Ein Wunder der modernen Technik

Wie funktioniert ein Elektroauto?

Bei Elektroautos ist vieles anders als in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren. Nicht nur die Antriebstechnik unterscheidet sich, es ergeben sich auch ganz andere Eindrücke und Anforderungen, was das Fahren angeht. Neu entwickelte Lithium-Ionen-Akkumulatoren ermöglichen zunehmend höhere Reichweiten. Wir erklären Funktionsweise, Vor- und Nachteile von Elektromobilität.

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  • Veröffentlicht am 10/24/2019, 12:07 PM
Der wichtigste Bestandteil eines Elektroautos ist der drehmomentstarke Elektromotor.
Quelle: Malte Ossowski/SVEN SIMON (Picture Alliance) Der wichtigste Bestandteil eines Elektroautos ist der drehmomentstarke Elektromotor

Elektrofahrzeuge sehen auf den ersten Blick aus wie ganz normale Autos. Erst wenn Du losfahren willst, fallen Dir die Unterschiede zum Verbrennungsmotor auf: Du musst keinen Knopf drücken, um den Motor zu starten. Du legst nur den Vorwärtsgang ein, gibst Gas und los geht die Fahrt. Alles, was Du hörst, ist ein leises Summen und das Abrollgeräusch der Reifen. Der geräuschlose Motor ist beim ersten Mal meist etwas verunsichernd, aber man gewöhnt sich sehr schnell daran. Es hat ja auch seinen Reiz, wenn man während der Fahrt die Vögel zwitschern hört. Und Du gewöhnst Dich auch schnell daran, dass das Getriebe stufenlos ist, also nicht geschaltet werden muss. Das starke Drehmoment ist stets verfügbar und schiebt das Fahrzeug kräftig an.

Der Motor – geräuscharm und vibrationsfrei

Ein Elektromotor hat einen deutlich höheren Wirkungsgrad als ein normaler Verbrennungsmotor. Aber wie funktioniert Elektromobilität? Mithilfe der Energie des eingebauten Akkus verändern fest verbaute Magnete ständig ihre Pole. Sie bringen einen Rotor durch Abstoßung und Anziehung in Bewegung. Während beim Verbrennungsmotor mir der Explosion des Benzin-Luft-Gemisches ziemlich lautstark Bewegung entsteht, arbeitet der Antrieb beim Elektromotor leise und ohne Vibrationen. Das erklärt auch, warum Elektrofahrzeuge so dezent unterwegs sind.
Die Funktionsweise von Elektromotoren ist sehr effizient, weil nur wenig Reibungs- und Wärmeverluste entstehen. Der Wirkungsgrad reicht bis über 90 Prozent. Viele Ersttäter in Sachen E-Auto sind schnell begeistert, weil die Kombination aus Ruhe und spontaner Kraftentfaltung Spaß macht. Hinzu kommt, dass die Elektrofahrzeuge üblicherweise ein stufenloses Getriebe haben, also keine Gangwechsel nötig sind und kein Ruckeln stört.
Das klingt alles ziemlich gut, E-Mobilität hat aber auch Nachteile. Das geräuscharme Fahren sorgt dafür, dass Fußgänger und Radfahrer die Elektromobile nicht wahrnehmen. Hupen ist nicht immer die ideale Lösung, es kann die Passanten auch verschrecken. Daher werden ab Mitte 2019 sogenannte Soundgeneratoren Pflicht für alle E-Autos. Bis zu einer Geschwindigkeit von 30 km/h machen sie mit einem dezenten, aber hörbaren Ton auf das elektrische Fahrzeug aufmerksam. Wenn das E-Mobil schneller fährt, genügt das deutlich wahrnehmbare Abrollgeräusch der Reifen.
Auch die Kraftübertragung geht beim Elektrofahrzeug andere Wege. E-Autos arbeiten üblicherweise mit Untersetzungsgetrieben und Antriebswellen. Immer häufiger werden auch sogenannte Radnabenmotoren eingesetzt. Bei diesem veränderten Aufbau sitzen die Elektromotoren direkt an den Achsen oder sogar an den Rädern. Auf diesem Weg benötigt das Fahrzeug weder Verteilergetriebe noch Antriebswellen. Bei Umrüstungen, wie etwa bei Oldtimern, kommen auch konventionelle Schaltgetriebe mit Kupplung zum Einsatz.
Ein kleiner, aber nicht uninteressanter Nebeneffekt ist der etwas andere Aufbau von E-Autos. Wo beim konventionellen Fahrzeug der Motor montiert ist, haben Elektrofahrzeuge nicht selten einen zusätzlichen Kofferraum, weil Elektromotoren wenig Platz in Anspruch nehmen und Akkus dezent im Bodenbereich verbaut sind. Außerdem brauchen E-Autos keinen Tank und keine Auspuffanlage.

Die Batterien von Elektroautos sind in den letzten Jahren deutlich leistungsstärker geworden.
Quelle: Ulrich Baumgarten (picture alliance) Die Batterien von Elektroautos sind in den letzten Jahren deutlich leistungsstärker geworden

Die Reichweite muss noch wachsen

Zu den am häufigsten genannten Kritikpunkten an Elektroautos zählt neben den relativ hohen Preisen vor allem die Reichweite. Und die hängt von der Leistungsfähigkeit der Batterien ab. Lithium-Ionen-Akkus sind derzeit der technische Standard, weil sie oft be- und entladen werden können. Das ist auch notwendig, denn die Batterie ist der teuerste Kostenfaktor beim Elektroauto.
Die Leistungsfähigkeit der Lithium-Ionen-Batterien hat in der jüngsten Vergangenheit kräftig zugenommen. Kapazitäten von bis zu 100 kWh Strom bei größeren Fahrzeugen sind mittlerweile üblich und damit auch Reichweiten, die bei 400 bis 500 Kilometern liegen. Je nach Fahrzeuggröße und Gewicht kannst Du mit einem Verbrauch von 12 bis 25 kWh Strom rechnen.
Ein Nachteil der Lithium-Ionen-Batterien ist die Feuergefahr. Wenn die Akkus heiß werden oder etwa im Fall einer Kollision einen Kurzschluss erleiden, können sie Feuer fangen. Eine brennende Batterie zu löschen ist extrem schwierig und führt in vielen Fällen zu einem Totalschaden des Fahrzeugs.

Bergab wird die Batterie wieder geladen

Ein prägnanter Vorteil der Elektromobilität ist die Rekuperation. Das funktioniert so: Beim Bergabfahren wird die kinetische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Bergab lädt die Motorbremse des Autos also den Akku wieder auf und verwertet die Energie, die sonst beim Bremsen verloren geht. Dieser Effekt hängt sehr vom Fahrstil ab. Je häufiger Du bremst, desto mehr Energie wird wieder aufgeladen.
Rekuperation beim Bremsen gibt es seit einigen Jahren auch bei Verbrennungsmotoren. Beim Elektroauto ist der Effekt deutlich signifikanter. Das erlebst Du vor allem bei Fahrten im Gebirge sehr eindrucksvoll, wenn nach kräftezehrenden Bergauffahrten die Batterie deutlich geschröpft ist und Du beim gefühlvollen Bergabfahren Dein Auto wieder markant aufladen kannst. Das lässt sich anfangs schwer planen und erfordert eine gewisse Routine. Auch bei Bergauffahrten schaffst Du einen ordentlichen Spielraum, was die Reichweite des Fahrzeugs angeht. Denn die Qualität des elektrischen Aufladens hängt auch von den Verkehrsverhältnissen ab. 

Der Strom für Dein Elektroauto sollte idealerweise aus erneuerbaren Energien gewonnen werden.
Quelle: Daniel Kalker (dpa) Der Strom für Dein Elektroauto sollte idealerweise aus erneuerbaren Energien gewonnen werden

Was beim Elektroauto noch zu beachten ist

An das Fahren mit dem Elektroauto gewöhnst Du Dich recht schnell. Einige Dinge solltest Du jedoch beachten, um unliebsame Überraschungen zu vermeiden. Längere Fahrten solltest Du planen, denn wenn bei reinen Elektroautos die Batterie leer ist, dann geht nichts mehr: Das Fahrzeug muss an die Steckdose und das elektrische Aufladen kann einige Stunden dauern. Zum Glück wächst die Zahl der öffentlichen Ladestationen. Von Vorteil sind Plug-in-Hybride, die neue Energie auch von einem Verbrennungsmotor erhalten.
Die Reichweite des Autos hängt auch von den Außentemperaturen ab. Je kälter es ist, desto mehr schrumpft die Reichweite. Einige Hersteller bauen Heizungen für die Batterien ein, aber dennoch sollte die Temperatur bei der Planung eine Rolle spielen. Für die Reichweite spielen Klimaanlage und Heizung auch eine wichtige Rolle, diese solltest Du unterwegs unter Umständen auch dosiert einsetzen.
Im Laufe der Jahre verlieren die Batterien an Leistungsfähigkeit. Einer amerikanischen Studie zufolge kann der Verlust nach rund 160.000 Kilometern etwa 15 bis 20 Prozent betragen. Ein Totalverlust der Batterie ist ein sehr hoher Kostenfaktor, der viele Interessenten der E-Mobility abschreckt. Hersteller geben deshalb oft recht lange Garantien auf diese Akkusysteme. Bei Tesla sind es etwa acht Jahre bzw. 160.000 bis 200.000 Kilometer, bei BMW acht Jahre mit Begrenzung auf 100.000 Kilometern. Andere Hersteller bieten die Akkus in einem Mietsystem an. Das heißt, dass das Auto gekauft oder geleast wird und die Batterie gemietet.
Mögen die Batterien ein potenzieller Risiko- und Kostenfaktor sein, gelten die Elektromotoren hingegen als Pluspunkt. Da sich deutlich weniger mechanische Teile bewegen und kein Ölwechsel erforderlich ist, spricht man Elektromotoren eine hohe Lebensdauer und geringe Wartungskosten zu. Solltest Du den Kauf eines gebrauchten Elektroautos erwägen, ist das Alter der Batterien ein wichtiges Thema. Ist die Garantie abgelaufen, liegt das volle Risiko beim Besitzer des Fahrzeugs. Wohl nicht zufällig werden auffallend viele gebrauchte Tesla-Modelle mit einem Alter von sieben bis acht Jahren angeboten.
So umweltfreundlich die Elektromobilität aufgrund wegfallender CO2-Emissionen auch sein mag: Zur Herstellung der Akkus werden seltene Erden wie Kobalt, Lithium und Coltan benötigt. Diese begehrten Rohstoffe sind stark begrenzt. Und der Strom, den der Antrieb benötigt, wird auch nur zum Teil aus erneuerbaren Energien hergestellt. Gleichzeitig könnten E-Fahrzeuge in Zukunft aber auch das Stromnetz entlasten und Strom ins Netz einspeisen, wenn er benötigt wird. Die hierfür notwendige Technik nennt sich Vehicle-To-Grid und ist beispielsweise im Nissan Leaf verbaut. Auch beim Renault ZOE Zoe laufen erste Feldversuche.



Direktvergleich: Elektroauto und Auto mit Verbrennungsmotor

-Elektroauto Auto mit Verbrennungsmotor
Anschaffungskosten relativ hoch generell günstiger
Reichweiteje nach Ausführung 150–400 km  beliebig mit Nachtanken
Leistungsehr hoch mit spontaner Entfaltungmodellabhängig
Fahrkomforthoch, weil sehr leisemodellabhängig
Emissionensehr niedrig, abhängig vom Typ des Ladestromsmodellabhängig deutlich höher