Ein Elektroauto wird mit Hilfe elektrischer Energie betrieben. Die Energieversorgung der Fahrzeuge erfolgt in erster Linie durch Akkumulatoren oder Brennstoffzellen. Der Elektroantrieb ist dem Antrieb mit einem Verbrennungsmotor vielfach überlegen. Er verfügt unter anderem über einen höheren Wirkungsgrad und eine geringere Geräuschentwicklung. Da allerdings die Energiespeicher nur wenig Energiemengen mit sich führen können, ist die Reichweite mit einem Elektroantrieb trotz der Weiterentwicklung in den vergangenen Jahren noch deutlich geringer als mit einem Verbrennungsmotor.
Auch die Energiedichte der Akkumulatoren oder der Brennstoffzellen ist deutlich kleiner als bei den herkömmlichen Kraftstoffen Benzin oder Diesel.
Die Geschichte des Elektroantriebs
Bevor sich zu Beginn des 20. Jahrhunderts der Verbrennungsmotor aufgrund des größeren Wirkungsgrades als Auto-Antrieb endgültig durchsetzte, hatten die Automobilhersteller bereits auf den Elektroantrieb gesetzt.
Michael Faraday hatte 1821 erkannt, dass mit dem Elektromagnetismus eine kontinuierliche Rotation erzeugt werden kann und legte so die wissenschaftlichen Grundlagen für den Elektroantrieb. Der Schotte Robert Anderson baute 1936 das erste Elektroauto der Welt.
Vor allem in den USA waren Elektromobile äußerst beliebt. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren hier fast 40 Prozent der Fahrzeuge mit einem Elektroantrieb ausgestattet. Nachdem sich der Verbrennungsmotor endgültig durchgesetzt hatte, wurden Fahrzeuge mit Elektroantrieben jedoch immer mehr zu Nischenprodukten, zum Beispiel in kleinen Lieferwagen.
In den 1990er Jahren wurden im Zuge des Golfkrieges und des immer weiter zunehmenden Umweltbewusstseins die weltweiten Forschungsarbeiten am Elektroantrieb wieder deutlich intensiviert. Ein wichtiger Schritt war dabei die Entwicklung neuer leistungsfähigerer und platzsparender Batterien und Akkumulatoren. Diese hatten die zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelten Bleiakkus abgelöst.
Viele Automobilhersteller arbeiteten an der Entwicklung von leistungsfähigen Elektroautos – brachen diese Versuche aber aufgrund der hohen Kosten nach kurzer Zeit wieder ab. So stellte Volkswagen unter anderem die Produktion des GolfCitySTROMer 1996 nach nur 120 Exemplaren wieder ein. Hinter den Kulissen arbeiten die großen Automobilhersteller auf der ganzen Welt dennoch weiter an neuen Entwicklungen im Bereich der umweltfreundlichen Elektroautos. Vor allem die Arbeit an neuen Batteriesystemen steht in vielen Ländern im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten. So entwickelte zum Beispiel eine israelische Firma eine Zink/Luft-Batterie, mit der der Mercedes-Transporter 410 E zum Beispiel 300 Kilometer mit einer Geschwindigkeit von 90 km/h zurücklegte. Gerade auch im Transport-Sektor halten Elektro- & Hybridmotoren immer mehr Einzug. Die Stadt München hat beispielsweise einen Hybrid-LKW in der Abfallwirtschaft im Einsatz.
Funktionsweise des Elektromotors – Wie funktioniert ein Elektro-Antrieb?
Ein Elektroantrieb wird von einem Elektromotor angetrieben. Der Motor befindet sich bei den meisten Modellen in der Nähe der Drehachsen, damit die Räder per Getriebe bzw. Direktantrieb über die Achse angetrieben werden können. Die notwendige Energie beziehen die Motoren aus Batterien. Dabei sollten die verwendeten Akkus in der Antriebsbatterie stets die gleiche Spannung haben. Ein entsprechendes Batteriemanagement sorgt dafür, dass alle Batterien die nötige Leistung liefern und zuverlässig arbeiten. Das Managementsystem erhöht die Lebenszeit, Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit der Batterien. Der aktuelle Ladezustand zeigt an, wie weit mit der restlichen Energie noch gefahren werden kann.
Elektromotoren haben einen höheren Wirkungsgrad und haben damit geringere Energieverluste als herkömmliche Antriebe mit Verbrennungsmotoren. Außerdem sollten diese über eine robuste Mechanik verfügen.
Die Umschaltdauer zwischen Generator- und Motorbetrieb sollte zudem kurz sein. Das Energiemanagement eines Elektro-Antriebes sorgt dafür, dass alle Energieverbraucher im Fahrzeug die für den Betrieb notwendige Energie erhalten. Dafür kommen Regelstrategien zum Einsatz, die die Stabilität des Bordnetzes garantieren und je nach Fahrzeugzustand für die entsprechende Energiewirkung sorgen.
Die E-Auto-Tankstelle
Eine mögliche Lösung in Form von Akku-Wechselstationen hat das amerikanische Unternehmen Better Place geschaffen. Der Prototyp einer neuartigen Strom-Tankstelle soll nur etwa zwei Minuten für den Austausch von entladenen Batterien gegen eine neue benötigen. Das wäre gegenüber dem bislang bekannten „Auftanken an der Steckdose“, welches mehrere Stunden dauert, ein großer Zeitgewinn.
Der Aufbau der neuen innovativen Wechselstation ist einfach. Das Elektroauto fährt auf eine Art Brücke, unter der sich auf Schienen zwei Schlitten bewegen. Der erste platziert sich automatisch unter dem Unterboden des Fahrzeugs und löst den Haltemechanismus des unterflur angebrachten Akkus.
Dieser wird daraufhin aufgenommen und zu einer Ladestation gefahren. Parallel dazu liefert der zweite Schlitten die volle Batterie für die automatische Montage an. Der Flächenbedarf für die Anlage ist nur unwesentlich größer als der einer konventionellen Tankstelle. Unter der Erde ist allerdings ein großes Lager für die aufgeladenen Akkus sowie eine Aufladestation mit großer Kapazität nötig. Der für die Aufladung nötige Strom soll nach Möglichkeit aus erneuerbaren Energien erzeugt werden, die Umtausch-Stationen haben dafür sogar eine eigene Solaranlage auf dem Dach.
E-Auto Kosten
Die Umweltbilanz eines Elektroautos wird in erster Linie durch den Verbrauch an Fahrenergie, den Wirkungsgrad der Batterie sowie den Wirkungsgrad des Ladungsgerätes beeinflusst. Der Vergleich von Elektrofahrzeugen mit konventionellen Fahrzeugen, die mit einem Verbrennungsmotor ausgestattet sind, ist zudem abhängig vom richtigen Strom-Energiemix.
So hat zum Beispiel der Elektro-Smart „ForTwo“ eine maximale Leistung von 30 KW. Dabei sind Höchstgeschwindigkeiten von 112 Km/h und eine Reichweite von insgesamt 115 Kilometern möglich. Beim Fahren entsteht keine CO2-Emission. Allerdings wird diese bei der Stromerzeugung notwendig. Wie hoch diese jeweils ist, hängt von der genutzten Energiequelle ab. Der aktuelle „Smart ForTwo coupé 1.0″ mit einem 52 kW-Ottomotor weist beispielsweise einen CO2-Ausstoß von 103 g/km auf, das entsprechende Modell mit einem Dieselmotor mit 88kW einen CO2-Ausstoß von 88g/km.
Die Nutzung von Brennstoffzellen ermöglicht eine hohe Transportleistung bei deutlich reduzierten Emissionen. Gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren verursachen mit Brennstoffzellen betriebene Autos nur etwa die Hälfte der CO2-Emissionen und stoßen dabei keine Stickoxide und Schwefeldioxid aus. Außerdem entstehen nur geringe Geräuschemissionen.
Den niedrigen Betriebskosten von Elektrofahrzeugen, die etwa zwischen 4-25 kWh pro 100 Kilometer liegen – eine Kilowattstunde kostet den Verbraucher etwa 20 Cent – stehen derzeit die hohen Anschaffungskosten gegenüber, da sie nur in kleinen Serien produziert werden. Die Akkus, die einen großen Teil der Kosten verursachen, besitzen momentan nur eine begrenzte Lebensdauer und müssen nach einigen Jahren ersetzt werden. Die niedrigeren Steuersätze für Strom aus dem Stromnetz gegenüber den Steuersätzen für die herkömmlichen Kraftstoffe sind allerdings ein weiterer Vorteil von Elektroautos. Wer in Deutschland ein Elektroauto kauft ist zudem fünf Jahre lang von der Zahlung der KfZ-Steuer befreit.
Hohe Kosten beim Kauf
Ein großer Nachteil der aktuellen Generation der Elektroautos sind die hohen Kosten beim Kauf. Diese ergeben sich vor allem aus den teuren Batterien, die derzeit im Doppelpack zwischen 15 000 bis 20 000 Euro kosten. Derzeit wird fieberhaft an der Produktion von kostengünstigen und leistungsfähigen Lithium-Ionen-Batterien gearbeitet. Insgesamt bezahlt man derzeit für ein Elektroauto etwa 50 Prozent mehr als für ein gleichwertiges Auto mit herkömmlichem Antrieb. Dabei kosten Neuwagen durchschnittlich etwa 26 000 Euro.
E-Auto Vorteile & Nachteile
Elektroautos haben gegenüber den Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor zahlreiche Vorteile, aber auch noch einige Nachteile. Als größtes Plus wird derzeit die große Umweltfreundlichkeit gepriesen, wodurch der Elektroantrieb als echte Alternative zum herkömmlichen Verbrennungsmotor gefeiert wird. Schließlich entstehen beim Elektroauto während der Fahrt keine schädlichen Abgase. Zudem fährt ein Elektroantrieb nahezu lautlos.
Ein weiterer großer Vorteil ist, dass Elektromotoren deutlich weniger wartungsintensiv sind als die Verbrennungsmotoren. Elektroautos sind außerdem im Unterhalt wesentlich günstiger als herkömmliche Fahrzeuge, da die Steuern und Versicherungen ebenso deutlich günstiger sind, wie das „Auftanken“ der Batterien.
Elektroautos besitzen außerdem einen sehr hohen Wirkungsgrad von etwa 90 Prozent. Während beim Verbrennungsmotor mehr als ein Drittel der Energie durch die Wärme verloren geht, geht die Energie beim Elektromotor fast zu 100 Prozent direkt in den Antrieb des Fahrzeugs. Der Effizienzvorteil gegenüber einem Verbrennungsmotor wirkt sich besonders positiv im Stadtverkehr aus.
Elektromotoren sind zudem wesentlich einfacher aufgebaut als die Verbrennungsmotoren und haben eine höhere Lebensdauer. Andere Teile sind weniger Verschleiß ausgesetzt, was zu geringeren Wartungskosten führt. Außerdem kommt ein Elektroauto unter anderem ohne Getriebe, Kupplung, Schalldämpfer und Katalysator/Rußpartikelfilter, Kraftstofftank, Lichtmaschine oder Wasserkühlung aus. Natürlich müssen dabei auch keinerlei Abstriche bei speziellen Sonderausstattungen wie z.B. der Soundanlage hingenommen werden.
Ein großer Nachteil ist allerdings der hohe Kaufpreis von Elektroautos, der sich in erster Linie aus den teuren Batterien ergibt. Außerdem benötigen die momentan eingesetzten Akkus lange Ladezeiten von bis zu zehn Stunden. Trotz der langen Aufladezeit haben bislang hergestellte Elektroautos nur eine Reichweite von etwa 300 Kilometern.
Aufgrund dieser geringen Reichweite eignet sich ein Elektroauto vor allem für den Stadtverkehr oder für Autofahrer, die nur selten längere Strecken fahren. Für Vielfahrer ist ein Elektroauto nach aktuellem Stand dagegen weniger ideal. Die Lebensdauer der bislang eingesetzten Batterien beträgt nur etwa drei bis fünf Jahre.
