Antriebe in der Elektromobilität

Was sind die Vor- und Nachteile der Elektromobilität, wie funktionieren Antriebe und Energiespeicher? Hier die Basics in Kürze.

Elektromobilität ist definiert als die Nutzung von Elektrofahrzeugen.
Ursprünglich bezog sich dies auf alle Arten von Fahrzeugen (vom Fahrrad bis zum Hochgeschwindigkeitszug). „Am Anfang“, jedoch, „war das Auto“.

Geschichte der Elektromobilität: Wer hat das Elektroauto erfunden?

In den Anfängen der Automobilgeschichte, um 1900, gab es in den USA mehr Elektroautos als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Erst Erfindungen wie der Anlasser brachten den Verbrennungsmotor zur Serienreife. In den folgenden Jahrzehnten spielte der Elektromotor nur noch eine Nischenrolle. In den 1970er Jahren zum Beispiel waren in Großbritannien Milchwagen sehr gefragt: Kleintransporter, die morgens lautlos die Milch anlieferten.
Mit dem Toyota Prius startete 1997 die „moderne“ Elektromobilität. Inzwischen fertigt Toyota den Prius in der vierten Generation (auch als Plug-in-Hybrid, der am Stromnetz geladen werden kann) und hat bis dato insgesamt mehr als elf Millionen Fahrzeuge dieser Art produziert. Die Elektromobilität bedient sich verschiedener Antriebsarten.

Elektromobilität: Welche Antriebsarten gibt es?
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Hybrid (HEV) – Kombination aus Verbrennungsmotor und Elektromotor.
Mild Hybrid – Hybrid mit Elektromotor mit begrenzter Leistung, der den Verbrennungsmotor unterstützt (ähnlich einem Turbolader).
Plug-in-Hybrid (PHEV) – Hybridfahrzeug mit Lademöglichkeit über das Stromnetz.
Elektroauto mit Range Extender (REX) – zusätzlicher Verbrennungsmotor in einem Elektroauto, der das Fahrzeug nicht antreibt, sondern die Batterie über einen Generator lädt.
Batterie (BEV) – „reine“ Elektrofahrzeuge ohne Verbrennungsmotor. Stromversorgung über Akku, Laden über Ladestation
Brennstoffzelle – Elektromobilität mittels Brennstoffzelle. Durch Elektrolyse von Wasserstoff und Sauerstoff liefert diese Technologie elektrische Energie für Antrieb und Batterie
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Da sie kein Getriebe haben, beschleunigen E-Autos konstanter und schneller als solche mit Benzin- oder Dieselantrieb.
Hybridfahrzeuge kombinieren zwei Antriebstechnologien. Mit ihrem Elektroantrieb können sie meist kürzere Strecken zurücklegen, mit ihrem Verbrennungsmotor meistern sie aber auch lange Strecken problemlos. Als Plug-in-Hybride werden Hybridautos bezeichnet, die nicht nur beim Rollen oder Bremsen Strom zurückgewinnen, sondern auch an der Steckdose aufgeladen werden können. Hybride gelten als Brückentechnologie bis zu einer Zeit, in der Autos vollständig elektrisch angetrieben werden können.

Da leistungsstarke Autobatterien noch sehr teuer sind, liegt der Preis von E-Autos im Durchschnitt höher als bei vergleichbaren Modellen mit Verbrennungsmotor. Doch für wen lohnt sich dann der Umstand der Elektromobilität bis hin zum Kauf eines E-Autos? Das Öko-Institut (Institut für Angewandte Ökologie) hat eine Beispielrechnung durchgeführt: Bei einer Fahrleistung von 9.000 Kilometern pro Jahr und einer Lebensdauer von acht Jahren können die Gesamtbetriebskosten eines E-Autos niedriger sein als bei einem Fahrzeug mit konventionellem Antrieb.

Wie funktioniert ein E-Auto? Das Design eines Elektroantriebs

Elektrische Energie wird in einer wiederaufladbaren Batterie gespeichert. Als Wechselrichter bezeichnete Geräte wandeln den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom zum Antrieb eines Elektromotors um. Je effizienter die Umwandlung ist, desto länger kann ein Auto mit einer voll geladenen Batterie fahren. Dabei wandelt ein Elektromotor elektrische Energie in mechanische Energie um: Der E-Motor generiert diese Energie, um Magnetfelder zu erzeugen. Ihre anziehenden und abstoßenden Kräfte erzeugen eine Drehbewegung. Diese Rotationsenergie bietet die Grundlage für die Elektromobilität.

Weitere Kernkomponenten eines E-Autos sind der DC-DC-Wandler. Er wandelt die Hochspannung der Batterie (100-400 Volt oder mehr) effizient in eine deutlich niedrigere Spannung (12 bzw. 48 Volt) für elektronische Bauteile um.

Ein deutlicher Nachteil ist (noch) die begrenzte Reichweite der auf Elektromobilität basierenden Fahrzeuge sowie die unvollständige Ladeinfrastruktur, insbesondere von Schnellladestationen auf Langstrecken. Eine Kombination mit einem Verbrennungsmotor (HEV, BEV + REX) erhöht die Reichweite, aber auch die Komplexität des Antriebsstrangs und das Gewicht (und den Preis) des Fahrzeugs erheblich.
Als Vorteil wird das angenehme Fahrgefühl (geräuscharm, hohes Drehmoment vom Start weg) gewertet.

Gut zu wissen: Wie schnell kann ein E-Auto heute fahren?

Zeit geteilt durch Raum ergibt Geschwindigkeit. Was konnte die Elektromobilität bis heute in diesem Punkt erreichen? Wie hoch ist die aktuell mögliche Höchstgeschwindigkeit eines E-Autos?
Kleinere E-Autos erreichen bis zu 120 km/h.
Sportwagen aus den USA beschleunigen bis zu 200 km/h.
Das bislang schnellste E-Auto der Welt stammt vom kroatischen Hersteller Rimac: Sein Modell C_Two „brüllt“ mit mehr als 400 km/h über die Straße.