Elektroautos: Das solltest du zu ihrem Aufbau und ihrer Funktionsweise wissen
Elektrofahrzeuge werden immer beliebter. Aber der Aufbau eines Elektroautos ist vielen ein Rätsel. Hier kannst du dich eingehend informieren.
Inhalt des Blogartikels
Was ist ein Elektroauto?
Nach dem Antriebsprinzip unterscheiden wir aktuell vor allem 3 Fahrzeugarten: Verbrenner, Hybrid-Auto und Elektroauto.
Der Verbrenner bestimmt das Straßenbild seit mittlerweile gut 120 Jahren. Ein Verbrennungsmotor, der entweder Benzin oder Diesel als Kraftstoff benötigt, erzeugt die Antriebskraft. Wie die Bezeichnung aussagt, verbrennt der Kraftstoff im Motor und setzt die dabei frei werdende Energie in Bewegung um. Bei diesem Vorgang entsteht unter anderem das klimaschädliche CO2.
Ein Hybrid-Auto ist eine Kombination aus Verbrenner und Elektrofahrzeug. Den Hauptantrieb bildet ein Verbrennungsmotor. Zusätzlich ist ein Elektromotor mit der notwendigen Batterie eingebaut. Die relativ geringe Größe und Leistungsfähigkeit der Batterie erlaubt nur einen Kurzstreckenbetrieb im Stadtverkehr mit dem Elektromotor und Unterstützung des Verbrennungsantriebs bei Fahrten mit hoher Geschwindigkeit und hohem Gang auf der Autobahn.
Das Elektroauto arbeitet ausschließlich mit einem (oder mehreren) Elektromotor(en) und einer entsprechend großen Batterie als Speicher für die Energie. Du benötigst keinen fossilen Kraftstoff – dementsprechend stößt ein Elektrofahrzeug keine klimaschädlichen Abgase aus.
Der Aufbau eines Elektroautos im Detail
Das grundsätzlich andere Antriebsprinzip bei einem Elektroauto erfordert im Vergleich zu einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotors in großen Teilen einen anderen Aufbau. Hauptbestandteile sind die Batterie, der Elektromotor, das Getriebe, die Leistungselektronik, das Batterie- und Temperaturmanagement sowie die Karosserie.
Bei der Anordnung der Komponenten verwenden die meisten Hersteller die sogenannte Skateboard-Architektur: Die Batterie als größtes und schwerstes Bauteil liegt zwischen Vorder- und Hinterachse des Autos. Das sichert einen niedrigen Schwerpunkt des Fahrzeugs und eine optimale Raumausnutzung. Elektromotor und Leistungselektronik befinden sich an einer oder an beiden Achsen. Die Karosserie überspannt alle genannten Komponenten.
Elektromotor
Der Elektromotor ist keine neue Erfindung. Patentiert wurde er bereits Mitte des 19. Jahrhunderts. Und er kam immer wieder in mobilen Anwendungen zum Einsatz, zum Beispiel in Elektroloks. Doch ebenso sind Elektroautos selbst keine Entwicklung der Neuzeit. Der deutsche und vermutlich weltweit erste Pkw mit Elektroantrieb war der Flocken Elektrowagen von 1888.
Diese frühen Elektrofahrzeuge hatten aber das Problem der geringen Reichweite, da die Batterien nur eine geringe Speicherkapazität aufwiesen. Mittlerweile arbeiten Elektromotoren sehr viel effizienter und auch die Batterietechnik hat große Entwicklungsschritte gemacht. Die modernen Wechselstrom-Synchron-Motoren und die Batterien mit Lithium-Ionen-Technik lassen Reichweiten von 400 bis über 500 Kilometer zu.
Tipp: Wie der Motor in modernen Elektroautos im Detail funktioniert, erfährst du in unserem Artikel.
Batterie
Physikalisch korrekt müsste die Rede von einem Akku sein. Aber die Bezeichnung Batterie hat sich im allgemeinen Sprachgebrauch eingebürgert. Die verwendete Lithium-Ionen-Technik ermöglicht hohe Speicherkapazitäten, eine lange Lebensdauer und eine große Anzahl von Ladezyklen.
Allerdings benötigt es einigen technischen Aufwand, um ständig optimale Bedingungen für die Batterie zu schaffen. Dazu zählt das Batteriemanagement, das ständig den Zustand der einzelnen Zellen überwacht sowie für ein gleichmäßiges Laden und Entladen sorgt. Das Temperaturmanagement stellt sicher, dass die Batterie in einem optimalen Temperaturbereich zwischen 10 und 40 Grad Celsius bleibt.
Es wird dich vielleicht überraschen, dass ein Elektroauto neben der eben beschriebenen Hochvoltbatterie für den Elektroantrieb noch über eine zweite Batterie verfügt. Das ist im Prinzip die gleiche Batterie, wie sie in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor als Starterbatterie verwendet wird. Sie liefert ebenfalls Gleichstrom und versorgt das 12-V-Bordnetz mit seinen Verbrauchern wie Zentralverriegelung, Scheibenwischer, Fensterheber und Entertainment-System. Sie dient sogar zum Starten des Wagens. Denn im Parkmodus ist die Hochvoltbatterie von der sonstigen Elektronik des Autos getrennt. Erst mit Druck auf den Startknopf stellt das Auto mithilfe der 12-V-Batterie die Verbindung her.
Tipp: Auch zur Batterie im Elektroauto haben wir einen umfassenden Artikel geschrieben.
Leistungselektronik
Diese Komponente sorgt dafür, dass der Elektromotor die für die jeweilige Fahrsituation notwendige Elektroenergie erhält und die Batteriezellen dabei gleichmäßig belastet werden. Sie regelt auch das Aufladen der Batterie an Haushaltssteckdose, Wallbox oder Ladesäule. Sie hat also eine direkte Verbindung zur Ladesteckdose am Fahrzeug.
Getriebe
Im Gegensatz zum Verbrennungsmotor hat ein Elektromotor ein sehr hohes Drehmoment. Es liegt schon beim Start und dann über ein sehr breites Drehzahlband an. Es ist daher kein Getriebe mit mehreren Gängen notwendig, das beim Verbrenner dafür sorgt, dass immer ein optimaler Drehzahlbereich des Motors für den Vortrieb des Fahrzeugs genutzt wird.
Der Aufbau des Getriebes eines Elektroautos ist daher sehr viel einfacher und kostengünstiger als beim Verbrenner. Oftmals verfügt es nur über eine feststehende Übersetzung und keinen zweiten Gang. Ein solches Getriebe wiegt auch weniger und gleicht damit das hohe Gewicht der Hochvoltbatterie ein wenig aus.
Karosserie
Die Karosserie umschließt den Innenraum des Fahrzeugs. Innen und außen ähnelt sie Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Auffällig ist vielleicht, dass sie bei einem Elektroauto etwas sportlicher gestaltet ist. Das dient vor allem dazu, um den Luftwiderstand beim Fahren zu reduzieren und so etwas Energie einzusparen.
Wird sich zukünftig am Aufbau der Elektroautos etwas ändern?
Große Veränderungen am prinzipiellen Aufbau eines Elektroautos sind nicht zu erwarten. Die aktuell übliche Architektur hat sich bewährt und passt sich an die Funktionen und Komponenten des Fahrzeugs optimal an.
Bei den Elektromotoren sind ebenfalls keine großen Innovationssprünge zu erwarten. Sie haben bereits jetzt einen hohen Wirkungsgrad von über 90 Prozent. Da ist nicht mehr viel Raum für grundlegende Veränderungen.
Einzig bei der Hochvoltbatterie kannst du mit neuen Entwicklungen rechnen: Fachleute sehen bei der momentan verwendeten Lithium-Ionen-Technik noch Optimierungspotenzial. Gleichzeitig ist jedoch die Forschung bereits bei der neuen Lithium-Feststoff-Batterie weit fortgeschritten. Die neue Technik lässt eine höhere Energiedichte erwarten. Neben größeren Reichweiten der Fahrzeuge werden so auch kleinere und leichtere Batterien möglich sein. Das führt zu mehr Platz im Auto und zu einem geringeren Gesamtgewicht.
