Das sollten Sie über Elektromobilität wissen

12. August 2021

Die Elektromobilität hält mehr und mehr Einzug in unseren Alltag. Die nachhaltige und umweltschonende Fortbewegung mit elektrisch betriebenen Fahrzeugen gewinnt an Akzeptanz und Beliebtheit. Und da zählen nicht nur Elektroautos zu. Denn auch E-Bikes, E-Scooter, Pedelecs, E-Motorräder sowie E-Busse und sogar E-Trucks gehören mit zu der neuen Generation an E-Mobility-Fahrzeugen. Allen gemein ist der vollständige oder teilweise elektrische Antrieb. Sie besitzen einen Energiespeicher und beziehen ihre Energie überwiegend aus dem Stromnetz.

Inhalt

1. Warum gibt es Elektromobilität?
2. So funktioniert ein E-Auto – Besonderheiten des Elektroantriebs
3. Woher kommt der Strom für die Elektromobilität?
4. Diese verschiedenen Arten von Elektroautos gibt es
5. Wie hoch ist der Verbrauch eines Elektroautos?
6. Wie weit fährt ein Elektroauto mit einer Batterieladung?
7. Wie wird ein E-Auto aufgeladen?
8. Wie schnell können E-Autos fahren?
9. Diese Vorteile bringt Elektromobilität
10. Die Kehrseite der neuen Fortbewegung mit Strom
11. Wie wirkt sich Elektromobilität in Unternehmen aus?
12. Wie sieht die Zukunft der E-Mobilität aus?

Warum gibt es Elektromobilität?

Schadstoff-Emissionen haben schwerwiegende Auswirkungen auf die Umwelt und das Klima. Das zeigt uns beispielsweise das Treibhausgas CO2 sehr deutlich. 

Nach statistischen Erhebungen der europäischen Umweltagentur ist der Verkehr für fast 30 Prozent der gesamten CO2-Emissionen in der EU verantwortlich.  Allein davon entfallen rund 72 Prozent auf den Straßenverkehr.

Aus diesem Grund hat sich die Europäische Union das Ziel gesetzt, bis 2050 die Verkehrsemissionen um rund 60 Prozent gegenüber 1990 zu senken.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurden alternative Antriebskonzepte entwickelt, geprüft und eingeführt. Das Resultat ist die Elektromobilität – die elektrische Antriebsvariante von Fahrzeugen.

Denn im Gegensatz zu Benzinern oder Diesel emittieren sie während der Fahrt kein CO2. Grundsätzlich sind E-Fahrzeuge emissionsärmer, effizienter und umweltschonender in jeglicher Hinsicht.

So funktioniert ein E-Auto – Besonderheiten des Elektroantriebs

Wie in jedem anderen Fahrzeug auch ist der Motor das Kernelement für den Antrieb. Bei einem Elektroauto wird der Motor mit Strom betrieben. Diese elektrische Energie wird in einem Akku gespeichert. Sobald der Elektromotor anspringt, nutzt er die elektrische Energie des Akkus und wandelt sie in mechanische Energie um. Die dadurch entstehenden Magnetfelder erzeugen anziehende und abstoßende Kräfte, die das Auto in Bewegung setzen.

Die wichtigsten Komponenten in einem Elektroauto sind:

• Hochvoltbatterie

Wie der Sprit im Tank bei herkömmlichen Benzinern oder Diesel dient die Hochvoltbatterie als Energielieferant. Sie speichert elektrische Energie und muss regelmäßig aufgeladen werden. Meist ist sie im unteren Teil des Fahrzeugs platziert und ist die teuerste Komponente des Elektroautos. Aktuell werden hauptsächlich Lithium-Ionen-Batterien verwendet.

• Niedervoltbatterie

Diese zusätzliche und kleinere Batterie versorgt die Bordelektronik des Fahrzeugs mit Strom. Dazu gehören der Bordcomputer, die Beleuchtung, das Radio, die Scheibenwischer oder der Tempomat.

• Elektromotor

Bei einem Elektroauto wird in der Regel ein sogenannter „synchroner Wechselstrommotor“ eingesetzt. Dieser besteht aus zwei Elektromagneten – einem „Stator“ und einem „Rotor“. Der „Stator“ ist festmontiert und erzeugt durch Gleichstrom ein konstantes Magnetfeld. Der drehbare „Rotor“ erzeugt sein Magnetfeld mit Wechselstrom. Dadurch ziehen die Magnete sich abwechselnd an und stoßen sich voneinander ab. Dieses wechselnde Anziehen und Abstoßen der Pole von Stator und Rotor erzeugt eine rotierende Bewegung. Die Drehbewegung des Rotors wird anschließend auf die Achse sowie die Räder übertragen und das bringt das Fahrzeug in Bewegung.

• Leistungselektronik

Die Leistungselektronik ist ebenfalls eine Schlüsselkomponente jedes elektrischen Fahrzeugantriebs. Ihre Aufgabe ist es, die Frequenz, Form und Stärke des Stroms so umzuwandeln, wie er gerade vom Motor benötigt wird. Sie ist also verantwortlich für die Ansteuerung der elektrischen Maschine, für die Kommunikation mit der Fahrzeugsteuerung und für die Diagnose des Antriebs. Darüber hinaus stellt die Leistungselektronik die Verbindung zwischen Batterie sowie weiteren elektrischen Verbrauchern her und zu der Stromquelle beim Ladevorgang.

• Ladeanschluss

Vergleichbar mit der Tankklappe eines herkömmlichen Autos gibt es bei Elektroautos einen Ladeanschluss. Durch ihn kann der Ladevorgang durchgeführt werden und er bildet die Schnittstelle zwischen der Batterie und der Stromquelle. Neuere Generationen von E-Autos verfügen über einen bidirektionalen Ladeanschluss. Dadurch können sie sowohl geladen als auch entladen werden. So kann die gespeicherte Energie in der Autobatterie für externe Geräte genutzt oder auch in das Stromnetz zurückgeführt werden (Vehicle-to-Grid bzw. V2G).

Woher kommt der Strom für die Elektromobilität?

Wie nachhaltig ist E-Mobilität heute? Denn auch emissionsfreie E-Autos sind nur dann wirklich umweltfreundlich, wenn der benötigte Strom zu 100 % nachhaltig aus regenerativen Energien gewonnen wird wie Solar- oder Windkraft.

Aktuell jedoch steht für die Elektromobilität ein Strommix zur Verfügung, der aus unterschiedlichen Energiequellen und Energieträgern gewonnen wird. In der Realität wird heute nur rund die Hälfte des Stroms aus erneuerbaren Energien produziert, wie die neuesten Erhebungen aus 2020 des Fraunhofer Instituts zeigen.

Hier werden weitere Schritte in der Umsetzung der Energiewende die gewünschten Änderungen herbeiführen. Mit dem Atomausstieg bis 2022 und dem Kohleausstieg bis 2038 werden zur Kompensierung verstärkt Investitionen in erneuerbare Energien und entsprechende Speicherlösungen erfolgen. Ebenfalls dürften die stetige Effizienzsteigerung und Energieeinsparung bei Beleuchtung, Gebäuden und Industrieanlagen ihre gewünschte Wirkung zeigen.

Diese verschiedenen Arten von Elektroautos gibt es

Auch bei E-Autos gibt es verschiedene Modelle, die sich hauptsächlich im Aufbau und in der Funktionsweise unterscheiden. Hier finden Sie eine Übersicht zu den gängigsten Arten:

• Batterieelektrische Fahrzeuge – Battery Electric Vehicle (BEV)

Das batteriebetriebene Elektroauto (BEV) wird ausschließlich mit Elektrizität durch eine Batterie betrieben. Die Batterie wird über das Stromnetz aufgeladen und kann zurückgewonnene Bremsenergie speichern, was auch „Rekuperation“ genannt wird. Die Batterie ist das Herzstück des Elektroautos (BEV). Sie treibt den Motor mit Energie an und ist auch verantwortlich für die Reichweite.

• Batterieelektrische Fahrzeuge mit Range Extender –  (BEV-REx)

Auch die batteriebetriebenen Autos mit Range Extender (REx) sind reine Elektrofahrzeuge. Jedoch verfügen sie noch zusätzlich über einen kleinen Verbrennungsmotor, der bei Bedarf mittels eines Generators Strom erzeugt für den Elektromotor. Mit dem Reichweitenverlängerer (Range Extender) werden zusätzliche Reichweiten von circa 100 Kilometern ermöglicht.

• Hybridfahrzeuge – Hybrid Electric Vehicle (HEV)

In dem Hybridfahrzeug (HEV) sind sowohl ein Elektro- als auch ein Verbrennungsmotor zu finden. Die Batterie wird während der Fahrt durch den Verbrennungsmotor geladen und eine externe Ladung über ein Stromnetz ist nicht möglich. Auch die Funktion der „Rekuperation“ wird in Hybridautos angewendet.

• Plug-in Hybride – Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV)

Auch in Plug-in-Hybriden (PHEV) befinden sich wie beim HEV zwei Antriebsmotoren. Der Unterschied zu einem HEV besteht jedoch darin, dass ein Plug-in-Hybrid extern über das Stromnetz mit einem Stecker aufgeladen werden kann. Darüber hinaus verfügen PHEVs in der Regel über größere Batterien, mit der sie circa 50 Kilometer rein elektrisch fahren können.

Wie hoch ist der Verbrauch eines Elektroautos?

Der Verbrauch eines E-Autos wird in Kilowattstunden (kWh) pro 100 Kilometer angegeben. Grundsätzlich liegt der durchschnittliche Verbrauch eines Elektroautos nach Herstellerangaben zwischen 5,8 kWh und 24,2 kWh pro 100 Kilometer. Jedoch hängt der tatsächliche Verbrauch von weiteren Faktoren ab:

• Wie ist der Fahrstil und wie schnell wird gefahren?
• Welche Stromverbraucher werden im E-Auto noch genutzt (Heizung, Klima, Radio etc.)?
• Mit welchem Gesamtgewicht (Personen, Gepäck) wird das Auto gefahren?

Wie weit fährt ein Elektroauto mit einer Batterieladung

Mit einer Batterieladung schaffen heute die meisten aktuellen Elektroauto-Modelle zwischen 150 und 350 Kilometer. Sie sind daher ideal für den Stadtverkehr geeignet. Größere Reichweiten sind möglich. Sie werden von Premiummarken aus dem Segment angeboten und mehr als 500 Kilometer sind durchaus erreichbar. Jedoch hängt die Reichweite von verschiedenen Einflussfaktoren ab, wie beispielsweise eine hohe oder niedrige Außentemperatur, Nutzung von Heizung, Klima oder Radio während der Fahrt oder aber auch ein hektischer Fahrstil mit ständigem Beschleunigen und Bremsen.

Wie wird ein E-Auto aufgeladen?

Für die Aufladung der E-Auto-Batterie gibt es verschiedene Möglichkeiten: von der Haushaltssteckdose über AC-Säulen bis hin zu DC-Schnellladesäulen. Wie sicher und schnell das E-Auto dann letztendlich aufgeladen wird, zeigen wir in dieser kurzen Übersicht auf:

• Laden an der Steckdose

Von dieser Ladeoption sollte abgesehen werden und Experten raten davon ab. Aus einer Haushaltssteckdose fließen nur 2,3 kW Strom. Weder die Steckdose noch die Verkabelung sind für eine mehrstündige Dauerbelastung ausgelegt. Infolge können sie überhitzen, schmelzen oder in Brand geraten. Abgesehen davon dauert der Ladevorgang für ein Elektroauto wesentlich länger als an einer Ladestation. Die Ladedauer kann je nach Akkugröße 8 bis 14 Stunden andauern. Die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom erfolgt über einen Wandler im E-Auto.

• Laden an der Wallbox

Wallboxen bzw. Wandladestationen werden meist im privaten Bereich eingesetzt. Sie laden das E-Auto mit Wechselstrom (AC) und sind für einen einphasigen (mit einer Ladeleistung von 3,7 kW oder 4,6 kW) oder für einen dreiphasigen Anschluss (mit einer Ladeleistung von 11 kW oder 22 kW) erhältlich. Wallboxen verfügen in der Regel über einen einzelnen Ladepunkt mit einem Typ 2-Stecker. Zusätzlich verfügen sie über einen „Electric Vehicle Charge Controller“, der kommunizierend mit dem Auto das Aufladen überwacht, regelt und steuert. Der obligatorische Leitungsschutzschalter schützt das Ladekabel vor Überlastung. Zudem muss ein Fehlerstrom-Schutzschalter vorhanden sein, der die Wandladestation, das Elektroauto und die Leitungen vor gefährlichen Fehlerströmen schützt. Die Ladedauer kann je nach Akkugröße 2 bis 8 Stunden andauern. Die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom erfolgt über einen Wandler im E-Auto.

• Laden an der Ladesäule

Öffentliche Ladesäulen sind wetterfest und werden in Außenbereichen genutzt, wie z. B. öffentlichen Parkplätzen. Sie können über mehrere Ladepunkte verfügen und die Ladung erfolgt mit Typ-2-Steckern. Sie arbeiten ebenfalls mit Wechselstrom (AC) und die Ladeleistungen reichen von 11 kW über 22 kW bis 44 kW. Sie müssen technische Mindestanforderungen erfüllen, die in der Ladesäulenverordnung (LSV) vorgegeben sind. Die Umwandlung in Gleichstrom übernimmt der Wandler im Elektroauto. Die Ladedauer kann je nach Akkugröße 2 bis 6 Stunden andauern.

• Laden an der Schnellladesäule

Schnellladesäulen unterscheiden sich von herkömmlichen Ladesäulen in 2 Punkten: Sie laden mit Gleichstrom (DC) bis zu 300 kW und die eingesetzten Steckertypen sind CCS (Combo 2) oder CHAdeMO. Das Aufladen der Batterie ist mit einer Schnellladesäule in nur 0,5 bis 1 Stunde möglich. Da die Ladestation die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom direkt vornimmt, kann der Gleichstrom verlustarm direkt an die Batterie im IU-Ladeverfahren weitergegeben werden.

Grundsätzlich kann die Ladedauer variieren. Sie hängt im Wesentlichen von der Ladeleistung der Ladestation ab, von der Kapazität des Akkus und von der verbauten Ladetechnik des Elektroautos.

Wie schnell können E-Autos fahren?

Elektroautos besitzen kein Getriebe und können daher schneller sowie konstanter beschleunigen als ein Benziner oder Diesel. Je nach Modell sind die Höchstgeschwindigkeiten unterschiedlich. Elektrische Microcars sind auf 45 km/h begrenzt und Stadt-Elektroautos erreichen eine Höchstgeschwindigkeit von 90 km/h. Die überwiegende Mehrheit an Elektro-Kleinwagen fahren bis zu 100 km/h und 120 km/h. Anders sieht es bei Sportwagen aus. Die erreichen über 200 km/h.

Diese Vorteile bringt Elektromobilität

Die neue Art der elektrischen Mobilität bringt uns einige überzeugende Vorteile. Mittel- und langfristig wird sich die umweltfreundliche Fortbewegung auf allen Ebenen vorteilhaft durchsetzen, leistet sie doch einen entscheidenden Beitrag zum nachhaltigen Schutz unseres Klimas. Elektromobilität ermöglicht den kompletten Verzicht auf fossile Brennstoffe, was sich sehr schnell in unseren Großstädten bemerkbar machen wird. Ebenfalls wird es zukünftig sehr leise an Autobahnen, Schnellstraßen und im Stadtverkehr werden, denn auch die Lärmquelle „Verbrennungsmotor“ wird abnehmen.

Besitzer von E-Autos können sich vor allem an den günstigen Unterhaltskosten und Privilegien erfreuen. Elektroautos sind hoch effizient, wesentlich weniger wartungsintensiv und reparaturanfällig. Kaum verbaute Verschleißteile mindern die Wartungskosten bei Inspektionen erheblich. Hinzu kommen interessante Förderungen sowie Prämien durch Staat und Industrie.

Die Kehrseite der neuen Fortbewegung mit Strom

Als nachteilig wird aktuell die noch stark ausbaufähige Ladeinfrastruktur eingeschätzt. Zwar sollen die aktuell knapp 21.000 Ladestationen bis 2030 auf eine Million deutschlandweit erhöht werden, aber hier besteht auf jeden Fall Handlungsbedarf in der gegenwärtigen Situation. Ebenfalls auf der Contra-Seite stehen die hohen Anschaffungskosten von Elektroautos. Ausschlaggebend dafür sind die teuren Lithium-Ionen-Akkus. Sie sind zwar lange haltbar, besitzen eine hohe Energiedichte und halten vielen Ladezyklen stand, jedoch hat das auch seinen Preis. Hier läuft die wissenschaftliche Entwicklungsarbeit auf Hochtouren. Verschiedenste Technologien sind bereits in umfangreichen Versuchsreihen angekommen. Diese versprechen kosteneffizientere Alternativen hinsichtlich der verwendeten Rohstoffe im Akku und der Produktion. Auch werden weiterhin geringe Reichweiten und lange Ladezeiten als Nachteile ins Feld geführt. Und auch hier dürfte sich die Situation mit neuen Batterietechnologien ändern.   

So wirkt sich Elektromobilität in Unternehmen aus

Für Unternehmen ergeben sich schon heute einige lohnende Aspekte aus der E-Mobilität. Ein emissionsfreier E-Fuhrpark ist kostengünstiger in Betrieb und Wartung. Auch bietet die Elektromobilität neue Perspektiven im Flottenmanagement. So können alternativ leistungsstarke E-Bikes, E-Lastenräder oder E-Roller ihren Einsatz finden. Hinzu kommt, dass Förderungen, Prämien und Steuervorteile die Höhe der Anschaffungskosten abfedern. Nicht zuletzt setzen umweltbewusste Unternehmen ein entscheidendes Signal nach außen mit Umstellung auf E-Fahrzeuge. Das verantwortungsbewusste Handeln in Klimafragen kommt bei Kunden an und ist nicht nur eine Frage des Images.

Wie sieht die Zukunft der E-Mobilität aus?

Die Pläne der Bundesregierung für den zukünftigen Ausbau der Elektromobilität sind ambitioniert: bis 2030 zehn Millionen E-Autos auf unseren Straßen und ein Ausbau der Ladeinfrastruktur auf eine Million Ladepunkte. Auch Industrie und Wirtschaft verfolgen klare Ziele hin zur Elektromobilität. Die Entwicklung ist vielschichtig und wird durch ein grundsätzlich erneuertes Werteverständnis hin zu mehr Nachhaltigkeit und Umweltbewusstsein getragen. Auch wenn verschiedene Bereiche aktuell noch nicht als ausgereift bezeichnet werden können, wie beispielsweise in Hinsicht auf Akkus, Ladeinfrastruktur, Recycling und erneuerbare Energien als Haupt-Energieproduzent, so geht die Entwicklung eindeutig und in schnellen Schritten in die richtige Richtung - hin zu einer umweltschonenden und effizienten Elektromobilität.

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