Elektromobilität ist eines der aktuellsten Themen unserer Zeit – egal ob auf vier Rädern als E-Auto oder auf zweien als E-Bike. Die mobile Gesellschaft befindet sich im Umbruch… weg vom Verbrennungsmotor, hin zu den (jedenfalls aus heutiger Sicht) „alternativen“ Antrieben.
Mit dem Boom der Elektromobilität tauchen aber auch neue technische Fachbegriffe auf. Damit Sie sicher mitreden können, haben wir im folgenden eine kleine Auswahl der wichtigsten davon zusammengestellt und erklären grundlegende Zusammenhänge.
A – Akkumulator
Eine wiederaufladbare Speichereinheit für elektrische Energie, meist auf elektrochemischer Basis – und das eigentliche Herz eines jeden Elektrofahrzeugs. Der Begriff stammt aus dem Lateinischen („accumulare“, übersetzt „anhäufen“) und wird oft synonym mit „Batterie“ verwendet.
A – Ampere
Die Einheit der elektrischen Stromstärke, abgekürzt mit dem Buchstaben A. Bildhaft kann man sich die Stromstärke als den Rohrdurchmesser einer Wasserleitung vorstellen.
Analog dazu wäre die Spannung (Volt, V) gleich dem Wasserdruck. Beide Faktoren – Stromstärke und Spannung – bestimmen die für den Betrieb des Motors zur Verfügung stehende Leistung.
Siehe auch unser Artikel Volt, Ampere und Watt erklärt…!
B – Battery electric vehicle (BEV)
Nichts anderes als das klassische Elektrofahrzeug ist damit gemeint. Also ein technisches Fortbewegungsmittel mit einem rein elektrischen Antriebssystem, welches nur eine Batterie als Energiequelle nutzt.
Damit steht das BEV im Gegensatz zu seinen hybriden Artgenossen mit einer Kombination aus Verbrennungs- und Elektromotor.
B – Bidirektionales Laden
Das bidirektionale Laden wird auch als V2G-Konzept bezeichnet („vehicle to grid“, wörtlich „Fahrzeug zu Stromnetz“). Dabei kann die in den Batterien der E-Autos gespeicherte elektrische Energie bei Bedarf wieder in das Stromnetz zurückgeführt werden.
Im Rahmen intelligenter Stromnetze (Smart Grid) sollen die Akkus als Puffer für Strom aus regenerativen Energien wie Solar- und Windanlagen dienen: Zuviel produzierter Strom wird in den Akkus gespeichert und im Fall von Spitzenlasten wieder in das Netz übertragen.
Im Augenblick arbeitet dieses Verfahren noch äußerst unwirtschaftlich, jedenfalls im Vergleich zu konventionellen Stromspeichern in Form von Wasserelektrolyse/Brennstoffzellen oder Druckluftspeicherkraftwerken.
B – Brennstoffzelle
Eine Brennstoffzelle wandelt die chemische Energie eines zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie um. Im Kfz-Bereich nutzt man hierzu Wasserstoff als Brennstoff und Sauerstoff als Oxidationsmittel.
Der Vorteil dieser Kombination liegt darin, dass sich Wasserstoff und Sauerstoff technisch einfach mittels Elektrolyse aus Wasser gewinnen lässt. Der hierzu erforderliche Strom könnte umweltfreundlich aus regenerativen Energiequellen stammen.
Brennstoffzellen erzielen im allgemeinen hohe Wirkungsgrade, welche die von Otto- und Dieselmotoren sogar übertreffen. Leider konnte sich diese Antriebsart bislang nur wenig durchsetzen, vor allem aufgrund einer fehlenden flächendeckenden Versorgung mit Wasserstoff-Tankstellen.
Auch gilt die Erzeugung von Wasserstoff als sehr energieintensiv, ebenso dessen Lagerung (bei Flüssiggas-Speicherung muss der Wasserstoff permanent auf ca. -253 Grad Celsius gekühlt werden).
E – Energiedichte
Die Energiedichte bezeichnet die pro Massen- oder Volumeneinheit speicherbare Energiemenge, meist angegeben als Kilojoule (kJ) bzw. Kilowattstunde (kWh) pro Kilogramm. Sie ist der entscheidende Faktor für das Gewicht einer Batterie und letzten Endes auch für die Wirtschaftlichkeit eines Elektrofahrzeugs.
Aktuell liegt sie durchschnittlich bei ca. 0,180 kWh/kg. Im Vergleich dazu beträgt die Energiedichte von Benzin ca. 12,7 kWh/kg.
H – Hybridfahrzeug
Hybridfahrzeuge nutzen ein kombiniertes Antriebssystem aus einem Elektromotor und einem (meist) konventionellen Antrieb. Letzterer kann entweder als eigenständiger Antrieb zur Verfügung stehen oder nur den Akku des Elektromotors nachladen (Range Extender).
Diese Form gilt als Zwischenschritt zur reinen Elektromobilität und setzt eine komplexe Steuerungselektronik voraus. Aufgrund der kleiner auslegbaren Batterie als Kostenfaktor sind Hybridfahrzeuge derzeit dennoch oft preisgünstiger als reine Elektrofahrzeug mit hoher Reichweite.
Man unterteilt diese Fahrzeugklasse in folgende Kategorien, abhängig vom Anteil der elektrischen Leistung des Gesamtantriebs:
- Micro-Hybrid: Leistung des Elektromotors bis ca. 4 kW pro Tonne Fahrzeuggewicht. Hauptsächlich zum Laden der Fahrzeugbatterie (verringert Leistungsbedard der Lichtmaschine), der Elektromotor trägt nicht oder kaum direkt zum Antrieb bei.
- Mild-Hybrid: Leistung des Elektromotors < 20 kW pro Tonne Fahrzeuggewicht. Der E-Motor wird bei geringen Geschwindigkeiten im Stadtverkehr oder zur Unterstützung der Beschleunigung verwendet.
- Voll-Hybrid: Leistung des Elektromotors > 20 kW pro Tonne Fahrzeuggewicht. Der Elektromotor trägt maßgeblich zum Antrieb des Fahrzeugs bei uns kann auch für längere Strecken eigenständig genutzt werden.
- Range Extender: Hierbei handelt es sich um reine Elektrofahrzeuge, die zusätzlich mit einem Verbrennermotor geringerer Leistung ausgestattet wurden (zur Erhöhung der Reichweite oder bei unsicherer Versorgung mit E-Ladestationen).
I – Induktives Laden
Damit bezeichnet man die drahtlose Energieübertragung mittels eines elektromagnetischen Feldes. Das Fahrzeug wird über einer Magnetspule geparkt, die ein starkes Magnetfeld aufbaut. Das berührungslose Laden des Akkus erfolgt durch ihr Gegenstück im Fahrzeugboden.
Der Vorteil dieses Systems liegt in seinem einfachen Aufbau und der (theoretisch) hohen Kompatibilität, da keine speziellen Kabel- und Steckersysteme benötigt werden. Auch wäre, entsprechende Straßen vorausgesetzt, sogar ein Laden während der Fahrt möglich.
Der bislang größte Nachteil des induktiven Ladens liegt im schlechteren Wirkungsgrad, verglichen mit drahtgebundenen Lösungen.
K – Kilowattstunde
Besser bekannt unter ihrer Abkürzung kWh ist sie die Maßeinheit für Energie.
Die Akkus aktueller Elektroautos liefern zwischen 20 und 70 kWh. Grundsätzlich ist der Stromverbrauch – wie bei Verbrennungsmotoren auch – von vielen Faktoren abhängig, darunter Gewicht, Windwiderstand des Fahrzeugs und Fahrweise. Im Durchschnitt beträgt dieser derzeit ca. 10 bis 15 kWh pro 100 Kilometer.
Beachtet werden muss bei der Berechnung der Reichweite eines Elektrofahrzeugs, dass Batterien nicht ganz entladen werden dürfen, da diese sonst Schaden nehmen.
Auch lässt ihre Fähigkeit zur Speicherung elektrischen Stroms im Laufe der Zeit nach. Es steht also nie die rechnerische Maximalkapazität des Akkus zur Verfügung.
L – Ladeleistung
Die Ladeleistung bestimmt, wie lange ein Fahrzeug für eine vollständige Ladung an das Stromnetz angeschlossen werden muss. Sozusagen also die Dauer des Tankstopps (wobei natürlich auch Teilladungen möglich sind).
Eine Haushaltssteckdose ist auf eine maximale Leistung von ca. 3,5 kW ausgelegt. Eine normale Ladesäule auf 10 bis 22 kW. Daneben existieren verschiedene Schnelladetechnologien, diese variieren zwischen 50 und 170 kW, inzwischen sogar 350 kW und mehr.
Das vollständige Laden einer Batterie mit 24 kWh Kapazität benötigt also knapp 7 Stunden an einer Haushaltssteckdose (24 / 3,5 = 6,86), während ein Schnellader dies in einer Viertelstunde schafft – mitunter auf Kosten der Lebensdauer der Batterie (hohe Ströme = hohe Temperaturen).
In der Realität muss man jedoch berücksichtigen, dass mit zunehmendem Akkufüllstand die Ladegeschwindigkeit abnimmt und so für eine vollständige Ladung grundsätzlich mehr Zeit kalkuliert werden muss.
L – Ladesysteme
Am Markt konkurrieren verschiedene, teils inkompatible Ladesysteme. Mit einem passenden Adapterset ist auch eine Ladung über eine Schuko-Steckdose (Haushaltssteckdose) oder einem Anschluss nach IEC60309 (Drehstrom) möglich.
Kommerziell verbreitet sind das von deutschen Autobauern favorisierte Combined Charging Sysem (CCS) sowie CHAdeMO, welches mehrheitlich von japanischen, koreanischen und französischen Fahrzeugherstellern genutzt wird.
Ladestationen bieten meist mehrere Systeme an, zusätzlich existieren Adapterlösungen oder wären zumindest technisch möglich.
L – Lithium-Ionen-Batterie
Sie ist die heute gängigste Batterietechnik, bietet eine hohe Energiedichte und Langlebigkeit. Von Nachteil ist der hohe Preis, welcher derzeit zwischen 200 und 500 € pro kWh beträgt. Aus diesem Grund stellt das Akkusystem auch den größten Kostenfaktor bei E-Fahrzeugen dar.
Ein soziales bzw. geopolitisches Problem sind außerdem die für Lithium-Ionen-Batterien erforderlichen seltenen Erden, welche teilweise aus politisch instabilen Regionen stammen und dort unter menschenunwürdigen Bedingungen gefördert werden.
P – Pedelec
Kofferwort aus „Pedal Electric Cycle“, ein Elektrofahrrad (auch E-Bike genannt).
P – Permanent erregte Synchronmaschine (PSM)
Wer hinter diesem etwas anrüchig klingenden Begriff einen unersättlichen Liebhaber vermutet, liegt vollkommen falsch. Es handelt sich dabei schlicht um die heute gängige Bauart von Elektromotoren.
„Permanent erregt“ bedeutet, dass Dauermagnete zum Einsatz kommen, keine Elektromagnete. Würden letztere eingesetzt, spricht man von einer elektrisch erregten Synchronmaschine (ESM). Diese spielt in der Fahrzeugtechnik jedoch keine große Rolle.
Verwendung in Permanentmagneten findet vor allem Neodymium, ein Metall der Seltenen Erden mit Hauptvorkommen in China.
P – Plug-in-Hybrid
Ein solches Fahrzeug besitzt eine kleine aufladbare Batterie mit einer Reichweite von um die 50 km, also ideal für Kurzstrecken. Ein konventioneller Verbrennungsmotor stellt die übrige Leistung bereit. Kombiniert werden diese Fahrzeuge meist mit Rekuperationsbremsen und anderen Formen der Energierückgewinnung; teilweise kann auch der Verbrennungsmotor selbst die Ladefunktion übernehmen.
Siehe auch Eintrag „H – Hybridfahrzeug“.
R – Rekuperation
Ein auch außerhalb der E-Mobilität gebräuchliches System zur Rückwandlung von kinetischer Energie (Bewegungsenergie), die ansonsten zum Beispiel beim Bremsen in Form von Wärme verloren ginge. Die Funktionsweise ähnelt der eines Fahrraddynamos.
Sie kommt in konventionellen Fahrzeugen bei Start-/Stopp-Systemen in Form einer „Nutzbremse“ zum Einsatz und speist dort eine Zusatzbatterie für starke Verbraucher wie Sitzheizungen oder Multimedia-Systeme.
Eine Nutzbremse arbeitet verschleißfrei. Ihre Bremswirkung kommt zustande, indem ein Elektromotor als elektrischer Generatoren benutzt wird.
R – Range Extender
Dieser kleine Verbrennungsmotor dient nicht der primären Fortbewegung des Fahrzeugs, sondern wirkt als Stromgenerator, welcher während der Fahrt die Akkus wieder auflädt. Dadurch wird die Reichweite signifikant erhöht und er kann als Notlösung dienen, sollte keine Ladesäule zur Verfügung stehen.
V – Verbrauch
Der Stromverbrauch eines Elektrofahrzeugs wird nach standardisierten Methoden gemessen und in Kilowattstunden pro 100 Kilometer angegeben. Ein unter Umständen bei der Stromproduktion erfolgter CO2-Ausstoß bleibt allerdings unberücksichtigt.
Der durchschnittliche Verbrauch liegt aktuell bei ca. 15 kWh / 100 km; ist jedoch (wie bei konventionellen Fahrzeugen auch) stark abhängig von Modell, Ausstattung, Beladung und Umweltbedingungen.
V – Volt
Die Einheit der elektrischen Spannung, abgekürzt mit dem Buchstaben V. In Analogie zu einer Wasserleitung entspricht die Spannung dem Wasserdruck.
Siehe auch Eintrag „A – Ampere“ und unseren Artikel Volt, Ampere und Watt erklärt…!
W – WLTP
Abkürzung für „Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure“.
Ein von Experten aus der EU, Japan und Indien entwickeltes Messverfahren zur Bestimmung der Abgasemissionen und des Kraftstoff- bzw. Stromverbrauchs von Fahrzeugen zur Personenbeförderung und leichten Lastkraftwagen.
Es wurde am 1. September 2017 in der EU eingeführt und soll insbesondere zu einer realitätsnahen Berechnung des CO₂-Ausstoßes sowie des Fahrzeugverbrauchs beitragen (Vorgänger: NEFZ – „Neuer Europäischer Fahrzyklus“ bzw. NEDC – „New European Driving Cycle“)
Z – Zyklenfestigkeit
Die Zyklenfestigkeit bezeichnet die Anzahl von Lade- und Entladevorgängen, bevor die durch Aufladung erreichbare Kapazität eines Akkus unter eine vorher definierte Grenze fällt (z.B. 50 % seiner Kapazität).
Die Lebensdauer eines Akkus wird durch verschiedene Faktoren bestimmt und ist abhängig von der verwendeten Technologie.
Bei sachgemäßem Gebrauch sollte der Akku eines Elektroautos ca. zehn Jahre seinen Dienst verrichten. Viele Hersteller garantieren eine Mindestkapazität, z.B. 70 % bis 100.000 gefahrene Kilometer.
Autor: Tobias Eichner | Datum der Veröffentlichung: Juni 2017 | Letzte Aktualisierung: Januar 2022
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