Elektroauto-Betrieb: So funktionieren Stromer
Elektroauto-Betrieb: Auf den Punkt gebracht
- Elektroautos sind einfacher und kompakter aufgebaut als Diesel oder Benziner. Herzstück ist der Elektromotor. Er wandelt elektrische in mechanische Energie um.
- Wichtigstes Bauteil neben dem E-Motor ist der Lithium-Ionen-Akku. Die Kapazität des Energiespeichers entscheidet über die Reichweite eines E-Pkw.
- Weil Elektrofahrzeuge weniger Verschleißteile besitzen, fallen Wartung und Reparaturen bei Stromern seltener an als bei Verbrennern. Zudem sind E-Kfz günstiger im Unterhalt.
- Vollelektrische Kfz sind im laufenden Betrieb nahezu emissionsfrei. Negativ auf ihre Umweltbilanz wirkt sich allerdings die energie- und ressourcenintensive Batterie- und Fahrzeugherstellung aus.
Funktionsweise von Elektromotoren: Wie E-Autos von A nach B kommen
E-Autos sind kompakter aufgebaut als Verbrenner
Während bei Verbrennerfahrzeugen alle wichtigen Bauteile um den Motor herum angeordnet sind, ist ein Elektroauto wie ein Skateboard aufgebaut. Das heißt: Der Akku befindet sich zwischen den Achsen im Unterboden des Pkw. E-Motor und Leistungselektronik sind an Vorder- und Hinterachse angeordnet. Diese Aufteilung ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise.
Drehstrommotoren sind verschleißärmer
In der Regel arbeiten Elektroauto-Motoren mit Drehstrom, auch Dreiphasenwechselspannung genannt. Diese Stromart entspricht Starkstrom, an den Sie etwa einen Elektroherd anschließen. Drehstrommotoren sind verschleißärmer als Motorarten, die mit Wechsel- oder Gleichstrom arbeiten. Sie kommen beispielsweise ohne Schleifkontakte aus, die bei Gleichstrommotoren regelmäßig zu erneuern sind.
Hohes Drehmoment macht Getriebe überflüssig
Anders als Verbrenner mit Automatik- oder Schaltgetriebe besitzen E-Autos in der Regel kein konventionelles Getriebe. Der Grund: Elektromotoren entwickeln in allen Fahrsituationen ein hohes Drehmoment – mit bis zu 20.000 Umdrehungen pro Minute etwa das Dreifache eines Verbrennungsmotors. Vollelektrisch betriebene Autos können daher zum Beispiel problemlos Elektroauto-Anhänger ziehen.
Der Elektromotor-Aufbau ermöglicht zudem, dass Sie bei jeder Geschwindigkeit ohne Schaltunterbrechungen beschleunigen können. Bei Diesel und Benzinern ist die vollständige Leistung erst ab einer bestimmten Umdrehungszahl abrufbar.
Allerdings macht ein passendes Getriebe E-Motoren effizienter. Um die Motorkraft gezielter zu nutzen, arbeiten Automobilhersteller unter anderem an Verteilergetriebe. Diese Technik soll zukünftig vor allem im elektrischen Sportwagen zum Einsatz kommen.
Bewegungsenergie entsteht mithilfe von Magnetfeldern
Die zentralen Bauteile jedes Elektroauto-Motors sind Rotor und Stator. Der unbewegliche Stator ist ein Dauer- oder Elektromagnet, der im Motor ein Magnetfeld mit zwei ruhenden Polen erzeugt. Der Rotor hingegen kann sich drehen. Er besteht aus einer Achse und einer Spule aus Kupferdraht, die auf einen Eisenkern gewickelt ist. Setzt der Kommutator (Stromwender) den Rotor unter Strom, wird er ein Elektromagnet.
Die Drehbewegung, die der Elektromotor in mechanische Energie (Lorenzkraft) umwandelt, entsteht durch die magnetische Wirkung von Rotor und Stator: Sind die Plus- oder Minuspole der beiden Magneten einander zugewandt, stoßen sie sich ab – und der bewegliche Rotor fängt an, sich zu drehen. Bei jeder halben Umdrehung wechselt der Kommutator die Stromrichtung und polt die Magnete auf diese Weise etwa 50 Mal pro Sekunde um. So bleibt der E-Motor nicht stehen.
Was unterscheidet E-Autos von Pkw mit Verbrennungsmotor?
Anders als Fahrzeuge mit Kraftstofftank und Verbrennungsmotor besitzen E-Pkw eine Hochleistungsbatterie, die den Elektromotor mit Strom versorgt. Der elektrische Antrieb ist deutlich energieeffizienter: 90 Prozent der elektrischen Energie, die ein Elektroauto im Akku mit sich führt, werden in Bewegungsenergie umgesetzt und auf die Räder übertragen. Im Unterschied dazu wandelt ein Verbrennungsmotor höchstens 40 Prozent der im Treibstoff enthaltenen Energie in Bewegung um. Der Rest geht in Form von Wärme und Reibung verloren.
Zudem kommen Elektroautos zudem ohne Schaltgetriebe aus. Stromer beschleunigen vom Start weg mit nur einem Gang und ohne Schaltunterbrechungen. Benziner oder Diesel benötigen dagegen mehrere Gangstufen, um den Motor in einem optimalen Drehzahlbereich zu halten.
Elektromotoren arbeiten darüber hinaus deutlich leiser als Verbrennungsmotoren. Bei niedrigen Geschwindigkeiten fahren Stromer fast lautlos. Andere Verkehrsteilnehmer hören sich langsam nähernde E-Mobile deshalb oft nicht bzw. zu spät. Seit 2019 sind neue E-Autos daher serienmäßig mit einem Soundgenerator ausgerüstet. Bis zu einer Geschwindigkeit von 20 km/h erzeugt er ein Warngeräusch, um Unfälle zu verhindern.
Was ist Rekuperation?
Der Begriff "Rekuperation" stammt aus dem Lateinischen (recuperare = wiedererlangen, wiedergewinnen) und beschreibt die Bremskraftrückgewinnung bei E-Fahrzeugen. Jeder Bremsvorgang wandelt ein Teil der Bremskraft in neue elektrische Energie um. Der "Bremsstrom" wird in den Akku des Elektroautos zurückgeführt und lädt ihn auf.
Diese Technik schont die Bremsen und reduziert Energieverluste. Je sanfter Sie abbremsen, desto mehr Energie fließt zurück in die Batterie. Im Stadtverkehr kann der Stromverbrauch eines E-Autos durch die Rekuperation um 30 Prozent sinken.
So leistungsstark sind Pkw mit Elektro-Antrieb
Wie oft ist bei Elektroautos eine Wartung erforderlich?
Weniger Komponenten, weniger Verschleißteile: Elektrofahrzeuge sind im Vergleich zu Pkw mit Verbrennungsmotoren weniger reparaturanfällig. Ganz ohne Wartung kommen Stromer allerdings nicht aus: Damit Ihr E-Auto eine möglichst lange Lebensdauer hat, lassen Sie alle Bauteile regelmäßig überprüfen. Meist geben Hersteller Richtwerte für das empfohlene Wartungsintervall an – in der Regel alle zwei Jahre.
Überlassen Sie die Wartung einer auf E-Fahrzeuge spezialisierten Werkstatt
Auf Stromer spezialisierte Profis prüfen die elektrischen Komponenten Ihres E-Autos: Elektromotor, Wechselrichter und Bordladegerät. Auch die Überprüfung des Akkus sowie der damit verbundenen Kabel und Anschlüsse sind Bestandteil des Service-Checks. Daneben kontrollieren die Experten verschleißanfällige Bauteile wie Bremsanlage, Beleuchtung, Klimaanlage, Kühl- und Bremsflüssigkeit.
Elektroauto-Wartung ist rund 35 Prozent günstiger als bei Verbrennern
Im Vergleich zur Instandhaltung regulärer Diesel und Benziner sind E-Autos äußerst pflegeleicht. Das spiegelt sich in den Wartungskosten wider: Für den Werkstatt-Check zahlen Elektroauto-Besitzer im Durchschnitt ein Drittel weniger. Zum Vergleich: Die Wartung eines Tesla Model S kostet jährlich rund 650 Euro. Für einen S-Klasse Mercedes fallen pro Jahr bis zu 1.000 Euro Servicekosten an.
Wie viel kostet der Umbau eines Verbrenners zum Elektroauto?
Elektroauto-Umbau ist in Eigenregie oder in Werkstatt möglich
Grundsätzlich können Sie jedes Fahrzeug zu einem E-Auto umrüsten. Der Umbau ist bei älteren Fahrzeugmodellen und Oldtimern meist einfacher. Der Grund: Neue Fabrikate besitzen eine komplexere technische Ausstattung.
Wollen Sie Ihr Kfz als Hobbyschrauber selbst umbauen, sollten Sie im Umgang mit den elektrischen Fahrzeugteilen versiert sein. Der Einbau der Komponenten, die an das Hochvoltsystem des Kfz angeschlossen sind, ist nicht ungefährlich. Ein Stromschlag aufgrund eines falschen Handgriffs kann tödlich enden.
Für den Umbau zum E-Auto benötigen Sie für Ihr Verbrennerfahrzeug unter anderem folgende Komponenten:
- Akku
- Konverter für den Akku (wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um)
- Batteriemanagementsystem (BMS)
- On-Board-Charger (Spannungswandler)
- Anzeige für Überwachung des Akkus
- Montagematerial und Kabel
Wer den Umbau Profis überlässt, zahlt neben den Bauteilen die anfallenden Arbeitsstunden. Eine professionelle Umrüstung kostet schnell 20.000 Euro.
Elektroauto-Umbau lohnt sich für Youngtimer und Oldtimer ohne H-Kennzeichen
Der Einbau eines E-Motors lohnt sich finanziell vor allem bei Fahrzeugklassikern, die noch keine 30 Jahre alt sind. Sogenannte Youngtimer lassen sich technisch einfach zu E-Autos umrüsten und profitieren dann unter anderem von einer Kfz-Steuerbefreiung. Dasselbe gilt für Oldtimer ab 30 Jahren, in denen bereits Fremdteile verbaut sind und die deshalb kein H-Kennzeichen erhalten. Nutzen Sie Ihr Auto nur wenige Jahre, rechnet sich der finanzielle Aufwand des Umbaus in der Regel nicht.
Wichtig: Nach dem Elektroauto-Umbau ist eine Hauptuntersuchung (HU) für Ihren umgerüsteten Pkw fällig. Ob Ihr Stromer nach dem Umbau auf die Straße darf, entscheidet eine Prüfstelle wie der Technische Überwachungsverein (TÜV).
Wie belastend sind Elektroautos für die Umwelt?
Elektromobilität gilt als Antriebsart der Zukunft. Denn elektrisch betriebene Kfz stoßen während der Fahrt kein Kohlenstoffdioxid (CO2) aus. Das macht sie mit Blick auf den Klimawandel umweltschonender und nachhaltiger als Verbrenner.
Abstriche bei der Umweltbilanz von Elektroautos gibt es aufgrund ihrer energie- und ressourcenintensiven Herstellung und Entsorgung. Auf den gesamten Lebenszyklus eines Stromers gesehen entstehen Schadstoffemissionen bei Akku- und Fahrzeugproduktion genauso wie bei Stilllegung und Batterie-Recycling.
Batterie verschlechtert die Ökobilanz von E-Autos
In den Akkumulatoren von Elektrofahrzeugen sind seltene und wertvolle Rohstoffe wie Kobalt verbaut. Deren Gewinnung findet oft unter schlechten sozialen Bedingungen statt und belastet die Umwelt. Auch die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus ist energieintensiv und mit hohen CO2-Emissionen verbunden. Das verschlechtert die Elektroauto-Umweltbilanz vor allem zu Beginn.
Mit Ökostrom fahren Elektro-Pkw fast emissionsfrei
Laden Sie Ihren Stromer ausschließlich mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen, verursacht er im laufenden Betrieb weder Schadstoff- noch CO2-Emissionen. Das gleicht die hohe Umweltbelastung bei der Herstellung aus. Auf lange Sicht verzeichnen Elektroautos eine bessere Ökobilanz als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.
Ab wann ein E-Auto klimafreundlich ist, hängt vom Strom ab, den Sie tanken
Ein Elektrofahrzeug ist nur so grün wie der Autostrom, mit dem Sie es laden. Nach wie vielen Kilometern die Umweltbilanz eines Autos mit Elektro-Antrieb besser ist als bei anderen Antriebsarten, veranschaulichen Berechnungen des ADAC (Stand: Oktober 2019).
Nutzen Sie für Ihren E-Pkw den für Deutschland typischen Strommix, der Energie aus Kohlekraftwerken beinhaltet, fährt er nach acht Jahren oder 127.500 Kilometern nachhaltiger als ein Benziner. Im Vergleich zu einem Diesel schneidet ein Elektroauto erst nach 14 Jahren oder 219.000 Kilometern besser ab. Laden Sie Ihr E-Fahrzeug mit Ökostrom, der bei der Stromerzeugung mit Wind- oder Wasserkraft entsteht, verbessert sich seine Umweltbilanz. Sie sind dann bereits nach 40.000 Kilometern nachhaltiger unterwegs als mit einem konventionellen Diesel oder Benziner.
Fazit: Ob E-Autos wirklich besser für die Umwelt sind, lässt sich nicht pauschal sagen. Das Bundesumweltministerium zieht die Bilanz, dass Elektroautos im Hinblick auf den Treibhausgasausstoß klimafreundlicher als Verbrenner sind. Eine Studie des Umweltbundesamtes (Stand: Oktober 2019) zeigt: Ein Elektrofahrzeug, das Sie 2025 neu zulassen, verursacht auf seinem "Lebensweg" 32 Prozent weniger CO2-Emissionen als ein moderner Diesel. Verglichen mit einem Benziner sind es sogar 40 Prozent.
Geht es um den Rohstoffaufwand bei der Herstellung, schneiden Stromer schlechter als Verbrenner ab. Vor allem für den Akku werden viele seltene Ressourcen benötigt, deren Gewinnung viel Energie benötigt und gravierende Auswirkungen auf die Umwelt hat. Forschung und nachhaltigere Lieferketten könnten in den nächsten Jahren großes Verbesserungspotenzial bei der E-Auto-Produktion bieten.
Brauchen E-Autos eine Umweltplakette?
Ja, auch mit einem elektrisch betriebenen Pkw dürfen Sie die Umweltzonen deutscher Städte nicht ohne Umweltplakette befahren. Besitzt Ihr Elektroauto, Plug-in-Hybrid oder Brennstoffzellenfahrzeug ein E-Kennzeichen, ist das kein Ersatz für die Feinstaubplakette.
Erwischt die Polizei Sie ohne Umweltplakette in einer innerstädtischen Umweltzone, zahlen Sie 100 Euro Bußgeld – auch wenn Ihr Stromer emissionsfrei fährt.
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