Technische Grundlagen


Aufbau und Funktionsweise

Aufbau und Funktionsweise von Elektroautos

Der Motor eines Elektrofahrzeuges wandelt, vereinfacht ausgedrückt, elektrische Energie in mechanische Energie um. Folglich benötigt der Elektromotor keine fossile Brennstoffe und emittiert auch kein umweltschädliches CO2.

Elektroauto Audi E-Tron
Audi E-Tron Aufbau des Motors

Die Hochvolt-Batterie eines Elektroautos wird in den meisten Fällen aus Platzgründen in den Unterbau des Fahrzeuges installiert. Die Batterie ist sowohl die größte aber auch die teuerste Komponente eines Stromers. Mittels chemische Prozesse wird die zugeführte Energie gespeichert und je nach Bedarf freigesetzt. In den meisten auf dem Markt befindlichen Elektrofahrzeugen wird eine Lithium-Ionen-Batterie als Energiespeicher verwendet. Dieser Batterietyp soll laut Experten bis 2020 weitestgehend seinen technischen Höchststand erreicht haben, parallel wird bereits an der nächsten Generation geforscht (Lithium-Luft-Batterie). Die Leistung dieser Batterien-Generation soll deutlich höher ausfallen. Eine weitere wichtige Komponente einer Batterie, ist das Batterie-Management-System. Die Aufgabe dieser Komponente liegt darin, die einzelnen Akkuzellen bezüglich ihrer Temperatur zu kontrollieren und während des Ladens die Spannungsschwankungen auszugleichen, um Beschädigungen der Batterie zu verhindern. Während die Hochvolt-Batterie primär den Motor versorgt, ist die Niedervolt-Batterie für kleineren elektrischen Verbraucher verantwortlich. Dazu zählen unter anderem die Bordelektronik, das Autoradio oder die Beleuchtung.

Der Elektromotor befindet sich bei den meisten Fahrzeugmodellen oberhalb der Vorderachse, jedoch kann das je Modell variieren. Die elektrische Energie wird mittels der Batterie in den Elektromotor gespeist, der Elektromotor wandelt diese Energie dann in Fortbewegung um. In der Regel verfügt ein Elektroauto über einen "synchronen Wechselmotor". Während im fest montierten „Stator“ durch Gleichstrom ein konstantes Magnetfeld erzeugt wird, kommt beim drehbaren „Rotor“ Wechselstrom zum Einsatz. Dadurch wird bei letzterem ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt und die Pole des Rotors wechseln in gleichem Maße wie der Fluss des Wechselstroms. Ergebnis ist ein wechselndes Anziehen und Abstoßen der Pole von Stator und Rotor, das in einer rotierenden Bewegung resultiert. Diese Drehbewegung wird anschließend auf die Achse und somit auf die Räder übertragen.

Leistungselektronik

Die sogenannte Leistungselektronik führt die Batterie und den Elektromotor zusammen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, die Frequenz, Form und Stärke des Stroms so umzuwandeln, wie dies gerade vom Motor benötigt wird. Zudem stellt die Leistungselektronik die Verbindung zwischen der Batterie und weiteren elektronische Verbrauchern sowie zum Ladeprozess her. Jegliche elektrische Verbindungen laufen im Hochvolt-Bordnetz zusammen.

Was bei einem herkömmlichen Fahrzeug die Tankklappe mit einer Tankdurchführung ist, das ist bei einem Elektrofahrzeug die Tankklappe mit einem Ladeanschluss. Die Positionierung ist jeweils eine ähnlich. Der Ladeanschluss bildet die Schnittstelle zwischen der Batterie und einer Stromquelle. Das Laden kann an einer öffentlichen oder an der heimischen Steckdose vollzogen werden. Viele neuen E-Automodelle besitzen einen bidirektionalen Ladeanschluss. Dieser Anschluss ermöglicht das Laden wie auch das Entladen der Batterie. Das hat den Vorteil, dass die im Auto gespeicherte Energie nutzbar für externe Geräte gemacht werden kann. Die Energie kann bei Bedarf in das Stromnetz zurückgeführt werden und verstärkt somit die Netzstabilität. (Vehicle-to-Grid).