Typischer Aufbau und Funktionsweise eines Elektroautos

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Sportlich, schick, luxuriös – so präsentiert sich die schnittige Limousine Model S aus dem Hause Tesla. Dass es sich um ein E-Auto handelt, ist auf den ersten Blick kaum zu erkennen. Rein optisch unterscheiden sich viele E-Mobile nicht von herkömmlichen Autos. Wohl aber im Aufbau: Der Elektromotor löst den Verbrennungsmotor ab, die Batterie fungiert als neuer Energiespeicher. Das wirkt sich ganz erheblich auf die übrigen Komponenten aus!


Kurz erklärt: Wie funktioniert ein Elektroauto?

Zentraler Bestandteil eines Elektroautos ist der Motor. Anders als der Verbrennungsmotor ist dieser rein elektrobetrieben. Fossile Brennstoffe sind somit nicht mehr notwendig – folglich wird während der Fahrt auch kein umweltschädliches CO2 emittiert, was wohl zu den größten Argumenten für die e-Mobilität zählt. Gleicher Meinung ist die Bundesregierung, die sich bis zum Jahr 2020 bundesweit eine Million verkaufte E-Cars zum Ziel gesetzt hat.

Doch wie funktionieren Elektroautos, wenn nicht über Benzin oder Diesel? Im Elektromotor wird, vereinfacht ausgedrückt, elektrische Energie in mechanische umgewandelt. Die elektrische Energie als solche wird in einer Batterie gespeichert. Der E-Motor bezieht diese Energie dann, um Magnetfelder zu erzeugen, durch deren anziehende und abstoßende Kräfte eine Drehbewegung erreicht wird.

Schnell wird klar: Viele Komponenten eines normalen PKW, wie etwa das Abgassystem oder der Kraftstofftank, sind im E-Auto überflüssig. Gleichzeitig bringt die innovative Elektroauto-Funktion jedoch auch die Notwendigkeit neuer Komponenten mit sich.

Der typische Aufbau eines Elektroautos

Als Folge des grundlegend verschiedenen Antriebs weicht ein Elektroauto im Aufbau erheblich von einem Benziner ab. Im Wesentlichen besteht jeder Stromer aus den folgenden Bestandteilen:

Hochvoltbatterie

Die Batterie können Sie sich wie einen großen Energiespeicher vorstellen, der meist im unteren Teil des Fahrzeugs platziert ist. Er bildet nicht nur die größte, sondern zugleich auch die teuerste Komponente im Elektroauto. Die Funktionsweise basiert auf Elektromagnetismus: Durch chemische Prozesse wird Energie eingelagert und auf Bedarf wieder freigesetzt. Aktuell werden vorrangig sogenannte Lithium-Ionen-Batterien verwendet, die sich vor allem durch folgende Vorteile auszeichnen:

  • hohe Energiedichte
  • lange Haltbarkeit
  • ermöglicht Schnellladungen
  • große Kapazität

Laut Experten wird dieser Batterietyp bis zum Jahr 2020 seinen technischen Höchststand erreichen. Gleichzeitig wird bereits an der nächsten Generation, der Lithium-Luft-Batterien geforscht, deren Leistung bis zu 30 Mal höher im Vergleich zur jetzigen Version ausfallen könnte.

Info: Batterie bestimmt die Reichweite

Die Kapazität der Batterie bestimmt, welche Strecke Sie mit einer Batterieladung zurücklegen können. Spitzenreiter ist aktuell der Tesla S: Die E-Limousine kann laut Hersteller bis zu 600 Kilometer am Stück fahren. Dahinter folgt der i3 aus dem Hause BMW – hier können Sie rund die Hälfte der Strecke zurücklegen. Bedenken sollten Sie allerdings, dass mit der Kapazität der Batterie meist auch der Kaufpreis steigt!

Wichtig ist zudem das Batterie-Management-System. Diesem kommt die wichtige Aufgabe zu, die verschiedenen Akkuzellen zu überwachen, aus denen sich die Batterie zusammensetzt. So muss zum einen die Temperatur der einzelnen Zellen kontrolliert werden. Zum anderen muss das System während des Ladens etwaige Spannungsschwankungen ausgleichen, um die Batterie zu schützen.

Elektromotor

Auf Bedarf wird die elektrische Energie, die chemisch in der Batterie gespeichert ist, in den Motor eingespeist. Dieser befindet sich meist über der Vorderachse, kann jedoch auch im hinteren Teil des Fahrzeugs montiert werden. Im Bereich der e-Mobilität wird in der Regel der synchrone Wechselstrommotor genutzt. Dieser besteht im Wesentlichen aus zwei Elektromagneten, auch Stator und Rotor genannt.

Während im fest montierten Stator über Gleichstrom ein konstantes Magnetfeld erzeugt wird, kommt im innenliegenden, drehbaren Rotor Wechselstrom zum Einsatz. Dadurch wird hier ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt. Die Pole des Rotors wechseln in gleichem Maße wie der Fluss des Wechselstroms. Somit wird ein Anziehen und Abstoßen der Pole von Stator und Rotor erreicht, sodass der Rotor rotiert. Durch die ständig wechselnde Richtung des Wechselstroms wird ein Erliegen der Bewegung verhindert. Diese Drehbewegung wird anschließend auf die Achse übertragen. Somit bildet der Motor das Kernstück im Elektroauto-Aufbau.

Leistungselektronik

Batterie und Elektromotor können nur über die sogenannte Leistungselektronik miteinander agieren. Ihr kommt die wichtige Aufgabe zu, Frequenz, Form und Stärke des Stroms so umzuwandeln, wie es gerade benötigt wird.

Daneben stellt die Leistungselektronik auch die Verbindung zwischen Batterie und weiteren elektrischen Verbrauchern sowie zum öffentlichen Stromnetz während des Ladeprozesses her. Das Kernstück bildet dabei das sogenannte Hochvolt-Bordnetz, in dem jegliche Verbindungen zusammenlaufen.

Ladeanschluss

Von höchster Priorität für die Funktionsweise eines Elektroautos ist der Ladeanschluss. Üblicherweise befindet er sich wie die Tankklappe beim Benziner an der Seite des Fahrzeugs.
Dort bildet er die Schnittstelle zwischen Batterie und öffentlichem Stromnetz und ist somit Voraussetzung für den Ladevorgang. Dazu können Sie deutschlandweit rund 3.000 öffentliche Stationen ansteuern. Alternativ kann das E-Mobil jedoch auch an der heimischen Steckdose bei niedrigerer Stärke geladen werden.

Tipp: Ladedauer zu Hause verkürzen

Um die Ladezeit Ihres Elektromobils an der heimischen Steckdose zu verkürzen, erhalten Sie vom Hersteller eine spezielle Wandladestation, die sogenannte Wallbox. Diese gestaltet den Ladeprozess nicht nur sicherer, sondern erreicht auch höhere Stromstärken.

Niedervoltbatterie

Während die Hochvoltbatterie hauptsächlich den Motor mit Energie versorgt, ist die Niedervoltbatterie für kleinere elektrische Verbraucher verantwortlich. Dazu zählt beispielsweise die Bordelektronik mit Autoradio und die Beleuchtung. Außerdem kann hier Energie gespeichert werden, die durch Rekuperation beim Bremsen gewonnen wird. Deshalb befindet sich das Rekuperationssystem meist direkt an den Rädern.

Definition: Rekuperation

Der Begriff „Rekuperation“ stammt aus dem Lateinischen und bedeutet Rückgewinnung. Im Elektroauto kann durch ein System, den sogenannten Rekuperator, Energie zurückgewonnen werden, die zum Beispiel während des Bremsens frei wird. Diese wird dann in elektrische Energie umgewandelt und zurück in den Akku gespeist.

Unterschiede zwischen Benziner und Elektroauto: Funktion und Technik

Es ist vor allem dem Elektromotor zu verdanken, dass viele Bestandteile von Benzinern in Stromern überhaupt nicht nötig sind. Vor allem gehören dazu Komponenten, die direkt mit dem Kraftstoff und dem Verbrennungsmotor zusammenhängen, aber auch einige weitere:

  • Tank
  • Tankleitung
  • Einspritzpumpe
  • Kupplung
  • Getriebe
  • Zahnriemen
  • Abgasanlage

Dadurch ergibt sich ein großer Vorteil für E-Mobile: Zum einen entfällt Gewicht, das dringend für die schwere Batterie benötigt wird. Zum anderen sinken die Reparaturkosten, da viele Verschleißteile im Elektroauto schlichtweg nicht vorhanden sind.

Durch die unterschiedliche Technik ergeben sich noch viele weitere Unterschiede zwischen Benziner und Elektroauto: Der Aufbau ist flexibler, da der Motor nicht zwangsläufig im Motorraum platziert werden muss. Dadurch können Fahrzeuge mit Heckantrieb zugunsten einer schmaleren Form auf den sogenannten Getriebetunnel verzichten.

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