Die Elektromobilität umfasst alle Fahrzeuge, welche von einem Elektromotor angetrieben werden. Diese Elektromotoren erhalten ihre Energie zum Großteil aus dem Stromnetz und sind aufladbar.
Zu den Fahrzeugtypen zählen
- rein elektrisch betriebene Fahrzeuge (BEV)
- Fahrzeuge angetrieben aus einer Kombination von E-Motor sowie Verbrennungsmotor (Range Extender, REEV)
- und Hybridfahrzeuge, welche am Stromnetz aufladbar sind (PHEV).
Elektromotoren haben in Elektroautos oder Plug-in-Hybriden die Aufgabe, die gespeicherte elektrische Energie in der Lithium-Ionen-Batterie in mechanische Leistung umzuwandeln. Die Leistungsfähigkeit eines Systems wird dabei durch die Batterie, die Leistungselektronik sowie den Motor bestimmt. Diese drei Komponenten sind die wichtigsten Bestandteile eines Elektrofahrzeugs. Sie sind auch entscheidend bei der Frage der Reichweite. Dabei kommt es vor allem auf das Zusammenspiel der Dreien an.
Der Elektromotor besteht aus dem Stator, einem feststehenden Ständer und dem Rotor, einem im Stator drehenden Teil. Die beiden Teile erzeugen jeweils ein Magnetfeld mittels stromdurchflossener Spulen. Die Stromrichtung entscheidet über die Ausrichtung der Magnetfelder. Eine ständige Drehung des Rotors wird durch eine passende, sich wiederholende Umpolung der Spulen während eines Rotorumlaufes erreicht. Diese Bewegung des Rotors wird anschließend zum Antrieb der Räder genutzt.
Bei einem Elektroauto liegt das maximale Drehmoment bereits aus dem Stand an. Deshalb beschleunigen diese Fahrzeuge von Beginn an mit einer beeindruckenden Zugkraft. Sie benötigen zudem weder Kupplung noch Schaltgetriebe. Genutzt wird ein Untersetzungsgetriebe mit fester Übersetzung, somit wird nur ein Gang genutzt. Da E-Motoren bzw. Maschinen in beiden Richtungen laufen können, benötigen E-Autos und andere Fahrzeuge keinen Rückwärtsgang. Ein Familien-E-Auto wie z. B. der Hyundai IONIQ hat ein Drehmoment von 300 nM (Newton-Meter). Dieses befindet sich auf einem Niveau mit Sportwagen der 90er, wie beispielsweise dem Honda NSX.
An der Haushaltssteckdose lädt ein Elektroauto bzw. den Akku eines Elektroautos in bis zu 14 Stunden auf. Aus einer regulären Steckdose kommen höchstens 16 Ampere bei 230 Volt. Dabei handelt es sich um ca. 3700 Watt bzw. 3,7 kW. An der Schnellladesäule geht es mit einer durchschnittlichen Ladezeit von 20 - 30 Minuten wesentlich schneller. Speziell auf Schnellladung sind die Steckertypen Combo-Stecker (Europa) und CHAdeMO-System (Asien) ausgerichtet. Ein Modell wie der Opel Ampera oder auch der BMW i3 lädt mit bis zu 50 kW (Kilowatt), ein e-tro 55 quattro von Audi mit 150 kW. Die Ladegeschwindigkeit eines Elektrofahrzeugs hängt wesentlich von der Batteriekapazität und der Ladeinfrastruktur ab. Die Ladeinfrastruktur bezeichnet die Säulen oder allgemein die Stromanschlüsse, an welchen das Auto, der Roller, etc. geladen wird.
Die Dauer des Ladevorgangs an einer öffentlichen Ladesäule hängt vor allem von der Art des Stroms ab. Hierbei sind mit Gleichstrom (DC) schnelle Ladungen möglich, während sich ein Elektroauto mit Wechselstrom (AC) nur langsam aufladen lässt. Die klassischen Säulen mit Typ-2-Steckern und 22 kW Wechselstrom-Leistung laden in rund 2 – 4 Stunden den Akku wieder auf. Mit Gleichstrom und an einer Schnelladesäule ist der Akku nach einer halben Stunde zu 80 – 100 % aufgeladen. Zu den am meistverbreiteten Ladekabel- und Steckertypen zählen in Deutschland der Typ 1, Typ 2, Combo und Chademo.
Etwa 100 kWh (Kilowattstunden) werden von den größten erhältlichen Batterien von Elektroautos gespeichert. Somit kommen Modelle wie der Tesla Model S/X oder der Audi e-tron mit einem Verbrauch von 15 – 25 kWh/100 km etwa 400 – 600 km mit einem vollgeladenen Akku weit. Kleinere Modelle wie der e-Golf oder der BMW i3 kommen nur auf eine Kapazität von 35,8 bzw. 27,2 kWh.
Beim bidirektionalen Laden wird das Elektrofahrzeug nicht nur mit Strom aufgeladen, sondern dieses kann auch selbst wieder Strom abgeben. Zwischenzeitlich speichert das E-Auto die Energie, wenn diese nicht benötigt wird. Jedoch muss der Wechselstrom aus dem hauseigenen Stromnetz in Gleichstrom umgewandelt und andersherum der Gleichstrom aus dem Akku des Elektroautos wieder in Wechselstrom umgewandelt werden. Der Nissan Leaf oder auch der Hyundai Ioniq 5 zählen beispielsweise zu den Modellen, welche schon bidirektional laden können.
Durch ein E-Auto können zudem etwa 30 - 40 Prozent der Wartungskosten gegenüber einem Auto mit Verbrennungsmotor derselben Klasse eingespart werden. Ölwechsel sowie Zahnriemenwechsel fallen für Fahrer eines E-Fahrzeugs vollkommen weg. Auch Bremsscheiben werden durch die Rekuperationsfunktion weniger beansprucht und müssen somit nicht so häufig ersetzt werden. Des Weiteren geht bei Elektromotoren weniger Energie durch hohe Temperaturen verloren. Diese arbeiten viel reibungsloser als Verbrenner.
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