Kurz erklärt Was ist ein Elektroantrieb?

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Den Elektroantrieb gibt es in einigen Varianten. Wir erklären, wie verschiedene Elektroantriebe funktionieren, welche Hybride es gibt und wie Fahrzeuge mit einer Brennstoffzelle fahren.

Ein Elektroantrieb ist laut Definition ein Antrieb durch einen (oder auch mehrere Elektromotoren). Das Herzstück ist dabei die Batterie, häufig eine Lithium-Ionen-Batterie. Es gibt verschiedene Formen der Elektrifizierung des Antriebsstrangs:

• Hybride (Verbrennungs- und Elektromotor kombiniert),

• Mild-Hybride (Hybrid mit leistungsbegrenztem E-Motor, unterstützt den Verbrennungsmotor),

• Plug-in-Hybride (Hybrid mit Stecker, kann am Stromnetz geladen werden),

• rein batterieelektrisch (kein Verbrenner, Batterie versorgt Fahrzeug mit Energie),

• REX (Range Extender, E-Auto mit zusätzlichem Verbrennungsmotor, der über einen Generator die Batterie lädt – das Fahrzeug treibt er nicht an).

Sie gibt es als Front-, Heck- oder Allradversion. Nicht zuletzt richten sich auch viele Augen auf den Antrieb mit Brennstoffzelle.

Plattform für Elektroautos

Einige Hersteller verbauen den Antrieb in eine E-Plattform: Volkswagen beispielsweise nutzt seinen modularen Elektrifizierungsbaukasten (kurz MEB) für die eigenen Autos – und bietet den auch anderen Herstellern an. Beispielsweise nutzt Ford das E-Skateboard von VW.

Ein E-Antrieb ist weniger komplex in seinem Aufbau als ein Verbrennungsmotor. Letzterer hat viel mehr Bauteile und Nebenaggregate wie Einspritzanlage, Zylinder und Abgasanlagen. Auch das Getriebe ist einfacher aufgebaut oder entfällt sogar vollständig. Dafür kommen eben eine Batterie und gegebenenfalls ein Ladestecker hinzu.

Wie funktioniert ein Elektroantrieb im Auto?

In einem rein batterieelektrischen Fahrzeug (BEV) dient die Batterie als Energiespeicher. Eine Elektrische Maschine erzeugt die mechanische Antriebskraft.

Unterscheiden kann man E-Motoren nach der Art der Eingangsspannung, der Magnetisierung (Permanentmagnente, Strom in Stator oder Rotor) sowie der Richtung des magnetischen Flusses in Bezug zur Motordrehachse. In aktuellen E-Serienfahrzeugen verbauen die Hersteller zumeist Permanenterregte Synchronmaschinen, Asynchronmaschinen und Fremderregte Synchronmaschinen. Die Fahrzeuge haben oft einen Zentralantrieb an Vorder- oder Hinterachse und eine direkte Verschaltung von Wechselrichter und Batterie. Teslas Model S gibt es auch in der Variante Vorder- und Heckantrieb.

Prinzipiell wirken E-Motoren gleich: Die Änderung der Energiedichte im Luftspalt zwischen einem fixierten Teil (Stator, Ständer) und einem drehenden Teil (Rotor, Läufer, Anker) erzeugt Antriebskraft. Elektromotoren müssen über eine Leistungselektronik gesteuert werden. Sie wandelt zum einen den Gleichstrom aus der Batterie in den benötigten Wechselstrom und regelt zum anderen Leistung und Drehzahl des Elektromotors.

Wie ein E-Motor funktioniert, erklären wir am Beispiel einer permanenterregten Synchronmaschine (PSM). Durch sogenannte Permanentmagnete erzeugt die PSM das Erregerfeld des Rotors. Die Permanentmagnete sind entweder im oder auf dem Rotor verbaut. Synchron zur Rotordrehzahl dreht sich das Statorfeld. Rotor und Stator sind geometrisch aufgebaut. Dadurch kann bei vielen permanenterregten Synchronmaschinen das Reluktanzmoment (Reluktanz = magnetischer Widerstand) genutzt werden. Die PSM verbauen OEMs häufig in EV (Electric Vehicle) und HEV (Hybrid Electrical Vehicle). Sie verfügt über eine hohe Leistungsdichte und einen guten Wirkungsgrad im Grunddrehzahlbereich.

Elektromobilität

Start-up Volabo: Neues Konzept für den E-Antrieb

Was ist eine Brennstoffzelle?

Die Elektromobilität steht gerade wegen batteriebetriebenen E-Autos in der Kritik. Die Kritik an der Batterie lautet vor allem: Sie benötigt seltene Rohstoffe, ist teuer und schwer. Doch auch Ladeinfrastruktur und Ladedauer sind oft noch nicht zufriedenstellend. Gerade bei den beiden zuletzt genannte Themen könnte die Brennstoffzelle Vorteile haben. Sie stellt elektrische Energie her – durch Elektrolyse von Wasserstoff und Sauerstoff. Im Fahrzeug ist quasi ein kleines Wasserstoffkraftwerk verbaut, das lokal Strom erzeugt. Damit kann man mehrere Hundert Kilometer fahren. Die Brennstoffzelle eignet sich damit gut für die Langstrecke.

Das Tanken geht schnell, Wasserstoff selbst ist außerdem sauber, da beim Verbrennen destilliertes Wasser entsteht. Ganzheitlich betrachtet kommt es in Sachen Klimafreundlichkeit aber auf den Energieeinsatz bei der Gasherstellung an. Die Vorreiter der Technik stammen aus Japan und Korea: Hersteller wie Toyota, Hyundai oder Honda setzen auf Wasserstoff.

Quellen und weiterführende Infos

• Unsere Whitepaper: Studien und Marktdaten zur Elektromobilität

• Orner, Markus: Nutzungsorientierte Auslegung des Antriebsstrangs und der Reichweite von Elektrofahrzeugen (2017)

• Trzesniowski, Michael: Antrieb. Handbuch Rennwagentechnik (2017)

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