Elektroautos gelten längst als das Auto der Zukunft: Das liegt vor allem an ihrer Funktionsweise, die einige Vorteile bietet. Denn statt eines mit Benzin oder Diesel betriebenen Motors kommt in den Stromern ein Elektroantrieb zum Einsatz. Da E-Autos also keinen Kraftstoff benötigen, stoßen sie beim Fahren auch kein CO2 aus. Das macht die elektrischen Fahrzeuge verglichen mit Benzinern – zumindest im Betrieb – umweltfreundlicher.
Aber was unterscheidet diese verschiedenen Antriebstechnologien eigentlich voneinander? Wir haben Wissenswertes zur Funktionsweise von Elektroautos und ihren Motoren für Sie zusammengestellt.
Wie funktioniert ein Elektroauto?
Bei vielen modernen Fahrzeugen haben klassische Verbrenner-Motoren, die speziellen Treibstoff benötigen, ausgedient. Dreh- und Angelpunkt innovativer E-Autos ist stattdessen ein Elektromotor, der durch in einem Akku gespeicherten Strom angetrieben wird. Der Akku bzw. die Hochvoltbatterie ersetzt in elektrisch betriebenen Fahrzeugen also die Benzin- und Diesel-Tanks herkömmlicher Pkw.
Die in den Akkus gespeicherte elektrische Energie des Stroms wandelt der E-Motor durch die Erzeugung von Magnetfeldern in mechanische Kraft um. Diese Magnetfelder erzeugen anziehende und abstoßende Kräfte – und Ihr E-Auto setzt sich in Bewegung.
Aus welchen Komponenten besteht der Elektroantrieb?
Der Akku ist die zentrale Komponente eines jeden E-Autos. Sein aktueller Ladezustand wird vom Batteriemanagementsystem erfasst, das während der Nutzung des Fahrzeugs nicht nur dessen Leistung, sondern auch eventuelle Ladevorgänge verwaltet. Der Akku ist für den elektrischen Betrieb von Heizung, Klimaanlage sowie die für Lenk- und Bremsvorgänge zuständigen Nebenaggregate verantwortlich. Darüber hinaus versorgt er auch das 12-Volt Bordnetz mit Strom.
Weitere Bestandteile eines elektrisch betriebenen Autos sind der Elektromotor, die Leistungselektronik sowie die Kühlsysteme und das Temperaturmanagement.
Verglichen mit klassischen Verbrennern bieten E-Autos einen niedrigeren Schwerpunkt. Denn die einzelnen Komponenten sind nach der „Skateboard“-Architektur angeordnet: Während der Elektromotor und die Leistungselektronik an der Vorder- und/oder der Hinterachse installiert sind, befindet sich der Akku zwischen den Achsen im Unterboden. Die Karosserie deckt diese Skateboard-Struktur ab.
Die Batterien in E-Autos
Zu den wichtigsten Bestandteilen eines E-Autos gehören zwei Batterien, die unterschiedliche Funktionen erfüllen.
Hochvoltbatterie
Hochvoltbatterien speichern Energie in Form von Strom. Die aktuell verwendeten Lithium-Ionen-Batterien sind zwar in der Herstellung kostspielig, dafür aber auch besonders leistungsstark und langlebig. Ihre Stromspeicher-Kapazität ist entscheidend für die Reichweite eines E-Autos. Je weiter Sie also mit Ihrem Fahrzeug ohne zwischenzeitliche Aufladung fahren wollen, desto tiefer müssen Sie beim Autokauf in die Tasche greifen. Informieren Sie sich jetzt, wie groß die Batterie in Ihrem Elektroauto sein sollte.
Das große Plus der Hochvoltbatterie ist aber: Sie laden den Akku Ihres E-Autos an Ladestationen oder bei Ihnen zuhause wieder mit Strom auf. Der Weg zur Tankstelle entfällt – und Sie laden Ihr E-Auto wesentlich günstiger als Sie es klassisch tanken.
Niedervoltbatterie
Zusätzlich ist in Elektroautos noch eine kleinere Niedervoltbatterie verbaut. Diese liefert Energie für die gesamte Bordelektronik wie Beleuchtung, Scheibenwischer, Tempomat oder das Autoradio. Zum anderen speichert sie auch durch Rekuperation gewonnene Energie: Bei diesem Prozess der Energierückgewinnung geht die Reibungswärme, die entsteht wenn Sie bremsen, nicht einfach verloren. Sie wird nämlich stattdessen wieder zur Aufladung des Akkus genutzt.
Welche Bestandteile hat der Motor eines Elektroautos?
E-Autos werden durch einen synchronen Wechselstrommotor angetrieben. Dieser besteht aus einem feststehenden Stator sowie dem Rotor, bei denen es sich um Elektromagneten handelt. Der Stator erzeugt ein konstantes Magnetfeld, sobald Gleichstrom durch seine Spulen fließt. Der Rotor produziert ebenfalls ein Magnetfeld, allerdings durch Wechselstrom. Durch abwechselndes Anziehen und Abstoßen der Elektromagneten dreht sich der Rotor und erzeugt die Bewegung des Fahrzeugs.
Unterdessen wird die Motorkraft der – in erster Linie mit lediglich einer Übersetzung funktionierenden elektrischen Fahrzeuge – von Getriebe und Differenzial gleichmäßig auf beide Antriebsräder verteilt. Diese werden über Gelenkwellen von Antriebswellenflanschen bewegt. Alternativ werden manche E-Auto-Modelle von in den Rädern installierten Radnabenmotoren angetrieben.
Für die Beschleunigung des Antriebsmotors ist unterdessen die Leistungselektronik verantwortlich, die den über das Akku eingespeisten Gleichstrom in Drehstrom mit der benötigten Frequenz und Spannung umwandelt.
(1) Antriebswellenflansche , (2) Leistungselektronik, (3) Getriebe und Differenzial, (4) Elektromotor
Was sind die beiden häufigsten Motorarten?
Motoren von E-Autos lassen sich zwei verschiedene Kategorien zuordnen, deren Funktionsweise sich voneinander unterscheidet. Die beiden häufigsten Motorarten sind die Permanenterregte Synchronmaschine (PSM) sowie die Asynchronmaschine (ASM).
Permanenterregte Synchronmaschine
Permanenterregte Synchronmaschinen bieten, verglichen mit Asynchronmaschinen, einen höheren Wirkungsgrad sowie eine besonders überzeugende Leistungsdichte. Denn im Rotor dieser Version befinden sich Permanentmagnete inklusive eines Magnetfeldes, das sich synchron zum magnetischen Drehfeld im Stator bewegt. Auf diese Weise können Synchronmotoren hohe Mengen der durch Strom eingespeisten Energie in mechanische Energie umwandeln.
Ein weiterer Vorteil dieser Motorenart ist neben der simpleren Steuerung, dass sie relativ platzsparend ist. Denn ein schaltbares Untersetzungsgetriebe ist aufgrund niedriger Drehzahlen und hoher Drehmomentabgabe bei dieser Bauart nicht notwendig.
Die Produktion dieser Motoren ist allerdings etwas teurer, da seltene Neodym-Erden als Bestandteil der Rotoren-Magnete benötigt werden.
Unter anderem sind die Modelle Hyundai Ioniq, Kia e-Niro und Nissan Leaf mit Synchronmotoren ausgestattet.
Ein Asynchronmotor wie er zum Beispiel im Audi e-tron verwendet wird. (© Audi).
Asynchronmaschine
Der simple Aufbau der sogenannten Asynchronmaschine gleicht dem des Induktionsmotors. Im Rotor sind elektrische Kupfer- oder Aluminium-Leiterstäbe verbaut. Fließt durch diese Strom, treibt das Magnetfeld des Stators den Rotor an. Induktionseffekte erhöhen zusätzlich den Erregerstrom im Rotor: Die Folge ist eine höhere Power der sich abstoßenden Magnetfelder.
Da die Magnetfeld-Erzeugung zwischen Rotor und Statoren leicht zeitverzögert und die Rotation mit geringerer Drehzahl läuft, spricht man bei dieser Bauweise von Asynchronmotoren.
Asynchronmaschinen haben zwar eine aufwendigere Steuerung, dafür ist die Bauart günstiger und weniger verschleißanfällig, als bei Synchronmotoren. Verbaut werden ASM beispielsweise im Audi e-tron sowie Mercedes EQC zum Einsatz.
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Woher kommt die Energie für den E-Antrieb?
Elektrisch betriebene Fahrzeuge ziehen Energie aus Strom, der über den Ladeanschluss des E-Autos ins Fahrzeug eingespeist wird. Statt eines Tankdeckels bei Autos mit Verbrennungsmotor befindet sich an der Seite von E-Autos eine Klappe, hinter der sich der Anschluss zum Aufladen befindet. Gespeichert wird die Energie nach dem Ladevorgang im Akku, der als Energielieferant für die Antriebskraft des Elektromotors dient.
Aufladen können Sie Ihr E-Fahrzeug über eine Haushaltssteckdose, eine Wallbox oder an Säulen von öffentlichen Ladestationen. Die Modelle sind allerdings mit unterschiedlichen Steckertypen ausgestattet. Welche Steckertypen für E-Autos es gibt, können Sie in unserem entsprechenden Blogartikel nachlesen.