Grundwissen Elektromobilität – von Experten zusammengefasst

29. November 2023

Das 1x1 der Elektromobilität – alles Wichtige auf einen Blick

Klimaschonende und nachhaltige Fortbewegung auf unseren Straßen – mit der Elektromobilität halten immer mehr umweltfreundliche Fortbewegungsmittel Einzug in unseren Alltag. Dabei dreht sich die elektrische Fortbewegung schon lange nicht mehr nur um E-Autos. Auch E-Bikes, E-Scooter, Pedelecs, E-Motorräder sowie E-Busse zählen heute zu den alternativen Möglichkeiten, sich inner- und außerstädtisch fortzubewegen.

Auch die Automobilindustrie reagiert auf den anhaltenden Trend. So sind es insbesondere die deutschen Autohersteller wie beispielsweise Volkswagen, BMW und Daimler, die führend sind in Forschung und Entwicklung. Sprechen wir jedoch über diese neuen technologischen Entwicklungen, dann gibt es bei vielen Autofahrern Zweifel, ob ein E-Auto tatsächlich eine gute Alternative zu einem Benziner oder Diesel sei. Mit unserem kompakten 1x1 der Elektromobilität schaffen unsere Experten Klarheit. Hier erfahren Sie die wichtigsten Antworten, die in E-Mobilitätsfragen bestehen.

Was ist Elektromobilität?

E-Mobilität, Elektromobilität oder auch E-Mobility fassen unter einem Begriff alle Fahrzeuge zusammen, die ein elektrisches Antriebskonzept nutzen. Wenn wir über E-Autos sprechen, dann gibt es diese verschiedenen Arten:

» PHEV – Plug-in-Hybridfahrzeuge (Plug-in Hybrid Electric Vehicle)

Aber auch Nutzfahrzeuge, Kleintransporter und Zweiräder nutzen immer häufiger Strom zum Antrieb. Denn Klimawandel, Erdölknappheit und Luftverschmutzung lassen uns auf eine neue Mobilität setzen, die diese Problematiken einfach umfährt.

Hält Elektromobilität tatsächlich, was sie verspricht?

Ohne Frage gehört der Elektromobilität die Zukunft. Schließlich schafft es die neue Technologie, dass Fahrzeuge umweltfreundlich, effizient und leise sind. Dennoch gibt es gewisse Herausforderungen, die es zu meistern gilt.

Mit dem europäischen Klimaschutzabkommen sollen bis 2030 der Ausstoß von Treibhausgasen bis um 40 % gegenüber 2020 sinken und die Bundesregierung fördert aktiv alle Maßnahmen, um diese Ziele hinsichtlich des Ausbaus der Elektromobilität zu erreichen.

Hand in Hand mit der Elektromobilität geht auch die Frage nach der Strombereitstellung. Und als Antwort wird ebenfalls der Ausbau von erneuerbaren Energien maximal durch die Bundesregierung gefördert, sodass zunehmend echter Ökostrom für die Elektromobilität zur Verfügung steht.

Allerdings gibt es schon heute einige schlagende Argumente, die für die Elektromobilität und ihren zukünftigen Einsatz als Schlüsseltechnologie für unsere Fortbewegung sprechen:

Es wird nicht nur die Luftverunreinigung durch Treibhausgase vermieden, sondern auch die Emissionen von Feinstaub können gesenkt werden.

Elektroantriebe verfügen über weitaus weniger Verschleißteile, wodurch sich die Kosten für Wartung, Instandhaltung und Reparatur merklich reduzieren.

Mit einem Wirkungsgrad von rund 65 % (nach TÜV Nord) sind E-Autos gut dreimal so effizient wie Fahrzeuge mit einem Diesel-Verbrennungsmotor.

Der Geräuschpegel von E-Autos, der durch Motoren- und Reifengeräuschen entsteht, ist wesentlich geringer. Das wirkt sich angenehm für Anwohner in Städten und an viel befahrenen Straßen aus.

E-Autos (Plug-in-Hybride ausgenommen) sind über 10 Jahre von der Kfz-Steuer befreit und das gilt auch nach Halterwechsel.

Demgegenüber stehen aber auch gewissen Nachteile, die die Elektromobilität mit sich bringt. So sind etwa die Anschaffungskosten eines E-Autos höher als für einen Pkw mit Verbrennungsmotor. Diese werden jedoch zu einem großen Teil durch die Kaufprämie aufgefangen, wie Sie in unserem Beitrag „Elektromobilität 2024 – das ändert sich bei der E-Auto-Förderung“ erfahren.

Alles in allem stehen E-Fahrzeuge gut dar hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit. Diesen Vergleich haben wir für Sie in unserem Beitrag „Elektromobilität Kostenvergleich: Wann lohnt sich ein Elektroauto?“ gemacht und alle wirtschaftlichen Faktoren sowohl von E-Autos als auch von Verbrennern unter die Lupe genommen – mit einem interessanten Ergebnis.

E-Auto ist nicht gleich E-Auto – diese verschiedenen Arten gibt es

Elektroautos unterscheiden sich sowohl hinsichtlich ihres Aufbaus als auch ihrer Funktionsweise voneinander. Hier ist eine Übersicht zu den gängigsten Arten:

Das batteriebetriebene Elektroauto (BEV) ist das gängigste E-Auto auf unseren Straßen und es wird ausschließlich mit dem Strom aus seiner Hochvoltbatterie betrieben. Dafür wird die Batterie über das Stromnetz aufgeladen. Durch „Rekuperation“ kann sie auch zurückgewonnene Bremsenergie speichern.

Ein Hybridfahrzeug (HEV) vereint beide Antriebstypen und es hat sowohl einen Elektro- als auch einen Verbrennungsmotor. Die Batterie wird allerdings nicht über das Stromnetz aufgeladen, sondern durch „Rekuperation“, also der Rückgewinnung von Bremsenergie.

Auch Plug-in-Hybride (PHEV) kombinieren beide Antriebstechniken wie ein Hybridfahrzeug (HEV). Allerdings können Plug-in-Hybride extern über das Stromnetz aufgeladen werden. Daher verfügen diese Modelle über einen deutlich größeren Akku.

So funktionieren E-Autos – der Elektroantrieb macht den Unterschied

Während klassische Verbrennermotoren Treibstoff wie Diesel und Benzin benötigen, um mechanische Kraft zu erzeugen, funktioniert dies bei Elektromotoren mit Strom. In einem E-Auto wird diese elektrische Energie in einer Hochvoltbatterie gespeichert und der E-Motor wandelt den Strom durch Erzeugung von Magnetfeldern in mechanische Kraft um.

Dabei erzeugen die Magnetfelder anziehende und abstoßende Kräfte. Durch diesen Elektromagnetismus wird Kraft erzeugt, die in eine Drehbewegung umgesetzt wird. Diese Drehbewegung wird auf eine Achse übertragen, sodass sich das E-Auto in Bewegung setzen kann.

Diese Elektromotoren werden in E-Autos verbaut

Im Vergleich zu einem Benziner oder Diesel sind die Motoren von E-Autos erstaunlich einfach aufgebaut. Und es gibt bei weitem nicht die enorme Vielfalt wie bei Verbrennungsmotoren. Dabei bedienen sich zwar alle Elektromotoren einer ähnlichen Technik, jedoch liegen die Unterschiede hier im Detail. Grundsätzlich lassen sich die in E-Autos verbauten Elektromotoren in drei verschiedene Kategorien unterteilen:

Der PSM überzeugt vor allem mit seiner Leistungsdichte und Effizienz. Dies wird erreicht, indem der Rotor immer synchron mit dem magnetischen Drehfeld läuft. Dadurch können hohe Mengen des gespeicherten Stroms in mechanische Energie umgewandelt werden, sodass die Reichweite bei gleicher Batteriekapazität verbessert werden kann.

Allerdings ist ein permanenterregter Synchronmotor aufgrund seiner anspruchsvolleren Herstellung teurer. Er wird häufig in Hybridfahrzeugen verbaut, da dieser Motor mit einer einfachen Steuerung platzsparend ist. Das liegt vor allem daran, dass kein schaltbares Untersetzungsgetriebe benötigt wird.

Bei fremderregten Synchronmotoren wird das Magnetfeld temporär durch einen Elektromagneten (Strom) erzeugt. Dafür wird im Vergleich zum PSM kein Dauermagnet verbaut, sondern eine Spule. Dadurch werden sowohl im Stator als auch im Rotor durch die Spule Magnetfelder erzeugt.

Durch Verzicht auf einen Dauermagneten ist der FSM in der Produktion deutlich günstiger als ein PSM, da keine Seltenen Erden für die permanenten Magnete verwendet werden müssen. Aus diesem Grund lassen sich diese Motoren häufig in günstigeren E-Fahrzeugen und Kleinwagen finden.

Asynchronmotoren funktionieren nach dem Induktionsprinzip und im Vergleich zu den vorgenannten Motortypen ist beim ASM die Magnetfelderzeugung von Rotor und Stator leicht zeitverzögert – also asynchron. Zwar ist die Steuerung eines Asynchronmotors aufwendiger und sie können auch nicht mit ihrer Effizienz glänzen, dennoch sind sie von der Bauart her günstiger in der Herstellung und zudem weniger verschleißanfällig als Synchronmotoren.

Ein weiterer Vorteil ist, dass sich der Motor jederzeit komplett abstellen lässt. Der Motor funktioniert dann wie ein Dynamo und verbraucht keine Energie mehr, auch wenn das E-Auto weiterläuft. Damit eignet sich ein Asynchronmotor besonders für Langstrecken-Fahrzeuge.

Ein E-Auto benötigt gleich zwei Batterien

In einem Elektroauto sind zwei Batterien verbaut. Neben der für den Antrieb zuständige Hochvoltbatterie ist ebenfalls eine herkömmliche 12-Volt-Batterie (Niedervoltbatterie) mit an Bord. Dabei erfüllen beide Batterien unterschiedliche Funktionen:

Die Hochvoltbatterie ist neben dem Elektromotor das Herzstück eines jeden E-Autos. Hier wird Energie in Form von Strom gespeichert und sie entspricht vom Prinzip her dem Tankinhalt eines herkömmlichen Autos mit Verbrennungsmotor. Die Kapazität dieser Antriebsbatterie entscheidet zusammen mit dem Stromverbrauch des Elektroantriebs über die Reichweite des Fahrzeugs. Aktuell werden aufgrund ihrer hohen Energie- und Leistungsdichte meist Lithium-Ionen-Akkus verbaut.

Diese zusätzliche Batterie in E-Autos ist notwendig, um die gesamte Bordelektronik des Fahrzeugs mit Strom zu versorgen. Zur Elektronik zählen beispielsweise Beleuchtung, Bordcomputer, Radio, Scheibenwischer oder ein Tempomat. Wie bei einem herkömmlichen Auto mit Verbrennungsmotor ist eine weitere Aufgabe der 12-Volt-Batterie im Elektroauto ebenfalls das Starten des Fahrzeugs.

Das Elektroauto laden – diese Möglichkeit gibt es

Um den Akku des E-Autos aufzuladen, gibt es verschiedene Möglichkeiten: von der Haushaltssteckdose über Wallboxen bis hin zu öffentlichen Schnellladesäulen. Wie schnell und sicher das E-Auto mit diesen unterschiedlichen Optionen aufgeladen werden kann, führen wir im Folgenden aus.

Eine 230-V-Haushaltssteckdose sollte maximal in Notfällen für das Laden des eigenen E-Autos genutzt werden, da sie für diese Dauerlast nicht ausgelegt sind. Der Ladevorgang selbst kann bis zu 24 Stunden andauern, wobei sich die Kabel erhitzen können. Das führt im schlimmsten Fall zu Kabelbrand und diese Schäden werden nicht zwangsläufig durch die Gebäudeversicherung abgedeckt.

Ideal eignen sich Wallboxen bzw. Wandladestationen, um sein E-Auto im eigenen Zuhause aufzuladen. Der Ladevorgang erfolgt schnell und dauert je nach Auslegung der Wallbox zwischen zwei und sechs Stunden. Dank integrierter Sicherheitsfunktionen wird er kontrolliert und sicher durchgeführt. Ladestationen in Privathaushalten verfügen in der Regel über Ladeleistungen von 11 kW oder 22 kW.

Ebenso kann das E-Auto an öffentlichen Ladesäulen mit Normalladepunkten gegen ein Entgelt aufgeladen werden. Diese findet man in öffentlich zugänglichen Bereichen wie etwa Parkplätzen, Tiefgaragen etc. In der Regel verfügen sie über Ladeleistungen von 11 kW bis 43 kW. Die Sicherheit ist gegeben, da öffentliche Ladestationen technische Mindestanforderungen erfüllen müssen, die in der Ladesäulenverordnung (LSV) vorgegeben sind.

Ein schnelles Aufladen des E-Autos wird mit öffentlich zugänglichen Schnellladesäulen möglich. Und sie unterscheiden sich von herkömmlichen Ladesäulen in zweierlei Hinsicht. Zum einen wird mit Gleichstrom (DC) bis zu 350 kW geladen. Bei normalen Ladestationen und Wallboxen erfolgt die Ladung mit Wechselstrom. Und zum anderen dauert das Aufladen der Batterie an einer Schnellladesäule nur etwa eine halbe bis eine Stunde.

Wie lange es tatsächlich braucht, um den Akku des E-Autos zu laden, hängt von verschiedenen Faktoren ab: von der Ladeleistung der Ladestation, von der Kapazität des Akkus und von der verbauten Ladetechnik des Elektroautos. Was Sie beim Ladevorgang beachten sollten, damit Ihr E-Auto-Akku lange einwandfrei funktioniert, erfahren Sie in unserem Beitrag „Elektroautos richtig laden – so hält der Akku länger“.

Diese Ladetechnologien gibt es

In der Elektromobilität wird zwischen dem Laden mit Gleichstrom (DC) und dem Laden mit Wechselstrom (AC) unterschieden. Während die Aufladung der Batterie an Normalladepunkten immer mit Wechselstrom erfolgt, wird bei Schnellladestationen Gleichstrom verwendet. Und das beeinflusst die Ladegeschwindigkeit.

Denn grundsätzlich kann zur Aufladung einer E-Auto-Batterie nur Gleichstrom verwendet werden. Deswegen muss beim Laden mit Wechselstrom aus dem Stromnetz dieser zunächst in Gleichstrom umgewandelt werden. Diese Aufgabe übernimmt ein sogenannter Gleichrichter und der kann sich sowohl im E-Auto als auch in der Ladestation befinden. Mit dem Umwandlungsprozess verlängert sich jedoch die Ladedauer.

Ladezeiten und Reichweite lassen sich im Voraus berechnen

Wie lange das E-Auto tatsächlich geladen werden muss, kann schnell mit der folgenden Faustformel selbst errechnet werden. Es muss lediglich die Batteriekapazität durch die Ladeleistung des E-Autos geteilt werden. Liegt also die Batteriekapazität bei 50 kWh und die Ladeleistung bei 11 kW, dann beträgt die Ladezeit circa 4,5 Stunden. Da jedoch die Ladeleistung innerhalb des Ladevorgangs nicht konstant ist, wird zusätzlich mit einem Multiplikator von 1,3 gerechnet. Demnach müssen für diesen Ladevorgang circa 6 Stunden angesetzt werden.

Ebenso kann die Reichweite des Elektroautos einfach errechnet werden. Dafür wird die Batteriekapazität durch den Verbrauch geteilt. Liegt also die Batteriekapazität bei 50 kWh und der Verbrauch bei 15 kWh pro 100 Kilometer, dann kann eine theoretische Reichweite von 330 Kilometern erreicht werden. Hierbei spielen jedoch noch weitere Faktoren eine Rolle wie die Fahrweise, die Nutzung von Heizung oder Klimaanlage etc. So kann die tatsächliche Reichweite von der errechneten variieren.

Diese Steckertypen kommen beim Laden zum Einsatz

Welcher Steckertyp der richtige ist, hängt im Grunde davon ab, wie das E-Auto geladen werden soll. Daher wird zwischen den folgenden Steckertypen unterschieden:

Für das Normalladen an Ladestationen mit Wechselstrom bis 22 kW (bzw. bis 43 kW) werden europaweit als Standard Typ 2-Stecker (auch Mennekes-Stecker genannt) verwendet. Dabei lässt sich der Stecker Typ 2 flexibel für ein- bis dreiphasiges Wechselstromladen nutzen.

Der CCS-Stecker oder Combo-2-Stecker wird für Schnellladungen mit Gleichstrom genutzt und es können Ladeleistungen von bis zu 350 kW erreicht werden. Der Stecker ist in zwei Bereiche aufgeteilt. In dem oberen Teil befindet sich ein Typ-2-Anschluss und zusätzlich verfügt er im unteren Teil über zusätzliche Stromkontakte zum Schnellladen.

Ebenfalls hat der Automobilhersteller Tesla mit seinem Supercharger einen eigenen Ladestecker entwickelt, der dem Typ 2-Stecker ähnelt. 

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