Aber wie funktioniert ein Elektroauto? Aus welchen Komponenten besteht ein Elektroantrieb? Wie kommt der Strom ins Auto, wo wird er gespeichert, und wie wird er genutzt? AUTO BILD gibt Antworten auf die wichtigsten Fragen zur Funktion eines E-Autos - und welchen Preisvorteil es hat!
Der Modulare E-Antriebs-Baukasten (MEB) von VW mit der sogenannten Skateboard-Architektur.
Die Architektur eines Elektroautos
Der Antrieb eines Elektroautos besteht im Wesentlichen aus einem Akku, einem Motor (oder auch mehreren) sowie einem Lade- und Leistungsmanagement. So wie beim Modularen E-Antriebs-Baukasten (MEB) von Volkswagen wird meist die sogenannte "Skateboard-Architektur" verwendet. Dabei liegt die Batterie gut geschützt und platzsparend im Unterboden, die anderen Komponenten sitzen an Vorder- und Hinterachse. Alle Teile sind durch Hochvolt-Kabel miteinander verbunden. Im System liegen meist 408 Volt Spannung an, also deutlich mehr als an der heimischen Steckdose (230 V). Es können aber bis zu 800 Volt sein, wie beim Porsche Taycan.
Ladesäule, Wallbox und Co: So werden E-Autos geladen
Zwar kann mit den meisten Elektroautos an einer Haushaltssteckdose Wechselstrom (AC, 2,3 kW) "getankt" und im Fahrzeug von einem Stromwandler zu Gleichstrom (DC) geformt werden. Deutlich schneller, gefahrloser und praktikabler ist jedoch das Laden von Gleichstrom an einer "Wallbox" (lesen Sie hier alles Wissenswerte, inklusive Wallbox-Test). Mit einer Wallbox ist eine Ladeleistung von 11 oder gar 22 kW (400 Volt, 32 Ampere) üblich, das Laden geht also deutlich schneller. An öffentlichen Ladesäulen können es bis zu 43 kW (400 Volt, 63 Ampere) sein. Allerdings muss auch die Ladeleistung des Autos dafür ausgelegt sein.
Eine Wallbox erleichtert und beschleunigt das Aufladen des Elektroautos zu Hause entscheidend.
Angeschlossen wird ein Stecker (in Europa meist ein dreiphasiger Typ-2-Stecker), der Strom fließt durch ein Mode-3-Kabel zum Ladeanschluss an der Außenseite des Fahrzeugs. Mit einem bidirektionalen Ladeanschluss ist auch die Rückführung der im Auto gespeicherten Energie in den Haushalt (Vehicle-to-Grid/V2G oder Vehicle-to-Home/V2H) möglich. Dank der Rekuperation (Rückgewinnung der Bremsenergie) können die meisten E-Autos ihren Akku während der Fahrt zumindest teilweise wieder aufladen. Diese Eigenschaft erhöht den Wirkungsgrad der Antriebsart. Denn anders als beim Verbrenner, wo die Bewegungsenergie beim Bremsen als nutzlose Abwärme in die Umgebung abgegeben wird, wird ein Teil davon bei elektrischen oder teilelektrischen Fahrzeugen im Akku gespeichert.
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Energiespeicher: der Akku im Elektroauto
Der Akku ist quasi der Tank des Elektroautos – und die teuerste Komponente seines Antriebs. Ein ausgeklügeltes Management sorgt für die richtige Temperatur und gleicht Spannungsschwankungen aus. Meist handelt es sich um einen Lithium-Ionen-Akku, da diese Materialmischung am schnellsten, am häufigsten (Stichwort Zyklenfestigkeit) und mit dem größten Volumen aufladbar ist. Der Akku eines E-Autos besteht aus einzelnen Modulen (je mehr, desto höher die Reichweite des Autos), die einzeln ausgetauscht werden können und sich wiederum aus vielen Batteriezellen zusammensetzen. Moderne Systeme setzen auf sogenannte "Pouch-Zellen", die von ihrer Bauart her Handy-Akkus ähneln. Daneben gibt es noch die prismatische und die zylindrische Bauweise. Zusätzlich zu dieser sogenannten Hochvoltbatterie gibt es noch eine Niedervoltbatterie, die die Bordelektronik (Radio, Heizung etc.) versorgt. (Wie ein Akku aufgebaut ist, erfahren Sie hier.)
Die Leistungselektronik im Elektroauto
Die Leistungselektronik ist das "Gehirn" des E-Antriebs. Sie erzeugt aus dem in der Batterie gespeicherten Gleichstrom genau den Wechselstrom, der für die aktuelle Fahrsituation benötigt wird. Mithilfe intelligenter Frequenz- und Amplitudensteuerung (Begrenzung der Spannung) regelt der Wechselrichter die Leistung der E-Maschine. Während die Frequenz des Wechselstroms die Geschwindigkeit des Autos regelt, ist die Amplitude am Ende für die Leistung verantwortlich.
Gehäuse, Stator, Rotor (v. l.): Mit diesen Komponenten werden Magnetfelder in Bewegung umgewandelt.
Der Motor des E-Autos
Der Motor eines E-Autos ist eine im Vergleich zum Verbrenner sehr simple Maschine. Im Elektromotor werden wechselnde Magnetfelder in Bewegung umgewandelt. Genauer gesagt, verändern fest integrierte Statoren (Magnet 1) durch die Energie aus dem Akku ständig ihre Pole. Der in der Mitte oder im Stator sitzende Rotor (Magnet 2) wird dadurch wechselseitig angezogen und abgestoßen, gerät in eine Drehbewegung und sorgt schließlich dafür, dass sich die Räder in Gang setzen.
Kraftübertragung und Verschleiß beim E-Auto
Der Elektromotor hat neben einem fehlenden CO2-Ausstoß im Betrieb viele weitere Vorzüge. Anders als Verbrenner arbeiten E-Motoren reibungs- und verschleißarm, energieeffizient, vibrationsfrei und nahezu geräuschlos. Während Verbrennungsmotoren ihre Zugkraft erst bei 800 bis 1000 Umdrehungen pro Minute erreichen, liegt beim E-Motor von Beginn an das volle Drehmoment über einen großen Drehzahlbereich an. Schaltvorgänge sind beim E-Auto nicht erforderlich, weswegen es ohne ein mehrstufiges Getriebe und ohne eine klassische Kupplung auskommt. Allerdings verfügen Hochleistungs-E-Autos (wie der Porsche Taycan) aus Effizienzgründen über zwei Fahrstufen. (Was Sie tun sollten, wenn ein E-Auto liegen bleibt, erfahren Sie hier.)
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