Technische Grundlagen zu E-Autos

Wir stellen Ihnen die verschiedenen Arten von Elektroautos vor und erklären Ihnen wie ein E-Auto aufgebaut ist und funktioniert. 

Arten von E-Autos

Elektroauto ist nicht gleich Elektroauto – auch hier gibt es Unterschiede in Aufbau und Funktionsweise. Je nach Fahrverhalten eignen sich demnach auch unterschiedliche Modelle. Die drei herkömmlichsten Arten sind: Das reine Elektroauto, der Range Extender und der Plug-In-Hybrid. Im Folgenden finden Sie eine Übersicht über den Aufbau und die Unterschiede der drei Arten.

Grafik eines reinen E-Autos

Das reine Elektroauto (BEV)

Reine Elektrofahrzeuge sind ausschließlich mit einem Elektromotor ausgestattet und beziehen die für den Antrieb benötigte Energie aus einer Energiequelle im Fahrzeug. Die Batterie wird über das Stromnetz geladen und kann zurückgewonnene Bremsenergie speichern (Fachbegriff: Rekuperation). Da diese Fahrzeuge im Englischen „Battery Electric Vehicle“ genannt werden, hat sich mittlerweile auch im Deutschen die Abkürzung BEV eingebürgert.

Range Extender (REEV)

Elektrofahrzeuge, die zusätzlich zur Batterie einen Verbrennungsmotor (den sogenannten „Range Extender“ = Reichweitenverlängerer) verbaut haben, nennt man „Range Extended Electric Vehicle“ (REEV). Aufgrund der aktuell noch teuren Batterietechnik werden diese von einigen Automobilherstellern angeboten. Der Zusatzmotor liefert Strom für die Batterie, treibt das Fahrzeug jedoch nicht direkt an (im Gegensatz zum PHEV). Bei niedrigem Batteriestatus wird der Range Extender automatisch aktiviert und hält den Akkustatus durch den Ladestrom während der Fahrt auf einem konstanten Niveau. Damit wird verhindert, dass das Auto während der Fahrt aufgrund einer leeren Batterie liegen bleibt.

Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV)

Ein Hybridfahrzeug vereint das elektrische mit dem konventionellen Antriebssystem (HEV = „Hybrid Electric Vehicle“). Diese Fahrzeuge sind sowohl mit einem Elektromotor als auch mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet. Hybridfahrzeuge haben den Vorteil, dass alltägliche Kurzstrecken rein elektrisch zurückgelegt werden können, aber auch größere Distanzen kein Problem darstellen. Mit den Fortschritten bei der Batterietechnik wird es künftig möglich sein, den elektrischen Anteil immer weiter zu vergrößern. Bei einem HEV lädt sich die Batterie über zurückgewonnene Bremsenergie oder den Verbrennungsmotor auf. Wird eine Batterie verwendet, die über das Stromnetz aufgeladen werden kann, spricht man von einem „Plug-In-Hybrid Electric Vehicle“ (PHEV).

Aufbau und Funktionsweise von E-Autos

Grafik eines E-Autos von innen

Batterie

Die Hochvolt-Batterie ist meist im unteren Teil des Fahrzeugs platziert und bildet nicht nur die platztechnisch Größte, sondern zugleich die teuerste Komponente im Elektroauto. Durch chemische Prozesse wird Energie gespeichert und bei Bedarf wieder freigesetzt. Aktuell werden primär Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Laut Experten wird dieser Batterietyp bis 2020 weitestgehend seinen technischen Höchststand erreichen. Gleichzeitig wird bereits an einer möglichen nächsten Generation der Lithium-Luft-Batterie geforscht, deren Leistung deutlich höher ausfallen könnte. Die Kapazität der Batterie bestimmt, welche Strecke ohne zwischenzeitlichen Ladevorgang zurückgelegt werden kann. Wichtig ist zudem das Batterie-Management-System. Dieses hat die Aufgabe, die verschiedenen Akkuzellen der Batterie zu überwachen. Es muss einerseits die Temperatur der Batterie-Zellen kontrolliert werden, andererseits muss das System während des Ladens etwaige Spannungsschwankungen ausgleichen, damit die Batterie nicht beschädigt wird. Während die Hochvolt-Batterie primär den Motor versorgt, ist die Niedervolt-Batterie für kleineren elektrischen Verbraucher verantwortlich. Dazu zählen unter anderem die Bordelektronik, das Autoradio oder die Beleuchtung.

Leistungselektronik

Batterie und Elektromotor können nur über die sogenannte Leistungselektronik miteinander funktionieren. Sie hat die Aufgabe Frequenz, Form und Stärke des Stroms so umzuwandeln, wie er gerade vom Motor benötigt wird. Außerdem stellt die Leistungselektronik auch die Verbindung zwischen Batterie und weiteren elektrischen Verbrauchern sowie zur Stromquelle während des Ladeprozesses her. Im Hochvolt-Bordnetz laufen jegliche elektrische Verbindungen zusammen.

Elektromotor

Die elektrische Energie, die chemisch in der Batterie gespeichert ist, wird bei Bedarf in den Elektromotor eingespeist. Dieser befindet sich bei den meisten Fahrzeugmodellen oberhalb der Vorderachse, kann jedoch auch im hinteren Teil des Fahrzeugs montiert werden. In Elektroautos wird in der Regel ein sogenannter „synchroner Wechselstrommotor“ verwendet. Dieser besteht maßgeblich aus zwei Elektromagneten. Während im fest montierten „Stator“ durch Gleichstrom ein konstantes Magnetfeld erzeugt wird, kommt beim drehbaren „Rotor“ Wechselstrom zum Einsatz. Dadurch wird bei letzterem ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt und die Pole des Rotors wechseln in gleichem Maße wie der Fluss des Wechselstroms. Ergebnis ist ein wechselndes Anziehen und Abstoßen der Pole von Stator und Rotor, das in einer rotierenden Bewegung resultiert. Diese Drehbewegung wird anschließend auf die Achse und somit auf die Räder übertragen.

Ladeanschluss

Der Ladeanschluss eines Elektroautos befindet sich üblicherweise, analog zur Tankklappe beim herkömmlichen Fahrzeug, an der Seite des Fahrzeugs. Er bildet die Schnittstelle zwischen Batterie und einer Stromquelle. Der Ladeanschluss ist somit Voraussetzung für den Ladevorgang. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Ladung an einer öffentlichen Station oder an der heimischen Steckdose bei niedrigerer Stärke geladen werden soll. Zusätzlich zu den Ladeanschlüssen, die nur ein Laden des Elektroautos ermöglichen, besitzen viele neue E-Automodelle einen bidirektionalen Ladeanschluss. Über diesen Anschluss ist sowohl ein Laden als auch ein Entladen der Batterie möglich, um die im Auto gespeicherte Energie auch für externe Geräte zu nutzen oder Energie bei Bedarf in das Stromnetz zurückzuführen (Vehicle-to-Grid).

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