Techniklexikon

Elektroauto

Aus Gründen des Umweltschutzes und der Luftreinhaltung in innerstädtischen Bereichen angestrebte Alternative zum Auto mit Verbrennungsmotor. Geplant sind kleine Personenwagen für den Nahverkehr mit elektrischem Antrieb, die ihre Antriebsenergie aus mitgeführten Ackumulatoren beziehen, die nach Fahrstrecken von 50 bis etwa 200 km wieder aufgeladen werden müssen. Die Entwicklung kommt aus mehreren Gründen nur zögernd voran: Das herkömmliche Auto ist beliebt und hat Maßstäbe für einen Komfort gesetzt, den das E. niemals bieten kann. Die in Großserien hergestellten Ackumulatoren (siehe auch Batterie) sind zu schwer für die leichten Fahrzeuge und bieten eine zu geringe Kapazität, was den Aktionsradius zwischen zwei Aufladungen zu sehr einschränkt. Von Vorteil sind die geringe Geräuschentwicklung der E. und das Fehlen jeglicher von ihnen ausgehender Schadstoffemissionen. Werden die Ackumulatoren der Fahrzeuge nicht an einer Steckdose des öffentlichen Stromnetzes aufgeladen, sondern an einer Station, die mit Solarstrom (Photovoltaik) gespeist wird, spricht man von »Solarmobilen«. Elektrodynamik und Elektrotechnik, Elektromobil, Bezeichnung für Fahrzeuge, deren Hauptantrieb ein Elektromotor ist. Diese Form des Antriebs wird auch Elektrotraktion genannt. Bereits 1881, vier Jahre, bevor C. Benz und fünf Jahre bevor G. Daimler Motorkutschen mit Verbrennungsmotoren vorstellten, gab es in Paris elektrisch betriebenen Wagen, und die »Jamais Contente« von C. Jenatzky war 1899 das erste Automobil, das schneller als 100 km / h fuhr. Erst mit der Erfindung des elektrischen Anlassers für Otto-Motoren und der immer grösseren Verfügbarkeit fossiler Kraftstoffe bis in die 70er Jahre des 20. Jh. wurde der Elektroantrieb immer mehr verdrängt.

Elektroantriebe können je nach Art der Stromerzeugung in drei Klassen geteilt werden: Batteriegetriebene Fahrzeuge, bei denen Netzstrom aus der öffentlichen Stromversorgung in Akkumulatoren gespeichert wird, Solarmobile, die direkt Sonnenenergie in Strom umwandeln, und Fahrzeuge mit Brennstoffzellen, die aus Wasserstoff oder aus reformierten Kohlenwasserstoffen wie Erdgas, Methanol oder Biomasse elektrochemische Energie gewinnen. Fahrzeuge mit gemischtem Antrieb, insbesondere solche mit einer Kombination aus Elektro- und Verbrennungsantrieb, heissen Hybridfahrzeuge (Hybridantrieb).

Die wichtigsten Unterschiede zwischen Elektro- und Verbrennungsantrieb liegen in Wirkungsgrad, Drehmoment- und Leistungskennlinien, Reichweite und Emissionscharakteristik. Beim Wirkungsgrad ist es wichtig, die gesamte Umwandlung von Primärenergie in Fahrleistung zu berücksichtigen. Ein Verbrennungsmotor hat etwa 40 % Wirkungsgrad, der mittlere Gesamtwirkungsgrad von Rohölgewinnung, Transport, Umwandlung und Übertragung aufs Rad dagegen liegt bei nur 20 %. Ein Elektromotor setzt elektrische Energie mit einem Wirkungsgrad von 80-90 % um. Dieser wird jedoch z.T. erheblich durch den Gesamtwirkungsgrad der Stromerzeugung vermindert. Dies gilt besonders für mit Netzstrom betriebene Akkumulatorfahrzeuge, aber auch für Brennstoffzellen, die mit elektrolytisch erzeugtem Wasserstoffgas betrieben werden (Gesamtwirkungsgrad bei 25 %). Am günstigsten liegen hier Brennstoffzellen mit reformierten Kraftstoffen wie Erdgas; hier liegt der Gesamtwirkungsgrad bei 70 %.

Die Emissionscharakteristik von Elektromobilen hängt sehr von der Stromversorgung ab: Bei netzbetriebenen Fahrzeugen handelt es sich nur um eine Verlagerung der Emissionen vom Fahrzeug zum stromerzeugenden Kraftwerk. Bei ungünstigem Gesamtwirkungsgrad kann ein primärenergieverbrauchender Verbrennungsmotor u.U. sogar weniger CO₂ produzieren als ein Akku-Elektrofahrzeug. Brennstoffzellen dagegen emittieren nur Wasserdampf, Solarzellen überhaupt nichts. Hier können nur bei Herstellung oder Recycling Schadstoffe anfallen.

Ein grosser Vorteil des Elektroantriebs liegt im Fahrverhalten: während ein Verbrennungsmotor erst ab 800-1000 U / min nennenswerte Zugkraft entwickelt, besitzt ein Elektromotor bereits im Stand sein volles Drehmoment. Dies ermöglicht ein völlig ruckfreies Anfahren, Kupplung und Getriebe werden überflüssig. Die Leistungsabgabe eines Elektromotors ist darüber hinaus bis zu höchsten Drehzahlen nahezu konstant (Abb.). Bei Geschwindigkeiten bis 120 km / h beschleunigt ein Elektroauto stärker als ein herkömmliches Fahrzeug, bei höheren Geschwindigkeiten ist die Leistungsdichte der Stomversorgung (d.h. maximale elektrische Leistung pro Aggregatmasse) derzeit der begrenzende Faktor.

Das Hauptproblem, das einer weiten Verbreitung des Elektroautos zur Zeit noch im Wege steht, ist zweifellos die geringe Reichweite. Diese wird bei Akkufahrzeugen vom Batteriegewicht begrenzt und liegt bei 100-200 km pro Aufladung im Vergleich zu 500-700 km bei Verbrennungsfahrzeugen. Im Prinzip besitzen Brennstoffzellen ähnliche Reichweiten wie Verbrennungsmotoren, jedoch ist die Versorgung mit Wasserstoff bzw. die Wasserstoffgewinnung aus Kohlenwasserstoffen (Reformierung) im Detail noch zu schwierig. Solarmobile besitzen im Prinzip unbegrenzte Reichweite, sofern genug Sonnenlicht vorhanden ist, der Solarantrieb eignet sich aber wegen des geringen Wirkungsgrades bisher nur für extrem leichte Spezialfahrzeuge.

Elektroauto: Qualitativer Vergleich der Kennlinien von elektrischem und Verbrennungsantrieb beim Automobil. Während der Elektromotor schon aus dem Stand seine volle Zugkraft entwickelt, muss der Verbrennungsmotor dazu erst auf 800-1000 U / min kommen.