E-Auto: Erklärung, Funktion, laden, Akku, Motor, Elektronik

So funktioniert ein E-Auto

Direkte Leistung, geringe Betriebskosten, wenig Verschleiß: Immer mehr Käufer wissen die Vorteile eines E-Autos zu schätzen. So funktioniert ein Elektroauto!
Nein, den großen Durchbruch hat das Elektroauto noch immer nicht geschafft. Von einer Million strombetriebener Fahrzeuge auf deutschen Straßen (inklusive Plug-in-Hybride mit einem Elektro-Verbrenner-Motormix) war für 2020 die Rede. Geworden sind es bis Anfang des Jahres rund 240.000. Doch immer mehr Menschen entscheiden sich beim Kauf eines neuen Wagens für die Vorteile eines E-Autos – trotz teurer Anschaffung, nur langsam wachsender Reichweite und mangelhafter Ladeinfrastruktur.

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Aber wie funktioniert ein Elektroauto überhaupt? Aus welchen Komponenten besteht ein Elektroantrieb? Wie kommt der Strom ins Auto, wo wird er gespeichert und wie wird er genutzt? AUTO BILD gibt Antworten auf die wichtigsten Fragen zur Funktionsweise eines E-Autos!

Die Architektur

Der "Modulare E-Antriebs-Baukasten" von VW mit Skateboard-Architektur.

Der gesamte Antrieb eines Elektroautos besteht im Wesentlichen aus einem Akku, einem (oder mehreren kleinen) Motor(en) sowie einem Lade- und Leistungsmanagement. So wie beim Modularen Elektrobaukasten (MEB) von Volkswagen wird meist die sogenannte "Skateboard-Architektur" verwendet. Dabei liegt die Batterie gut geschützt und platzsparend im Unterboden, die anderen Komponenten sitzen an Vorder- und Hinterachse. Alle Teile sind durch Hochvolt-Kabel miteinander verbunden. Im System liegen meist 408 Volt Spannung an, also deutlich mehr als an der heimischen Steckdose (230 V). Es können aber auch noch mehr sein, wie beim Porsche Taycan (800 Volt).

Das Laden

Eine Wallbox erleichtert und beschleunigt das Aufladen des Elektroautos zu Hause entscheidend.

Zwar kann mit den meisten Elektroautos an einer Haushaltssteckdose Wechselstrom (AC, 2,3 kW) "getankt" und im Fahrzeug von einem Stromwandler zu Gleichstrom (DC) gemacht werden. Deutlich schneller, gefahrloser und praktikabler ist jedoch das Laden von Gleichstrom an einer "Wallbox" (lesen Sie hier alles Wissenswerte, inklusive Wallbox-Test). Mit einer Wallbox ist eine Ladeleistung von elf oder gar 22 kW (400 Volt, 32 Ampere) üblich, das Laden geht also deutlich schneller. An öffentlichen Ladesäulen sind es meist sogar 43 kW (400 V, 63 A). Allerdings muss auch die Ladeleistung des Autos dafür ausgelegt sein.
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Angeschlossen wird ein Stecker (in Europa meist ein dreiphasiger Typ-2-Stecker), der Strom fließt durch ein Mode-3-Kabel zum Ladeanschluss an der Außenseite des Fahrzeugs. Mit einem bidirektionalen Ladeanschluss ist auch die Rückführung der im Auto gespeicherten Energie in den Haushalt (Vehicle-to-Grid/V2G oder Vehicle-to-Home/V2H) möglich. Dank der sogenannten Rekuperation (Bremsenergie-Rückgewinnung) können zudem die meisten E-Autos ihren Akku während der Fahrt zumindest teilweise wieder aufladen.

Die Akkus

Der Akku ist quasi der Tank bei einem Elektroauto und die teuerste Komponente des Antriebs. Ein ausgeklügeltes Management sorgt für die richtige Temperatur und gleicht Spannungsschwankungen aus. Meist handelt es sich um einen Lithium-Ionen-Akku, da dieses Material am schnellsten, am häufigsten (Zyklenfestigkeit) und mit dem größten Volumen aufladbar ist. Der Akku eines E-Autos besteht aus einzelnen Modulen (je mehr, desto höher die Reichweite des Autos), die einzeln ausgetauscht werden können und sich wiederum aus vielen Batteriezellen zusammensetzen. Moderne Systeme setzen auf sogenannte "Pouch-Zellen", die von ihrer Bauart her Handy-Akkus ähneln. Zusätzlich zu dieser sogenannten Hochvoltbatterie gibt es noch eine Niedervoltbatterie, die die Bordelektronik (Radio, Heizung etc.) versorgt (wie ein Akku genau aufgebaut ist, erfahren Sie hier).

Die Leistungselektronik

Die Leistungselektronik ist das "Gehirn" des E-Antriebs und erzeugt aus dem in der Batterie gespeicherten Gleichstrom genau den Wechselstrom, der für die aktuelle Fahrsituation benötigt wird. Mithilfe intelligenter Frequenz- und Amplitudensteuerung (Begrenzung der Spannung) regelt der Wechselrichter die Leistung der E-Maschine. Während die Frequenz des Wechselstroms die Geschwindigkeit des Autos regelt, ist die Amplitude am Ende für die Leistung verantwortlich.

Der Motor

Gehäuse, Strator, Rotor (v. l.): Mit diesen Komponenten werden wechselnde Magnetfelder in Bewegung umgewandelt.

Im Motor eines Elektroautos werden wechselnden Magnetfelder in Bewegung umgewandelt. Genauer gesagt, verändern fest integrierte Statoren (Magnet 1) durch die Energie aus dem Akku ständig ihre Pole. Der in der Mitte befindliche Rotor (Magnet 2) wird wechselseitig angezogen und abgestoßen, gerät in eine Drehbewegung und sorgt schließlich dafür, dass sich die Räder in Gang setzen.

Kraftübertragung und Verschleiß

Der Elektromotor hat neben einem fehlenden CO2-Ausstoß im Betrieb viele weitere Vorzüge. Anders als Verbrenner arbeiten E-Motoren reibungs- und verschleißarm, energieeffizient, vibrationsfrei und nahezu geräuschlos. Während Verbrennungsmotoren ihre Zugkraft erst bei 800 bis 1000 Umdrehungen pro Minute erreichen, liegt beim E-Motor von Beginn an das volle Drehmoment über einen großen Drehzahlbereich an. Schaltvorgänge sind beim E-Auto nicht mehr erforderlich, weswegen es ohne ein mehrstufiges Getriebe und ohne eine klassische Kupplung auskommt. Allerdings verfügen Hochleistungs-E-Autos wie der Porsche Taycan aus Effizienzgründen über zwei Fahrstufen.
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