E-Auto

Äußerlich unterscheidet sich das E-Auto  (EV [Electric Vehicle] - BEV [Battery Electric Vehicle]) nicht vom Verbrenner-Auto. An den fehlenden Motorengeräuschen und Abgase sowie durch ein E-Kennzeichen kann man es erkennen.

Erst ein Blick unter die Karosserie zeigt den Unterschied. Der Antrieb ist auf Strom ausgerichtet und benötigt dafür Akku und E-Motor. Das Herzstück ist der Akku, dessen gespeicherte Energie weitere Komponenten versorgt. Elektromotoren erzeugen durch elektromagnetische Energie Bewegung, wodurch E-Autos angetrieben werden.

In den Traktionsbatterien (Lithium-Ionen-Akkus) wird Energie gespeichert und bei Bedarf über chemische Prozesse freigegeben.

Ein Getriebe und eine Schaltung benötigen E-Autos nicht.

Bauteile eines E-Autos - (BEV [Battery Electric Vehicle]):
• Hochvoltbatterie (Akku)
• Niedervoltbatterie
• Elektromotor
• Leistungselektronik
• Batteriemanagementsystem (BMS)
• Kühlsysteme
• Ladeanschluss

Bei der Platzierung dieser Komponenten hat sich vor allem die so genannte Skateboard-Architektur bewährt: Die Hochvoltbatterie wird zwischen den Achsen im Unterboden verbaut, der Elektromotor, die Leistungselektronik und das BMS befinden sich an der Vorder- und/oder der Hinterachse.

Komponenten des Elektroantriebs

• Akku: Der Akku bzw. die Batterie (Energiespeicher) speichert Energie zwischen und gibt diese bei Bedarf wieder ab. Der Vorgang erfolgt durch einen chemischen Prozess. Derzeit verwenden die meisten Fahrzeughersteller und Zulieferer die Lithium-Ionen-Batterie mit Nickel-, Mangan- und Kobalt-Anteilen (NMC). Alternativ wird auf die Lithium-Eisenphosphat-Batterie (LFP) gesetzt. Ab 2025 ist mit den ersten Feststoffakkus im Automobil zu rechnen.
Außerdem gibt es eine 12-Volt-Starterbatterie, die das Hochvoltsystem des Autos vor Fahrtbeginn aktiviert und Verbraucher (Steuergeräte, Beleuchtung, Infotainment) mit Energie versorgen. Ohne Starterbatterie (leer oder defekt) kann ein E-Auto nicht gestartet werden.

• Elektromotor: Der E-Motor besteht in der Regel aus zwei Magneten, welche aus elektrischer Energie über ein Magnetfeld mechanische Energie erzeugen. Durch den Magnetismus stoßen sich dabei gleiche Pole ab, während sich ungleiche Pole anziehen. Durch den Aufbau von Elektromotoren wird diese Energie in eine Drehbewegung konvertiert, welche das Fahrzeug antreibt. Zur Kühlung werden Luft- oder Wasserkühlungssysteme genutzt. Generell sind Elektromotoren entweder Gleichstrommotoren oder Wechselstrommotoren.

• Leistungselektronik: Durch sie kommunizieren Akku und Motor miteinander. Sie wandelt zudem den Strom so um, wie er gerade vom Motor benötigt wird. Die Leistungselektronik besteht aus einem sogenannten Inverter sowie einem Spannungswandler. Der Inverter regelt und überwacht den Elektromotor und sorgt für die anforderungsgerechte Drehmomentversorgung und Drehzahlsteuerung des E-Antriebsstrangs.

• Batteriemanagementsystem (BMS): Das BMS sitzt in den Akkus. Es ist das "Gehirn" der Hochvoltbatterie. Es überwacht die Zustände der Zellen während des Betriebs und beim Laden. Beim Laden gibt das BMS auf Basis verschiedener Umgebungsdaten die mögliche Ladeleistung, besonders beim Schnellladen, vor.

• Kühlsystem: Das Kühlsystem (Thermomanagement) hält die Temperatur des Elektromotors, der Leistungselektronik und des Akkus in einem optimalen Bereich.
Die Batteriekühlung sorgt dafür, die Li-Ionen-Batterie in einem optimalen Temperaturbereich zu halten. Damit ein E-Auto mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann, ist es notwendig, die Temperatur des E-Motors, der Leistungselektronik und der Batterie in einem optimalen Temperaturbereich zu halten. So müssen E-Motor und Leistungselektronik stets gekühlt werden, während die Batterie situationsbedingt entweder gekühlt oder beheizt werden muss. Für die Kühlung der Li-Ionen-Batterie und der Leistungselektronik müssen Temperaturen unter 40 °C realisiert werden. Um das zu erreichen, bedarf es eines ausgeklügelten Thermomanagement-Systems. Hier werden zwei verschiedene Systeme unterschieden. Der Kältemittel-basierende Kreislauf (direkte Batteriekühlung) und der Kühl- und Kältemittel-basierende Kreislauf (indirekte Batteriekühlung).

Weitere Themen zum E-Auto

Ich konnte mir nicht vorstellen, dass mein Umstieg nach 60 Jahre Schaltgetriebe meiner Verbrenner auf das E-Auto so viel Fahrspaß bereitet. Ich war schon bei der Probefahrt begeistert.

Auch wenn ich jetzt nicht mehr sehr hohen Geschwindigkeiten fahren kann, genieße ich das ruhige Fahren mit meinem Renault Zoe Intens R135 Z.E. 50, der nur 140 km/h schafft, was ich auf den Gemeinde-, Kreis- Land- und Bundesstraßen sowieso nicht benötige. Ich fahre meistens mit dem Eco-Modus*, der nur zum Überholen abgeschaltet wird und dann geht das Auto im Sport-Modus bzw. D-Modus wie eine "Rakete" ab (Beschleunigung von 60 auf 100 km/h in kurzen 5,3 Sekunden oder von 80 auf 120 in 7,1 Sekunden).

* Eco-Modus ist eine künstliche Reduzierung der Leistung. In dem Modus ruft der Motor im Gegenstz zum D-Modus nicht die volle Leistung ab, was wiederum für einen geringeren Verbrauch sorgt. Der Eco-Modus optimiert bzw. reduziert die Beschleunigung und die Geschwindigkeitsregulierung. Besonders im Stadtverkehr, Stau und Stop-and-go-Verkehr verzichtet man mit dem Eco-Modus nicht auf Fahrvergnügen, spart aber wie der B-Modus Strom.

Hier ausführlicher > E-Auto - Eco-Modus und E-Auto - B-Modus

Die Außentemperatur hat einen Einfluss auf die Reichweite von E-Autos. Wenn die kalte Jahreszeit anbricht, vermindert sich die Reichweite. Im Winter ist das Laden eine Herausforderung, besonders beim Schnellladen an der öffentlichen Ladestation. Wenn die Akku-Temperatur unterhalb von 20 °C kommt, dann laufen die elektrochemischen Prozesse in den Zellen langsamer ab, der elektrische Innenwiderstand steigt an. Wer im Winter das E.Auto mit hohen Strömen und großer Geschwindigkeit (Schnellladen) auflädt, verursacht unter Umständen irreparable Schäden.

Ein Lithium-Ionen-Akku ist derzeit der gängigste Speicher für E-Autos. Bei winterlichen Temperaturen sinkt die Reichweite des Elektroautos, weil die chemischen Prozesse innerhalb des Lithium-Ionen Akkus nur noch langsam vonstatten gehen können. Liegt die Außentemperatur bei unter -25° Celsius, können die im Akku vorhandenen Elektrolyten gefrieren, was dem Akku erheblich schaden kann. Auch die Temperatur während des Ladevorgangs sollte beachtet werden, denn wenn Temperaturen von unter 0 °C herrschen, kann das zu einer vorzeitigen Alterung des Akkus führen.

Im Gegensatz zur Kälte bewirkt Hitze, dass sich die Elektrolyten im Akku zersetzen können. Das führt dann zu einer Schicht auf der Anode, der Akku funktioniert also nicht mehr richtig. Außerdem erhöht sich ab Temperaturen von über 35 °C die Ladedauer, weil die Ladeleistung durch die Hitze geringer ausfällt.
Einige Elektroautos verfügen über eine Vorkonditionierungsfunktion. Damit kann die Batterie automatisch oder manuell auf die optimale Temperatur erwärmt werden. Diese Vorkonditionierung verbraucht zwar einen Teil der Batterieleistung, um einen Erwärmungseffekt zu erzielen, aber sie kann die Batterie effizienter machen und die Reichweite maximieren.

Der Elektromotor hat mit 70 % den mit Abstand höchsten Wirkungsgrad unter den herkömmlichen Antriebsarten bei Personenkraftwagen. Er verfügt damit also über die höchste Effizienz in der Umwandlung der zugeführten Energie in nutzbringende Energie. Der Benzinmotor hingegen verfügt nur über einen Wirkungsgrad von 20 %. Auch bei den E-Fuels (synthetische Kraftstoffe) ist der Wirkungsgrad bislang gering. Außerdem ist der Energieaufwand für die Produktion sehr hoch, weshalb der Gebrauch bei Pkw umstritten ist.

Der Wirkungsgrad eines Motors beschreibt den Anteil der, über diverse Energieträger (zum Beispiel Benzin oder Diesel), zugeführten Energie, welcher in nutzbringende Energie umgewandelt werden kann. quelle: Statista