Elektroantrieb Auto

elektrischer Antrieb

Bei Elektroautos fährt allein der E-Motor das Vehikel. Akkus mit hochenergetischen Zellen, die auch von außen aufgeladen werden können, liefern dem E-Motor Kraft zum Anfahren. Durch die energiereichen Zellen wird sichergestellt, dass große Teile der elektrischen Leistung über größere Entfernungen zwischengelagert werden. Im Jahr 2022 wird die Elektroreichweite für Elektroautos nach Schätzungen von Bosch zwischen 300 und 600 Kilometern sein.

Der Umrichter mit eingebautem DC/DC-Wandler, das generatorische Bremsen und die Antriebsregelung sind im Prinzip die gleichen wie im Bordnetz.

Technologie im Überblick

Die Elektroautos sind ältere als der Motor. Schon lange bevor Carl Friedrich Benz seine Nr. 1 auf Probefahrt geschickt hat, rollen Elektroautos über die Strassen Europas und vor allem der USA. Viele Jahre lang hat sich die Technologie der beiden Antriebsformen in Ruhe entwickelt, bis gerade ein elektrischer Motor das elektrische Gerät für die Elektriker ausgeschaltet hat.

Den Elektrostarter hat Kettering 1912 für die Serienfertigung entwickelt. Infolgedessen haben sich die Elektromotoren in die Marktnische zurückgezogen und fahren seitdem vor allem kleine Liefer- und Flurförderzeuge sowie Lastkraftwagen mit Fremdenergieversorgung, zum Beispiel in Lokomotiven. Der Erfolg des Elektroautos hängt nicht so sehr von der Möglichkeit der Fahrzeit pro Aufladung ab, sondern vom Kosten-Nutzen-Verhältnis.

Eine preisgünstige E-Mobile für den Nahverkehr mit einer Entfernung von rund 150 Kilometern hätte das gleiche Potenzial wie ein Auto mit einer Entfernung von 4 - 500 Kilometern, das nicht mehr als ein herkömmlich betriebenes Fahrzeug kosten würde. Günstigere Nickel-Metallhydrid-Batterien sind nur bei den Hybrid-Modellen von Toyota von Bedeutung, andere Technologien wie LiFePO4-Batterien sind derzeit zu kostspielig und komplexer in der Fertigung und im Batterie-Management.

Die Projekte für Batteriewerke, die zurzeit überall in der Automobilindustrie untersucht und gefördert werden, befassen sich jedoch nicht primär mit der Herstellung solcher Batteriezellen. Sie werden kostengünstig beschafft, zum Beispiel in Gestalt von standardisierten wiederaufladbaren Batterien des Typ 18650, die zum Beispiel auch in Taschenlampen eingesetzt werden. Nichtsdestotrotz: Das Haupt-Know-how der Unternehmen und die Kernaufgabe der Batteriewerke besteht darin, die Einzelzellen zu großen so genannten Stapeln zu verknüpfen und eine passende Lade- und Managementtechnologie zu erarbeiten.

Der tatsächliche Stromverbrauch und die tatsächliche Reichweiten lassen sich nicht allein aus den Angaben der Antriebsbatterien und des Antriebs ableiten. Eine Antriebsbatterie ist die Antriebsbatterie für ein Elektro- oder Elektro-Hybridfahrzeug, da zugleich eine kommerziell erhältliche Bordbatterie verwendet wird, die aus einem Verbrennungsfahrzeug bekannt ist. Zur Kompensation der starken Klimaschwankungen im Winter- und im Sommerbetrieb von Pkw sind Kühl- und im Optimalfall Heizbatterien erforderlich, um sie in einem für den Betrieb optimierten Bereich zu belassen.

Um die Lebensdauer zu erhöhen, werden die Antriebsbatterien zudem nur in einem bestimmten Teil ihrer Leistung eingesetzt, d.h. nie vollständig entleert und in der Regel nicht vollständig geladen. Nach Kundenumfragen von Nissan und Tesla kann dieses Batterie-Management eine Laufleistung von 150.000 bis 200.000 Kilometern bis zu einer Resttragfähigkeit von rund 80 Prozent erzielen, was gemeinhin als die Begrenzung des Einsatzes einer Antriebsbatterie erachtet wird.

Mehrere Automobilhersteller erarbeiten auch Konzepten für das Recyceln nicht mehr vollwertiger Antriebsakkus, um sie zum Beispiel als stationären Speicher für private Haushalten mit Photovoltaikanlagen zu nutzen. Die Aufladetechnik hat einen weiteren Einfluß auf die Wirksamkeit eines E-Autos. Die Temperaturen beeinflussen auch den Stromverbrauch eines E-Autos. In den Wintermonaten kann es zu Ladungsverlusten von bis zu 30 % kommen - zum Beispiel werden bei einer Batterielebensdauer von 15 Kilowattstunden mehr als 19 Kilowattstunden Elektrizität benötigt.

In nahezu allen Elektrofahrzeugen werden auf der Antriebsseite Drehstrom-Motoren verwendet. Drehstrom, richtig als "Drehstrom" gekennzeichnet, kennt man im Haus zum Beispiel vom "Starkstromanschluss" eines Küchenherds. In der Schubbetriebsart setzt er die von der Antriebsbatterie erzeugte Leistung in Wechselspannung um, während in der Erholungsphase, in der der E-Motor als Lichtmaschine fungiert, er als Ladegleichrichter für den Batterieladestrom diente.

Weitere Motorenkonzepte (Gleichstrommotor, wechselrichtergeführter Asynchronmotor) sind in Elektroautos kaum von Bedeutung. Die Unterscheidung zwischen Synchron- und Asynchron-Motoren besteht im Betrieb des "Rotors", d.h. des drehenden Teiles. Die bereits seit geraumer Zeit diskutierten und von ZF bereits in einem Prototypen im Jahr 2012 vorgestellten externen Erregermotoren könnten in Zukunft eine bestimmte Bedeutung haben, vor allem weil sie die kontroversen Seltene Erdmetalle nicht zur Dauererregung nutzen.

Zu verstehen: Die Anregung eines elektrischen Motors beschreibt natürlich nicht seinen emotionalen Zustand, sondern die Erzeugung des erforderlichen Magnetfelds. Dies wird bei dauererregten elektrischen Maschinen durch kräftige Magneten erreicht, für die z. B. Neodym, das zu den Seltenerdmetallen gehört, vonnöten ist. Die Versorgungssituation (fast ausschliesslich aus China) und der sehr umweltschädliche Bergbau von Seltenerden werden heftig kritisiert, so dass ein entsprechend großes Nachfrageinteresse an fremd erregten Triebwerken aufkommt.

Nachteilig gegenüber dauererregten Motoren sind ihre hohe Geschwindigkeit durch das System mit der Forderung nach einem weiteren Reduktionsgetriebe, ihre grössere Bauweise und ein geringerer Effizienz, d.h. hoher Energieverbrauch. Eine weitere Besonderheit von Elektrofahrzeugen kann der Antrieb sein. Nachteilig ist zum einen die hohe ungefederte Masse pro Laufrad, zum anderen die ungeschützte Anordnung unmittelbar im Verschmutzungsbereich der Laufräder, die eine entsprechende aufwändige Verkapselung erforderlich macht.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die E-Mobilität in den Startblöcken steht. Bei gewerblichem und privatem Fernverkehr in Gestalt von Verbrennungsmotoren und Hybridanlagen mit Energieerzeugung durch Ottomotoren oder Brennstoffzelle. Bei der kurz- und mittelfristigen Nutzung der immer größer werdenden Ballungsräume dagegen steht ganz im Zeichen der Elektrizität, auch hier spielt das Carsharing in Zukunft eine wichtige Rolle für die bundesweite Stromverteilung.

So könnten z.B. Ladeklemmen an Leuchtenmasten angebracht werden, und die berührungslose Induktionsladungstechnik ist ein weiteres Forschungsgebiet.