Die elektrische Fortbewegung stellt in vielen Bereichen völlig andere Ansprüche an die Technik. In der E-Mobilität kommen daher Motoren, Energiespeicher oder Nebenaggregate zum Einsatz, die sich von denen in Benzin- oder Dieselfahrzeugen wesentlich unterscheiden. Dies schließt sowohl Komponenten mit ein, die das Mobilitätskonzept selbst bedingt, als auch Neuerungen, die dadurch erst ermöglicht werden. Erfahren Sie im Magazin von Türkiye Elektrik mehr über die technischen Besonderheiten von Elektroautos!
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Die Motoren-Technik der E-Mobilität
Der Motor in der E-Mobilität wird selbsterklärend nicht von Kraftstoff, sondern von Elektrizität angetrieben. Elektromotoren haben neben einem emissionsfreien Betrieb drei weitere große Vorteile gegenüber konventionellen Antriebssystemen.
- Erstens besitzen sie einen enorm hohen Wirkungsgrad. Dies bedeutet, dass der Großteil der Energie, die sie verwenden, auch tatsächlich genutzt wird und nicht etwa als Wärmeverlust verloren geht. Im Durchschnitt liegt er bei 90 Prozent, während der Wirkungsgrad von Benzin- oder Dieselmotoren nur etwa 30 Prozent erreicht.
- Zweitens stellen Elektromotoren nahezu sofort ihr volles Drehmoment bereit, welches zusätzlich weitaus höher ist als das konventioneller Antriebe. Somit ist die komplette Leistung des Fahrzeugs bereits im Stand verfügbar, was in hervorragenden Beschleunigungseigenschaften resultiert.
- Und drittens sind elektrische Antriebssysteme weitaus weniger wartungsintensiv, da viele Verschleißteile wie Zylinder, Getriebe und Auspuffanlage wegfallen.
Bewährt haben sich in der E-Mobilität sogenannte Drehstrommotoren, eine spezielle Form der Wechselstrommotoren, welche eine dreiphasige Wechselspannung nutzen. Theoretisch könnten auch Gleichstrommotoren in Elektroautos zum Einsatz kommen, durch ihre höhere Masse, die größeren Dimensionen und eine stärkere Verschleißanfälligkeit eignen sie sich jedoch nicht für den Gebrauch in normalen Pkw.
Auch die Verbauung des Motors oder sogar mehrerer Motoren ist in der E-Mobilität flexibler: Die Technik ist nicht zwangsläufig an einen Antriebsstrang gebunden. So können zum Beispiel neben dem herkömmlichen Frontantrieb zwei Maschinen für die einzelnen Achsen zum Einsatz kommen, um einen intelligenten Allradantrieb zu ermöglichen. Auch die Nutzung von Radnabenmotoren ist umsetzbar. Hierbei erhält jedes Rad einen eigenen Elektromotor, was die Fahrdynamik deutlich verbessern kann und darüber hinaus zum Wegfall jeglicher Übertragungsverluste führt. Für dieses Konzept sind allerdings komplexere Anpassungen vonnöten.
Energierückgewinnung in der E-Mobilität durch Rekuperations-Technik
Neben einem elektrischen Motor und Energiespeicher wird in der E-Mobilität auch spezielle Technik in den Bremssystemen verbaut. Zusätzlich zu den eigentlichen Bremsscheiben kommen hier Elektromotoren zum Einsatz, die bei Fahrzeugverzögerungen wie dem Ausrollen und auch teilweise beim Bremsvorgang die kinetische Energie wieder in elektrische umwandeln. Diese wird anschließend zurück in die Batterie gespeist. Dieses Prinzip bezeichnen Experten als Rekuperation.
Mithilfe der Nutzbremse und einem vorausschauenden Fahrverhalten lässt sich so die Reichweite von Elektroautos maßgeblich steigern. Es ist für geübte Fahrer sogar möglich, nahezu ohne aktives Bremsen auszukommen und das Elektroauto oder den Hybriden nur über das Gaspedal und die verstellbare Rekuperationsstärke zu steuern. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die geringere Belastung der Bremsscheiben ein Überhitzen der Bremssysteme verhindert wird, welches ansonsten zu einer Verschlechterung der Bremsleistung führen kann.
E-Mobilität nutzt andere Technik in den Hilfsaggregaten
Der elektrische Antrieb bedingt außerdem, dass die Nebenaggregate in Elektroautos anders betrieben werden müssen. Während Antriebswelle und Keilriemen bei konventionellen Motoren auch im Stillstand rotieren und die Funktion von Licht, Klimaanlage und Sonstigem gewährleisten, ist dies bei E-Fahrzeugen nicht der Fall. Folglich muss diese Technik in der E-Mobilität mithilfe der Batterie versorgt werden, damit sie auch im Stand verwendet werden kann. Hierfür ist natürlich eine spezielle Konstruktion der Anlagen erforderlich. Um den Energieverbrauch der Batterie so gering wie möglich zu halten, werden außerdem weitere Anpassungen vorgenommen, etwa zur Effizienzsteigerung der Klimatisierung oder der Hilfsantriebe für Lenkung und Bremsen.
Im Gegenzug entfallen bei der E-Mobilität viele Nebenaggregate, die bei konventionellen Fahrzeugen aufgrund des Kraftstoffverbrauchs vonnöten sind. Hierzu zählen zum Beispiel die Kraftstoff- und Schmierölpumpe sowie sämtliche Systeme zur Abgasreinigung. Um eine optimale Betriebstemperatur zu gewährleisten, benötigt die Batterie dafür ein spezielles Klimatisierungssystem. Dies verhindert nicht nur Leistungsabfälle und erhöht die Lebensdauer des Lithium-Ionen-Akkus, sondern dient auch der Sicherheit, da extreme Hitze oder Kälte zu Beschädigungen führen können.
Konzeption in der E-Mobilität: Technik muss gestaltet werden
Bevor ein Elektroauto gebaut werden kann, muss es selbstverständlich vorher konzipiert werden. Hier greifen Autohersteller auf zwei verschiedene Verfahren zurück: das Conversion Design und das Purpose Design.
Beim Conversion Design wird der bereits bestehende Entwurf eines konventionellen Fahrzeugs übernommen und nur die verwendete Technik auf E-Mobilität ausgelegt. Die Vorteile bei diesem Prinzip sind, dass der Aufwand einer aufwendigen Neuentwicklung entfällt und einige Herstellungsprozesse und Bauteile des ursprünglichen Fahrzeugs übernommen werden können. Allerdings sind die Maße und Dimensionen des Karosserieentwurfs nicht auf die Verbauung eines elektrischen Antriebsstranges und einer Batterie optimiert, weshalb beim Conversion Design viele Kompromisse bei der Anordnung der neuen Teile eingegangen werden müssen.
Beim Purpose Design hingegen handelt es sich um eine vollständige Neukonzeption des Fahrzeugs. Dies ist selbstverständlich mit einem Mehraufwand verbunden, hat jedoch den Vorteil, dass das Fahrzeugkonzept optimal auf die Platz- und Gestaltungsbedürfnisse der E-Mobilität angepasst werden kann. Es müssen also keine Kompromisse und Raumeinbußen in Kauf genommen werden. Allerdings erfordert das Purpose Design eine hohe Stückzahl bei der Produktion der Automobile, damit es sich für den Hersteller auch lohnt. Zusätzlich müssen auch die Fertigungsprozesse und die zu verbauenden Teile gänzlich neu entworfen werden.
Es besteht ebenfalls die Möglichkeit, konventionelle Fahrzeuge zu Elektroautos umzurüsten. Dazu werden der Verbrennungsmotor und die dazugehörigen Aggregate wie etwa Tank, Getriebe und Auspuff einfach durch einen Elektroantrieb und eine Batterie ersetzt. Hierbei sind jedoch einige Dinge zu berücksichtigen, wie etwa das zulässige Gesamtgewicht des Fahrzeugs, die angestrebte Leistung und Reichweite sowie die Notwendigkeit einer erneuten Abnahme durch den TÜV. Das Verfahren selbst ist zwar nicht gerade günstig, ermöglicht aber auf lange Sicht signifikante Einsparungen durch geringere Betriebs- und Wartungskosten sowie finanzielle Vorteile bei Steuern und Versicherungen.
Die Technik in der E-Mobilität revolutioniert auch andere Fahrzeugkonzepte
Die Komplexität der alternativen Technik in der E-Mobilität stellt die Forschung nicht nur vor neue Herausforderungen, sondern offenbart ebenfalls viel Potenzial für Weiterentwicklungen, welche nicht nur in Elektrofahrzeugen Anwendung finden könnten. So werden beispielsweise schon heutzutage elektrische Varianten von Nebenaggregaten in konventionellen Pkw verbaut.
Die E-Mobilität denkt den Verkehrssektor neu
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