Alles, was Sie über einen Elektroautomotor wissen müssen

Die Energie eines Elektromotors: Wie funktioniert das?

Wie funktioniert der Motor eines Elektroautos? Wenn der Fahrer in einem Elektroauto das Gaspedal betätigt, leitet die Batterie des Autos Strom an den Stator weiter: Dies versetzt den Rotor in Drehung, wodurch die mechanische Energie erzeugt wird, die zum Antreiben der Getriebe des Autos erforderlich ist. Wenn sich die Getriebe drehen, drehen sich auch die Räder. All diese Schritte vollziehen sich blitzschnell und ganz ohne Verbrennung fossiler Brennstoffe!

Mit welcher Art von Motor sind Elektroautos ausgestattet?

Welche verschiedenen Arten von Elektromotoren gibt es und wie funktionieren sie?

Motoren für Elektroautos: Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC)?

Wechselstrom (AC) und Gleichstrom (DC) sind zwei Arten von elektrischem Strom. Wie ihre Namen schon andeuten, handelt es sich bei Gleichstrom um einen Strom, bei dem die elektrische Ladung nur in eine Richtung fließt, während Wechselstrom in regelmäßigen Abständen die Richtung wechselt.

Gleichstrommotoren kommen in Elektrofahrzeugen vor, allerdings nur in Form von Kleinmotoren. Sie dienen insbesondere zum Antrieb von Scheibenwischern und Fenstern, nicht jedoch zum Antrieb des Fahrzeugs selbst. Der Antrieb eines Elektrofahrzeugs wird hingegen von einem Wechselstrommotor gewährleistet.

Arten von Elektromotoren: Asynchronmotoren vs. Synchronmotoren

Es gibt zwei Arten von Wechselstrommotoren für den Antrieb von Elektrofahrzeugen: Asynchronmotoren (oder Induktionsmotoren) und Synchronmotoren.

Bei einem Asynchron- oder Induktionsmotor wird der Rotor in Drehung versetzt und versucht ständig, das vom Stator erzeugte rotierende Magnetfeld „einzuholen“. Dieser Motortyp für Elektroautos ist für seine hohe Leistung bekannt. Er kommt in vielen Fahrzeugen zum Einsatz.

Bei einem Synchronmotor hingegen dreht sich der Rotor mit derselben Geschwindigkeit wie das Magnetfeld. Er erzeugt bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment und eignet sich daher ideal für den Stadtverkehr. Zu seinen weiteren Vorteilen zählt seine Größe: Ein Synchronmotor für Elektroautos kann nämlich kompakt gebaut und relativ leicht sein.

Wie wird der Elektromotor mit Strom versorgt?

Damit der Asynchron- oder Synchronmotor Ihres Elektroautos funktionieren kann, muss der elektrische Strom, der ihn versorgt, eine Reihe von Schritten durchlaufen, bis er sein endgültiges Ziel erreicht und seine Antriebsfunktion erfüllt.

Welche Geräte werden in einem Elektroauto mit Wechsel- und Gleichstrom versorgt?

Man darf den Wechselstrommotor eines Elektroautos nicht mit den verschiedenen Arten des Aufladens verwechseln, die entweder mit Wechselstrom oder mit Gleichstrom erfolgen können, je nachdem, ob man das Fahrzeug direkt an das Stromnetz anschließt oder eine spezielle ultraschnelle Ladestation nutzt. Der Motor eines Elektroautos wird mit Wechselstrom betrieben, während die Batterie mit Gleichstrom versorgt werden muss. Daher muss der Wechselstrom entweder im Fahrzeug selbst oder extern in Gleichstrom umgewandelt werden.

Der aus dem Netz kommende Strom ist immer Wechselstrom. Dieser fließt durch das Bordladegerät des Elektrofahrzeugs (man kann sich dieses als einen Wechselstrom-Gleichstrom-Wandler vorstellen), das diese Energie anschließend an die Batterie weiterleitet. Die Schnellladestationen, die man an Autobahnen, auf Parkplätzen und in der Stadt findet, führen den Umwandlungsprozess von Wechselstrom in Gleichstrom selbst durch: Die für die Batterie bestimmte Energie gelangt somit direkt in Form von Gleichstrom in das Auto. Dieses System ist schneller als Wechselstromsteckdosen, benötigt aber auch viel mehr Platz.

Wie wandelt das Auto den Gleichstrom anschließend in Wechselstrom um, um den Motor anzutreiben? Die Umwandlung erfolgt mithilfe eines Wechselrichters, einer im Antriebsstrang integrierten Vorrichtung.

Der Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs

In einem Elektrofahrzeug ist der Elektromotor Teil eines größeren Systems: des Antriebsstrangs. In diesem befindet sich der elektronische Leistungsregler (PEC, Power Electronic Controller), der alle elektronischen Komponenten umfasst, die für die Stromversorgung des Motors und das Aufladen der Batterie zuständig sind. Er enthält auch das Getriebe, mit dem das Drehmoment und die Drehzahl geregelt werden können.

Die Konstruktion der verschiedenen Komponenten eines E-Motors erfordert echtes Fachwissen. Tatiana Sueur, die bei Renault die Montage der Elektromotoren leitet, erklärt: „Um einen Stator zu bauen, mussten wir unter anderem herausfinden, wie man 2 Kilometer Kupferdraht in kleine Nuten im Blech wickelt, ohne die darüber liegende Isolierkeramik zu beschädigen.“

Renault arbeitet kontinuierlich daran, die Effizienz des Antriebsstrangs zu verbessern. Dies zeigen die technischen Innovationen am Antriebsstrang des neuen ZOE, die die Gesamtleistung des Fahrzeugs steigern und ihm neue Funktionen verleihen.

Lebensdauer von Elektromotoren

Die Lebensdauer eines Elektromotors hängt von so vielen Faktoren ab, dass sie sich nur schwer genau abschätzen lässt. Unter idealen Bedingungen wird davon ausgegangen, dass die optimale Lebensdauer zwischen 15 und 20 Jahren liegt. Im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor besteht ein Elektromotor aus weniger Teilen, was einen geringeren und einfacheren Wartungsaufwand bedeutet.

Wie viel Leistung hat ein Elektroauto?

Bei einem Elektrofahrzeug entspricht die Ausgangsleistung der Differenz zwischen der zugeführten elektrischen Energie und der „nützlichen“ mechanischen Energie, die den Motor antreibt. Dieses Verhältnis wird als Energieumwandlungswirkungsgrad bezeichnet. Ein Teil dieser Energie kann durch Wärmeentwicklung oder Reibung verloren gehen, was bedeutet, dass der Motor nicht die gesamte elektrische Energie aus der Batterie des Elektroautos nutzt.

Die Leistung eines Elektroautos hängt vom Hubraum seines Motors und von der Eingangsleistung ab. Der neue ZOE liefert beispielsweise nun eine Leistung von 100 kW und ein Drehmoment von 245 Nm. Mit einer WLTP*-Reichweite von 395 Kilometern dank einer 52-kWh-Batterie ist der neue ZOE besonders energieeffizient.

Mit welcher Art von Motor sind Hybrid-Elektrofahrzeuge ausgestattet?

Ein Hybrid-Elektrofahrzeug verfügt sowohl über einen Verbrennungsmotor als auch über einen batteriebetriebenen Wechselstrommotor. Bis vor kurzem konnten die Batterien von Hybridfahrzeugen nur durch Energierückgewinnung – also beim Bremsen und in Verzögerungsphasen – aufgeladen werden. Sie wurden daher im Wesentlichen vom Verbrennungsmotor angetrieben.

Inzwischen ist jedoch eine neue Generation von Hybridmodellen auf den Markt gekommen: Plug-in-Hybrid-Elektroautos. Diese Fahrzeuge, darunter der Renault Captur E-TECH Plug-in-Hybrid, vereinen die Vorteile beider Technologien: Sie sind mit einer speziellen Ladebuchse, zwei Elektromotoren und einem Verbrennungsmotor ausgestattet.

* 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.

Urheberrechte: Jean-Christophe MOUNOURY, Pagecran