Die Leistung eines Elektromotors verstehen

Was bedeutet die Motorleistung eines Autos?

In der Physik bezeichnet die Leistung die Energiemenge, die innerhalb eines bestimmten Zeitraums abgegeben wird. Auf die Automobilindustrie übertragen bezieht sich dieser Begriff auf die Menge an mechanischer Energie, die der Motor innerhalb eines bestimmten Zeitraums erzeugt. Die Leistung wirkt sich auf die Beschleunigung des Fahrzeugs, seine Zugkraft (das Gewicht, das es bewegen kann) und seine Steigfähigkeit aus.

Unabhängig davon, ob es sich um einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor handelt, entspricht die mechanische Leistung dem Produkt aus Drehzahl (gemessen in Umdrehungen pro Minute) und Drehmoment (ausgedrückt in Newtonmetern (Nm)). Das Drehmoment bezeichnet die Zugkraft des Motors.

Daher können sich zwei Motoren mit derselben Leistung unterschiedlich verhalten und dem Fahrer ein ganz anderes Fahrgefühl vermitteln. Die Fahrleistungen eines Sportwagens haben nichts mit denen eines großen Lastwagens zu tun, selbst wenn beide Fahrzeuge die gleiche Motorleistung aufweisen!

Wie misst man die Leistung eines Elektroautomotors?

Die Hersteller können sich nicht damit begnügen, lediglich die Motorleistung anzugeben: Diese wird im Rahmen eines Testverfahrens gemessen und führt zu Schwankungen des Drehmoments in Abhängigkeit von der Drehzahl. Der von den Automobilherstellern angegebene Wert bezieht sich in der Regel auf die gemessene Höchstleistung. Er wird in Watt (W) oder, häufiger, in Kilowatt (kW) angegeben.

Wie lässt sich die Leistung eines Elektromotors bestimmen?

Bei einem System, wie es in einem Elektrofahrzeug zu finden ist, wird die mechanische Leistung – ausgedrückt in Watt (W), Kilowatt (kW) oder PS (PS) – berechnet, indem die Drehzahl (U/min) mit dem Drehmoment multipliziert wird, dem rotatorischen Äquivalent der linearen Kraft, gemessen in Newtonmeter (Nm). Bevor Sie sich an komplizierte Berechnungen wagen, können Sie eine schnelle Online-Suche durchführen: Mehrere Websites berechnen die Leistung Ihres Elektrofahrzeugs in Kilowatt. Sie müssen lediglich die Drehzahl und das Drehmoment eingeben. Sie können auch in der Bedienungsanleitung des Fahrzeugs nachschlagen.

Was ist der Zusammenhang zwischen Kilowatt (kW) und PS (PS)?

Die Einheit „Pferdestärke“ bezeichnet traditionell die Motorleistung eines Autos. Sie geht auf das Ende des 19. Jahrhunderts zurück. Damit lässt sich die Leistung konkreter ausdrücken, indem man sie mit einer Arbeitslast gleichsetzt, die jeder nachvollziehen kann. Pferdestärken (oft mit „PS“ abgekürzt) entsprechen der Kraft, die ein Pferd aufbringt, um ein Gewicht von 75 kg in einer Sekunde um einen Meter anzuheben. Im metrischen System entspricht eine Pferdestärke etwa 736 W.

Die Motorleistung eines Elektrofahrzeugs kann daher sowohl in kW als auch in PS angegeben werden. Der R135-Motor des neuen ZOE leistet beispielsweise 100 kW, was 135 PS entspricht – daher auch sein Name. Er verfügt nun über ein Drehmoment von 245 Nm, gegenüber 225 Nm beim R110-Motor, mit dem der ZOE 2018 ausgestattet war. Diese Verbesserung steigert die Leistung des Elektrofahrzeugs in Situationen, die eine Beschleunigung erfordern, beispielsweise beim Überholen oder beim Einfädeln auf die Schnellstraße.

Welche Faktoren bestimmen die Leistung eines Elektroautos?

Die Aufgabe eines Motors besteht darin, aus einer anderen Energieform mechanische Energie zu erzeugen. Seine Leistung ergibt sich daher aus der maximalen Energiemenge, die er umwandeln kann. Bei einem Elektrofahrzeug hängt die Leistung von der Größe des Motors (seinem Volumen) und der Leistung des Eingangsstroms ab.

Was versteht man unter „nützlicher“ Energieerzeugung für einen Elektromotor?

Die Leistung hängt auch vom Wirkungsgrad ab, d. h. vom Verhältnis zwischen der zugeführten elektrischen Energie und der abgegebenen mechanischen Energie.

Der Motor erhält nicht die gesamte Energie, die vom Stromnetz oder der Ladestation geliefert wird. Ein Teil davon kann durch Wärme oder Reibung verloren gehen. Mit anderen Worten: Die mechanische Energie, die tatsächlich vom Motor genutzt wird, ist die sogenannte „Nutzenergie“. Durch Division der tatsächlichen Ausgangsleistung eines Elektromotors durch die theoretische Ausgangsleistung (die der ursprünglichen Eingangsleistung entspricht) erhält man den mechanischen Wirkungsgrad des Motors.

So lässt sich bei einem Elektrofahrzeug die „nützliche“ Energie berechnen, indem man die Ausgangsleistung (Geschwindigkeit × Drehmoment) durch die Eingangsleistung teilt. Das Ergebnis wird in Prozent angegeben. Diese Methode ermöglicht es allgemein, den Wirkungsgrad zu berechnen, und zwar mithilfe der Formel „Wirkungsgrad = W/Energie“, wobei W die Menge der erzeugten nützlichen Energie im Verhältnis zur Menge der verbrauchten Ressourcen ist.

Das Ziel besteht nun darin, Leistungsverluste zu reduzieren, um eine optimale Energieeffizienz zu erreichen. Der Großteil der in der Batterie gespeicherten Energie wird so voll ausgeschöpft, um die Reichweite des Elektrofahrzeugs zu erhöhen. In dieser Hinsicht ist der neue ZOE besonders leistungsstark. Mit einer WLTP*-Reichweite von 395 Kilometern dank einer 52-kWh-Batterie weist er eines der besten Verhältnisse auf dem Markt für Elektrofahrzeuge auf, über alle Segmente hinweg.

Leistung, Verbrauch und Reichweite

Die maximale Leistung wirkt sich jedoch nicht direkt auf die Reichweite eines Elektrofahrzeugs aus, da vor allem der Fahrstil den Verbrauch des Motors beeinflusst. Es geht also nicht darum, den effizientesten Elektroautomotor zu ermitteln, sondern vielmehr darum, die effizienteste Fahrweise zu finden. Eine abrupte Beschleunigung führt beispielsweise zu einem Spitzenwert beim Stromverbrauch. Auch Fahrphasen mit hoher Geschwindigkeit belasten die Batterie stark. Je höher die Geschwindigkeit, desto mehr Energie wird benötigt, um sie auf diesem Niveau zu halten.
Umgekehrt lässt sich durch eine sanfte Fahrweise der momentane Verbrauch senken und gleichzeitig die Effizienz der regenerativen Bremsung verbessern. Das ist das Prinzip des umweltbewussten Fahrens, das eine der besten Möglichkeiten darstellt, die Reichweite eines Elektroautos zu erhöhen.

Wie lässt sich die Leistung von Elektromotoren steigern?

Auch wenn es den „idealen Motor“ ohne Leistungsverluste zwischen Ein- und Ausgang nicht gibt (oder zumindest nur als hypothetisches mechanisches System), lassen sich die Ausgangsleistung durch bestimmte Faktoren steigern. Je effizienter der Motor eines Elektroautos ist, desto mehr Leistung kann er aufnehmen, um mechanische Energie zu erzeugen, die für den Betrieb des Fahrzeugs genutzt werden kann.

Effizienz ist das Schlüsselwort für die Entwickler von Elektrofahrzeugen. Dieser Begriff gilt für jede Phase des Herstellungsprozesses: bei der Übertragung des Stroms vom Netz zum Fahrzeug (über eine Ladestation oder direkt), bei der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom, bei der Speicherung der Energie in der Batterie, bei der Rückumwandlung in Wechselstrom und schließlich beim Wirkungsgrad des Motors selbst. Kurz gesagt: Je effizienter ein Fahrzeug ist, desto besser kann es die ihm zugeführte Energie nutzen und desto rentabler ist es für alle Beteiligten, vom Hersteller bis zum Fahrer.

Im Vergleich zu ihren Verwandten mit Verbrennungsmotor liegen Elektrofahrzeuge im Wettlauf um die Energieeffizienz deutlich vorn. Lautdem US-Energieministerium „wandeln Elektrofahrzeuge mehr als 77 % der vom Netz gelieferten elektrischen Energie in Antriebsleistung an den Rädern um. Herkömmliche Benzinfahrzeuge wandeln nur 12 bis 30 % der im Kraftstoff enthaltenen Energie in Antriebskraft um.“

*WLTP: Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedures. Der standardisierte WLTP-Zyklus besteht zu 57 % aus Stadtfahrten, zu 25 % aus Überlandfahrten und zu 18 % aus Autobahnfahrten.

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