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Fokus: Elektromobilität
Fokus: Elektromobilität

Elektromotor: Funktionsweise in modernen E-Autos

Elektroautos sollen unsere Mobilität revolutionieren. Sie sind lokal emissionsfrei, beinahe geräuschlos und besitzen dabei hohe Leistungsreserven. Beim Elektromotor läuft alles zusammen. Wir zeigen dir, wie eine E-Maschine in modernen Elektroautos funktioniert.

Grundsätzlich arbeiten Elektromotoren mit Magnetfeldern. Ihre anziehenden und abstoßenden Kräfte sorgen für Vortrieb, setzen die elektrische Energie also in mechanische Energie um. Den Elektromotor dabei allein zu betrachten, wäre zu kurz gegriffen. Für ein funktionierendes Elektroauto sind natürlich noch weitere Bauteile nötig.

Aus welchen Bauteilen besteht ein modernes Elektroauto (unter anderem)?

  • Elektromotor (synchron oder asynchron)
  • Hochvoltbatterie (für die Fahrenergie)
  • Niedervoltbatterie (für die Bordelektronik)
  • AC/DC Ladeanschlüsse

Der Elektromotor

Moderne Elektroautos verfügen über Synchron- oder Asynchronmotoren. Der Unterschied zwischen beiden Motoren liegt in der Funktionsweise des so genannten Rotors. Beim Asynchronmotor folgt der Rotor (oder auch Läufer genannt) dem Stator zeitlich verzögert, daher asynchron. Beim Synchronmotor hingegen folgt der Rotor gleichzeitig dem magnetischen Drehfeld des Stators – also synchron.

Die meisten Elektroautos verwenden heute Synchronmotoren (PSM). Die Abkürzung PSM steht dabei für „permanenterregte Synchronmaschine“, also eine Elektromaschine bei der Permanentmagnete eingesetzt werden. Sie verfügt über einen sehr hohen Wirkungsgrad, eine große Leistungsdichte und eine konstante Leistungsabgabe über den ganzen Drehzahlbereich hinweg. Synchronmotoren sind nicht nur wirkungsvoller, sondern auch kleiner als Asynchronmotoren. Allerdings haben sie den Nachteil, dass man für ihre Produktion seltene Erden benötigt, die wiederum den CO2-Fußabdruck eines Elektroautos verschlechtern können. Asynchronmotoren benötigen dagegen keine seltenen Erden, sind günstiger, aber dafür auch größer und schwerer.

Autos mit Synchronmaschinen (Beispiele):

  • BMW i3
  • Nissan Leaf
  • Honda e
  • Porsche Taycan

Autos mit Asynchronmaschinen (Beispiele):

  • Audi e-tron
  • Mercedes EQC

Die Hochvoltbatterie

Kein Elektroauto fährt ohne einen geeigneten Stromspeicher, auch Traktionsbatterie genannt. Diese 400-Volt-Batterien sind vergleichbar mit Kraftstofftanks bei Autos mit Verbrennungsmotor. Dort wird die elektrische Energie gespeichert, die anschließend im Elektromotor in Vortrieb umgesetzt wird. Stand der Technik sind Lithium-Ionen-Akkus, die meist im Fahrzeugboden integriert werden. Je mehr Batteriezellen im Elektroauto Platz finden, desto weiter kommt es auch. Entscheidende Nachteile der Lithium-Ionen-Technik sind allerdings das hohe Gewicht, der benötigte Bauraum und die Tatsache, dass für die Herstellung ebenfalls noch seltene Erden verwendet werden. Doch ein Nachfolger steht schon bereit: Ab 2025 sollen Feststoffbatterien massentauglich und in größeren Stückzahlen verfügbar sein. Durch sie versprechen sich Forscher und Autobauer einen enormen Reichweitenzuwachs.

Die Niedervoltbatterie

Die Niedervoltbatterie versorgt in modernen Elektroautos die Bordelektronik mit Strom. Durch sie tönt aber nicht nur das Autoradio oder wischen die Scheibenwischer. Sie kann in gewissem Maße auch zurückgewonnene Energie, zum Beispiel durch Rekuperation oder beim Bremsen, zwischenspeichern und in die Hochvoltbatterie einspeisen.

Der AC/DC-Ladeanschluss

Über den Ladeanschluss wird das Elektroauto mit externer Energie versorgt. Beim Laden von Elektroautos unterscheidet man grundsätzlich zwischen zwei Strom- bzw. Ladearten. Am weitesten verbreitet, unter anderem in Innenstädten oder am eigenen Hausstrom, ist das AC-Laden, auch Normalladen genannt. AC (für Alternating Current), bezeichnet dabei Wechselstrom bis zu einer Ladegeschwindigkeit von 43,6 kW.

Die andere Stromart wird als DC (für Direct Current) bezeichnet. Damit ist im Deutschen Gleichstrom gemeint, der ständig in eine Richtung fließt, was bedeutet, dass die Polarität gleichbleibt. Bei DC-Laden spricht man gleichzeitig auch vom Schnellladen. DC-Ladestationen ermöglichen derzeit Stromdurchsätze, normalerweise bis 150 kW. Einige Infrastrukturanbieter werben bereits mit DC-Ladeleistungen bis 300 kW, allerdings fehlen Stand 2020 noch die Fahrzeuge, die wirklich derart schnell Strom nachladen können.

Weitere Infos zum Laden von Elektroautos, findest du hier.

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