Wie funktioniert eigentlich ein Elektroauto?

Das „E“ am Ende eines Auto-Kennzeichens signalisiert, dass es sich um ein Elektrofahrzeug handelt. Wenn man im Straßenverkehr darauf achtet, wird man feststellen, dass diese immer mehr werden.

Ein Elektrofahrzeug benötigt zwei Komponenten: den Elektromotor (statt Benzin- oder Dieselmotor) und die Batterie (statt dem Kraftstofftank).

Der Elektromotor besteht im Wesentlichen nur aus zwei Komponenten. Zum einen aus dem Permanentmagnet, der zu jeder Zeit magnetisch ist. Er besitzt einen „Nordpol“ und einen „Südpol“. Treffen zwei Permentmagnete auf einander, so werden sich Nord- und Südpol anziehen, wogegen sich Nord- und Nordpol abstoßen. Das passiert auch, wenn Südpol auf Südpol trifft. Die zweite Komponente ist ein Elektromagnet. Der ist nur magnetisch, wenn Strom durch ihn fließt. Aber auch hier gibt es Nord- und Südpol, die sich genauso anziehen bzw. abstoßen wie Permanentmagnete.

Der Permanentmagnet im Elektromotor heißt „Stator“, weil er sich nicht bewegt. Er ist kreisförmig ausgelegt, und in diesem Kreis sitzt auf einer Welle der Elektromagnet, genannt „Rotor“. Setzt man nun den Rotor unter Strom, so wird er magnetisch. Der Nord- und der Südpol bei beiden Magneten ist nun aktiv. Das heißt, der Elektromagnet wird vom Nord- bzw. Südpol angezogen bzw.  abgestoßen. Dadurch entsteht eine Drehbewegung, mit der man ein Fahrzeug antreiben kann.

Hier ein Link zu einem Video, in dem die Funktionsweise eines Elektromotors sehr anschaulich dargestellt wird: [LINK

In Fahrzeugen werden heute zwei Arten von Elektromotoren verbaut. Der Asynchronmotor ist ein langlebiger und dabei sehr kostengünstiger Elektromotor. Er ist wartungsarm und hat den Vorteil, dass er zum Anlaufen keine „Hilfe“ in Form spezieller Anlaufhilfen benötigt. Der Synchronmotor ist teurer in der Herstellung, bietet aber einen höheren Wirkungsgrad. Das heißt, er verwandelt den Strom in höhere Leistung um als der Asynchronmotor. Er ist technisch aufwändiger – unter anderem, weil er nur mit Hilfen starten kann. In Fahrzeugen werden überwiegend Synchronmotoren verbaut.

Ein wesentlicher Faktor bei der Nutzbarkeit eines Elektrofahrzeugs sind die Batterien. Heute werden fast ausschließlich nur noch Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Sie verfügen über eine hohe Energiedichte (es lässt sich viel Strom in der Batterie speichern) und ist im Verhältnis zu anderen Batteriearten sehr leicht und dauerhaltbar (kann sehr oft neu geladen werden). Sie bestehen aus vielen kleinen Zellen, wobei die Kathode oft aus Nickel-Mangan-Kobalt (NMC) oder Lithium-Eisenphosphat (LFP) besteht.

Nickel-Mangan-Kobalt-Batterien (NMC) können bei gleichem Gewicht mehr Strom speichern als Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP). Letztere sind langlebiger (können öfter geladen werden ehe Leistungsverluste entstehen). Lithium-Eisenphosphat-Batterien benötigen kein Kobalt. Im Fahrzeugbau werden NMC-Batterien verbaut, wenn es um maximale Leistung und Reichweite geht. LFP-Batterien finden dann Anwendung, wenn es um Kosten und Langlebigkeit geht.

Auf dem Markt werden zurzeit Fahrzeuge mit unterschiedlichen Volt-Angaben angeboten.

Je höher die angegebene Volt-Zahl, desto schneller kann die Batterie des Fahrzeugs geladen werden. Aktuell liegt der Spitzenwert bei 800 Volt.

Die Größe der Batterien wird mit kW (Kilowatt) angegeben. Je höher diese Zahl ist, desto höher ist die Reichweite. Das stimmt aber nicht immer, denn das Gewicht eines Fahrzeugs und der Luftwiderstand (CW-Wert) haben logischer Weise einen großen Einfluss auf die Reichweite.

Bei der kW-Angabe von Fahrzeug-Batterien wird immer zwischen Netto- und Bruttokapazität unterschieden. Um die Batterien zu schonen, gibt es eine Schutzfunktion, die dafür sorgt, dass die Batterie nicht völlig entladen werden kann.

Das Laden einer Autobatterie erfolgt aus dem gleichen Grund nicht mit konstanter Leistung. Ist der Batterie-Stand niedrig, wird zunächst mit voller Leistung geladen. Je voller der Batterie wird, desto niedriger wird der Ladestrom. Es empfiehlt sich deshalb, ein Elektroauto immer nur von 10 bis 80 % zu laden. Dies ist schonender für die Lebensdauer der Batterie und zeitlich optimal, da das Laden der letzten 20% überproportional viel Zeit in Anspruch nimmt.

Die Reichweiten von Elektrofahrzeugen werden in Kilometern mit dem Zusatz WLTP angegeben. WLTP ist ein immer identischer Fahrzyklus, so dass man Verbräuche von Fahrzeugen miteinander vergleichen kann. Leider sind diese Fahrzyklen nicht sehr praxisnah. Als Faustregel kann man sagen, dass die realen Reichweiten im Sommer bei 80% und im Winter bei 65% der WLTP-Werte liegen.

Matthias Dumpf für

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