzeitig altern sie auch schneller, das stimmt.
Quelle: https://www.tesla.com/de_DE/models, Abschnitt „Reichweite pro Ladung“, einfach ein wenig an der Außentemperatur rumspielen und die Reichweite angucken.
– Eine geringe Geschwindigkeit kann den Verbrauch sogar steigern. Der geringste Verbrauch pro Strecke ist nämlich nicht bei Schrittgeschwindigkeit, sondern bei etwa 30km/h (etwa 20mp/h), er variiert je nach Auto und der Leistung elektrischer Nebenverbraucher.
Quelle: http://a.img-zemotoring.com/media/reviews/2010/tesla-roadster-sport-2.5/range-range-speed.gif oder http://www.klausolafzehle.de/teslablog/wp-content/uploads/2014/03/Tesla-Verbrauch-zu-konstante-Geschwindigkeit.jpg
In Wahrheit ist der Elektromotor, solange es keinen Ökostrom für ihn gibt eine wahre Umweltsau, verglichen mit hochmodernen und abgasoptierten Verbrennungsmotoren; und den umweltfreundlichen Ökostrom für die Elektromobilität gibt es noch auf Jahrzehnte hinaus nicht, denn lediglich etwa 10% unseres Energiebedarfs wird heute in Deutschland durch sauberen Strom gedeckt, 90 % kommen weiterhin aus Dreckschleudern und Atommeilern. Die wenigen Prozent an sauberem Strom, die wir also haben, setzen wir deshalb besser in den vorhandenen Stromnetzen für unseren sonstigen Energiebedarf ein als für die Elektromobilität; denn wenn wir den vorhandenen Ökostrom für völlig alltagsuntaugliche Elektromobilkrücken verbraten, würde der für unseren sonstigen Energiebedarf fehlen und man müsste diese fehlende Energiemenge dort wiederum in unseren Kraftwerken durch Öl oder andere fossilen Ressourcen erzeugen.
Ein Null-Summen-Spiel ! Wenn wir also für die Menge sauberen Stroms, den wir aus unseren vorhandenen Netzen für die Elektroautos abziehen, dann andererseits die gleiche Menge Strom in den Kraftwerken wieder durch Verbrennen von Öl und Gas erzeugen müssen, dann Verbrennen wir doch weiterhin viel sinnvoller dieses Öl oder Gas in unseren vorhandenen hochentwickelten Verbennungsmotoren, und müssen uns dafür dann nicht einer alltagsuntauglichen Elektromobilität herumschlagen, für die es zudem keine Infrastruktur gibt,
Die Zukunft der Mobilität liegt im Übrigen wohl viel eher in der Wasserstofftechnologie, also weiter bei leicht aufzutankenden verbrennungsmotorgetriebene Fahrzeugen, wobei man solarthermisch allein in der Sahara ein Vielfaches des gesamten Energiebedarfs der Erde gewinnen könnte; auch kann Wasserstoff als Speicher für Energie betrachtet und überall eingesetzt werden.
2 Seltene Erden sind nur begrenzt vorhanden (Umweltverschmutzung durch seltene Erden ist enorm und wird vernachlässigt)
3 Alterung der Akkus nicht abstreiten
4 Hybrid-Fahrzeuge sind die größten Umweltverschmutzer
5 Für Millionen von Fahrzeugen reichen die Resorcenen nicht aus
6 Verlegung und Millionen von Stromkabeln sind nötig
7 Elektroautos sind nur im Stadtverkehr interessant
8 Reichweiten von hunderten Kilometern sind nicht notwendig