Technische Grundlagen


Aufbau und Funktionsweise von Elektroautos

Zentraler Bestandteil eines Elektroautos ist der Elektromotor, bei dem keine fossilen Brennstoffe notwendig sind – folglich wird während der Fahrt auch kein umweltschädliches CO2 emittiert. Im Motor wird, vereinfacht ausgedrückt, elektrische Energie in mechanische umgewandelt.

Audi E-Tron
Audi E-Tron Aufbau

Die Hochvolt-Batterie ist meist im unteren Teil des Fahrzeugs platziert und bildet nicht nur die platztechnisch größte, sondern zugleich die teuerste Komponente im Elektroauto. Durch chemische Prozesse wird Energie gespeichert und bei Bedarf wieder freigesetzt. Aktuell werden primär Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Laut Experten wird dieser Batterietyp bis 2020 weitestgehend seinen technischen Höchststand erreichen. Gleichzeitig wird bereits an einer möglichen nächsten Generation, der Lithium-Luft-Batterie geforscht, deren Leistung deutlich höher ausfallen könnte. Die Kapazität der Batterie bestimmt, welche Strecke ohne zwischenzeitlichen Ladevorgang zurückgelegt werden kann. Wichtig ist zudem das Batterie-Management-System. Dieses hat die Aufgabe, die verschiedenen Akkuzellen der Batterie zu überwachen. Es muss einerseits die Temperatur der Batterie-Zellen kontrolliert werden, andererseits muss das System während des Ladens etwaige Spannungsschwankungen ausgleichen, damit die Batterie nicht beschädigt wird. Während die Hochvolt-Batterie primär den Motor versorgt, ist die Niedervolt-Batterie für kleinere elektrische Verbraucher verantwortlich. Dazu zählen unter anderem die Bordelektronik, das Autoradio oder die Beleuchtung.

Die elektrische Energie, die chemisch in der Batterie gespeichert ist, wird bei Bedarf in den Elektromotor eingespeist. Dieser befindet sich bei den meisten Fahrzeugmodellen oberhalb der Vorderachse, kann jedoch auch im hinteren Teil des Fahrzeugs montiert werden. In Elektroautos wird in der Regel ein sogenannter „synchroner Wechselstrommotor“ verwendet. Dieser besteht maßgeblich aus zwei Elektromagneten. 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.

Batterie und Elektromotor können nur über die sogenannte Leistungselektronik miteinander funktionieren. Sie hat die Aufgabe, Frequenz, Form und Stärke des Stroms so umzuwandeln, wie er gerade vom Motor benötigt wird. Außerdem stellt die Leistungselektronik auch die Verbindung zwischen Batterie und weiteren elektrischen Verbrauchern, sowie zur Stromquelle während des Ladeprozesses her. Im Hochvolt-Bordnetz laufen jegliche elektrische Verbindungen zusammen.

Der Ladeanschluss eines Elektroautos befindet sich üblicherweise analog zur Tankklappe beim herkömmlichen Fahrzeug an der Seite des Fahrzeugs. Er bildet die Schnittstelle zwischen Batterie und einer Stromquelle. Der Ladeanschluss ist somit Voraussetzung für den Ladevorgang, dabei spielt es keine Rolle ob die Ladung an einer öffentlichen Station oder an der heimischen Steckdose bei niedrigerer Stärke geladen werden soll. Zusätzlich zu den Ladeanschlüssen, die nur ein Laden des Elektroautos ermöglichen, besitzen viele neue E-Automodelle einen bidirektionalen Ladeanschluss. Über diesen Anschluss ist sowohl ein Laden als auch ein Entladen der Batterie möglich, um die im Auto gespeicherte Energie auch für externe Geräte zu nutzen oder Energie bei Bedarf in das Stromnetz zurückzuführen (Vehicle-to-Grid).