Die Bestandteile des Elektroautos: Der Antrieb

Elektroautos werden mit Strom aus Akkus betrieben und stoßen daher keine lokalen Emissionen aus – das ist bekannt. Doch das ist nicht der einzige Unterschied zwischen E-Fahrzeugen und Verbrennern. Wir haben alles Wissenswerte zum Antriebssystem des Elektroautos gesammelt.

Baut man ein Elektroauto, beginnt man am besten mit dem Akku. Er ist die zentrale Komponente des Fahrzeugs und versorgt das Antriebssystem mit Strom, der zuvor durch das Ladesystem umgewandelt wurde. Wenn Du noch nicht weißt, welche Akkuzelle derzeit die beliebteste bei den Autoherstellern ist und warum, kannst Du dich hier nochmal informieren. Dein Wissen über Gleichstrom und Wechselstrom und die verschiedenen Optionen zum Onboard-Laden und den derzeit modernsten Ladesäulen frischst Du am besten hier auf. Bereit für das Antriebssystem des Elektroautos? Anschnallen, es geht los!

Das Antriebssystem des Elektroautos

Ein Verbrennungsmotor, wie er in Dieselfahrzeugen und Benzinern zu finden ist, wandelt Treibstoff in mechanische Arbeit um: Ansaugen, verdichten, arbeiten, ausstoßen. Das ist vereinfacht gesagt sein Funktionsprinzip. Das Antriebssystem des Elektroautos besteht aus drei Komponenten: Inverter, Getriebe und Elektromotor.

• Inverter: Hier wird AC zu DC, Gleichstrom zu Drehstrom.
• Getriebe: Da Elektroautos nicht über verschiedene Gänge verfügen, braucht es auch keine Schaltung und Kupplung. Ein Ein-Gang-Getriebe mit Untersetzung genügt, um die Drehzahl des Elektromotors auf die Raddrehzahl zu reduzieren.
• Elektromotor: Der Elektromotor kann das Fahrzeug nicht nur antreiben, sondern sogar selbst Strom erzeugen – z.B. durch die Rekuperation beim Bremsen.

Variante 1: Synchronmaschine

Eine Synchronmaschine besteht aus einem Rotor und einem Stator. Der Rotor dreht sich exakt mit der Frequenz, die das Drehstromfeld des Stators vorgibt – synchron eben. Die Vorteile von Synchronmaschinen sind eine hohe Leistungsdichte, hoher Wirkungsgrad und eine kompakte Bauweise. Nachteil: Viele Synchronmaschinen in Elektroautos arbeiten mit einem Permanentmagneten im Rotor, für dessen Herstellung man seltene Erden braucht. Die sind teils schwer zu bekommen, teuer und der Abbau ist ökologisch nicht einwandfrei. Hersteller wie BMW hat es mit der fünften Generation der BMW eDrive Technologie geschafft, bei den Elektromotoren vollständig auf seltene Erden zu verzichten.

Variante 2: Asynchronmaschine

Hier dreht sich der Rotor etwas langsamer, als es das Magnetfeld vorgibt, daher asynchron. Durch diesen Schlupf wird der Wirkungsgrad beeinflusst und liegt daher unter dem der Synchronmaschine. Die Asynchronmaschine ist dafür deutlich günstiger, da keine teuren Magneten benötigt werden und durch den einfachen Aufbau sehr robust und langlebig. Aufgrund dieser Eigenschaften, ist sie jedoch auch etwas größer. Das hält die bekanntesten Autobauer von E-Autos wie Tesla Model S und X, Audi e-tron und Mercedes EQC jedoch nicht davon ab, den zuverlässigen Asynchronmotor zu verbauen. Tesla kombiniert mittlerweile die Vorteile der Synchron- und Asynchronmaschine und setzt bei den Modellen mit Dual Motor je einen Motor jeder Bauart ein.

Elektroantrieb: Ein Wirkungsgrad, der alle überholt

Bei der Diskussion um Antriebssysteme hört man immer wieder vom Wirkungsgrad von Motoren. Ganz allgemein beschreibt dieser die Effizienz einer technischen Einrichtung oder Anlage – i.d.R. das Verhältnis der Nutzenergie zur zugeführten Energie. Nur in der Theorie ist ein maximaler Wirkungsgrad von 100 Prozent möglich, und zwar in Form eines Perpetuum mobiles: Nicht existierende Geräte, die einmal in Gang gebracht unendlich lange in Bewegung bleiben. Ein Elektroauto, das sich für immer bewegt, ohne dass man einmal laden muss? Das wird leider für immer ein Traum bleiben. Was nicht heißt, dass man sich diesem Traum nicht nähern kann.

Das Antriebssystem des Elektroautos setzt rund 80 Prozent der zugeführten Energie in mechanische Energie um, gibt also nur 20 Prozent der thermischen Energie an die Umwelt ab. Daraus resultiert ein Wirkungsgrad von satten 64 Prozent. Zum Vergleich: Bei Dieselmotoren liegt der Wirkungsgrad bei 45 Prozent, bei Benzinern nur bei schlappen 20 Prozent. Der Rest der Energie verschwindet durch Motorreibung und Abwärme aus Auspuff und Zylindern. Bei einem aktuellen Benzinpreis von rund 1,7 Euro pro Liter verpuffen 1,32 Euro einfach so.

Das erwartet Dich in Teil 4 unserer Serie

Im nächsten Teil geht’s mit den Anbauteilen weiter: Klimakompressor, HV-Heizer, Wärmepumpe. Und wir erklären den Grund, warum ein E-Auto zwei Kofferräume haben kann. Bis dahin kannst Du in unserer Serie mehr über den Akku und das Ladesystem des Elektroautos erfahren.