Wie funktionieren Elektroautos? Entdecken Sie die Hauptkomponenten und ihre Funktionen

Feb 25, 2024

Auch wenn Elektrofahrzeuge von außen wie normale Autos aussehen, funktionieren sie tatsächlich ganz anders als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.

Die meisten Autohersteller versuchen, ihre Elektrofahrzeuge konventionell aussehen zu lassen, um traditionelle Käufer nicht zu verärgern, aber Elektrofahrzeuge funktionieren ganz anders als Autos mit Verbrennungsmotor. Ihr Antrieb beruht auf völlig anderen Systemen als bei einem Fahrzeug, das mit flüssigem Kraftstoff betrieben wird.

Aus diesem Grund weigern sich Kfz-Mechaniker in der Regel, an einem Elektrofahrzeug zu arbeiten, es sei denn, sie verfügen über eine spezielle Ausbildung. Wenn Sie das Beste aus Ihrem Elektroauto-Erlebnis herausholen möchten, ist es wichtig zu wissen, was ein Elektroauto ausmacht und was seine Hauptkomponenten sind.

Hier sind die Hauptkomponenten und Systeme, die ein Elektrofahrzeug zum Betrieb benötigt.

Die größte, schwerste und teuerste Komponente, die bei der Herstellung eines Elektrofahrzeugs zum Einsatz kommt, ist der Akku. Seine Aufgabe besteht darin, erhebliche Mengen Strom zu speichern und wiederholten Lade- und Entladezyklen bei stark wechselnden Wetterbedingungen standzuhalten. Bei einigen Elektrofahrzeugen fungiert der Akku auch als Strukturelement des Fahrzeugchassis.

Batteriepakete für Elektrofahrzeuge bestehen aus Hunderten miteinander verbundenen Einzelzellen und variieren in der Größe von unter 40 kWh in kleineren Fahrzeugen bis zu über 200 kWh in einigen Elektro-Pickups. Der GMC Hummer EV verfügt über eine der größten Batterien der Branche, ein 205-kWh-Paket, das eine angebliche Reichweite von 329 Meilen bietet. Am anderen Ende der Skala steht der Mini Cooper SE, dessen kleine 32-kWh-Batteriepakete mit einer Ladung nur 180 Kilometer weit kommen.

Es ist auch erwähnenswert, dass die Hersteller sowohl die Gesamtkapazität als auch die (nutzbare) Nettobatteriekapazität angeben, weshalb manchmal für dieselben Elektrofahrzeuge unterschiedliche Kapazitäten aufgeführt werden. Darüber hinaus bieten zwei Elektrofahrzeuge mit der gleichen Batteriekapazität wahrscheinlich nicht die gleiche Reichweite, da Sie auch berücksichtigen müssen, wie leicht die Fahrzeuge sind und wie viel Rollwiderstand sie haben, was sich letztendlich darin niederschlägt, wie effizient sie Strom nutzen.

Ohne das sogenannte Batterieüberwachungssystem, kurz BMS, wäre der Akku eines Elektrofahrzeugs nutzlos (und gefährlich). Es erfüllt die äußerst wichtige Aufgabe, den Akku zu überwachen und dessen Temperatur, Spannung und Strom zu regulieren. Es ist auch das BMS, das Ihnen Reichweiten- und Ladezustandsschätzungen liefert, die es basierend auf der verbleibenden Strommenge in der Batterie berechnet.

Das BMS überwacht außerdem den Zustand des Batteriepakets, sowohl als Ganzes als auch für jede einzelne Batteriezelle. Fortgeschrittenere EV-Benutzer können auch auf die BMS-Protokolle zugreifen, die die Leistung und Nutzungsmuster der Batterie verfolgen. Diese können dann sehr detailliert analysiert werden, um zu sehen, wie die Batterie funktioniert und was optimiert werden kann.

Eine weitere wichtige Rolle des BMS ist die Steuerung des Wärmemanagementsystems des Batteriepacks. Dies gilt für alle Elektrofahrzeuge, die ihre Packtemperatur steuern können, einschließlich der meisten modernen Elektrofahrzeuge. Fahrzeuge wie die frühen Generationen des Nissan Leaf und des BMW i3 sowie der Renault Zoe und der Volkswagen e-Golf waren alle ohne Thermomanagement ausgestattet.

Die Temperaturregelung in einem Elektrofahrzeug funktioniert weitgehend auf die gleiche Weise wie das Kühlsystem Ihres Verbrennungsautos. Es basiert auf einer Flüssigkeit, die durch eine Reihe von Schläuchen und Kanälen um den Akku gepumpt wird, mit dem Ziel, diesen lebenswichtigen Komponenten Wärme zu entziehen, damit sie besser funktionieren und eine längere Lebensdauer haben.

Einige Hersteller von Elektrofahrzeugen empfehlen, das Kühlmittel alle paar Jahre zu überprüfen und zu wechseln, während andere (wie Tesla) sagen, dass es sich um ein vollständig versiegeltes System handelt, das keiner regelmäßigen Wartung bedarf.

Auch in Elektrofahrzeugen werden Wärmepumpen immer häufiger eingesetzt. Diese wichtigen Hardware-Teile tragen dazu bei, die Kabine so effizient wie möglich zu heizen, indem sie die Restwärme des Batteriepakets und des Motors nutzen. Sie helfen auch bei der Kühlung, da ihr Betrieb umgekehrt werden kann, sodass sie im Wesentlichen als Klimaanlagen fungieren können.

Die Hardware, die in einem Elektrofahrzeug tatsächlich für den Antrieb sorgt, ist der Elektromotor. Es wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um, die die Räder antreibt.

Es gibt verschiedene Arten von Elektromotoren, jede mit ihren eigenen Stärken und Schwächen, aber alle bestehen aus zwei Hauptteilen, dem Rotor und dem Stator. Ersteres ist im Wesentlichen das einzige bewegliche Teil eines Elektromotors, während letzteres im Wesentlichen das Gehäuse des Rotors ist und Kanäle enthält, durch die Flüssigkeit gepumpt wird, um die Wärmeableitung des Geräts zu unterstützen.

Viele Elektrofahrzeuge werden von einem sogenannten Gleichstrommotor angetrieben, der mit Gleichstrom betrieben wird und in bürstenbehafteter und bürstenloser Ausführung erhältlich ist, wobei letztere deutlich häufiger anzutreffen ist. Dieser Motortyp ist für sein hohes Drehmoment und seine Langlebigkeit bekannt, hat aber auch Nachteile wie Größe, Gewicht und Zuverlässigkeit (insbesondere bei Bürstenmotoren).

Induktionsmotoren sind auch in Elektrofahrzeugen weit verbreitet und bieten gegenüber Gleichstrommotoren mehrere Vorteile. Sie sind kleiner, einfacher und leichter zu warten, können aber gleichzeitig nicht mit der Leistung oder Effizienz von Gleichstrommotoren mithalten, insbesondere solchen, die Permanentmagnete verwenden.

Einige höherwertige Elektrofahrzeuge verwenden auch sogenannte Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM), die hinsichtlich Leistungsdichte und Effizienz besser sind als andere Arten von Induktionsmotoren. Ihr größter Nachteil ist die zusätzliche Komplexität und die höheren Kosten.

Elektrofahrzeuge benötigen kein herkömmliches Getriebe. Ihr hohes Drehmoment, das bei sehr niedrigen Drehzahlen bereitgestellt wird, macht den Einsatz mehrerer Gänge überflüssig, zwischen denen bei zunehmender Geschwindigkeit gewechselt werden muss.

Da Elektromotoren jedoch im Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ähnliche Drehzahlen (oder sogar höhere) haben, benötigen sie dennoch ein Untersetzungsgetriebe, um ein gutes Gleichgewicht zwischen Beschleunigung und Höchstgeschwindigkeit zu erreichen. In Elektrofahrzeugen gibt es Differenziale, die genauso funktionieren wie in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor.

Die einzigen modernen Serien-Elektrofahrzeuge, die tatsächlich über ein Zahnradgetriebe verfügen, sind der Porsche Taycan und der Audi E-Tron GT, deren Heckmotoren über ein Zweigang-Automatikgetriebe verfügen. Es ist nicht klar, ob diese Lösung in Zukunft beibehalten wird, da sie als unnötige Überkomplikation kritisiert wurde.

Andere Hersteller haben keine Pläne zur Implementierung ähnlicher Lösungen angekündigt, obwohl es Unternehmen wie den Achsspezialisten Dana Incorporated in den USA gibt, die ein Zwei-Gang-Getriebe verkaufen, das für den Betrieb mit einem Elektromotor ausgelegt ist.

Alle Elektrofahrzeuge verfügen über eine Art integriertes Ladegerät, dessen Leistung normalerweise die maximale Laderate des Fahrzeugs bestimmt, wenn ein AC-Ladegerät (Wechselstrom) verwendet wird. Seine Aufgabe besteht auch darin, diesen in Gleichstrom (Gleichstrom) umzuwandeln, der dann vom BMS geregelt wird.

Die Leistung von Bordladegeräten in Elektrofahrzeugen reicht von 3,7 kW bis 22 kW und sie können auch erkennen, ob es sich bei dem durch sie fließenden Strom um ein- oder dreiphasigen Wechselstrom handelt.

Da die meisten Arten von Elektromotoren auch als Stromerzeuger fungieren können, verfügen alle Elektrofahrzeuge über ein sogenanntes regeneratives Bremssystem. Dies beruht ausschließlich auf ihren Motoren, mit denen die Geschwindigkeit reduziert und gleichzeitig wieder Saft in den Akku geladen werden kann.

Dadurch verlängert sich das Bremsbelagwechselintervall bei vollelektrischen Fahrzeugen und einigen Hybridfahrzeugen erheblich. Dadurch können Elektrofahrzeuge auch das sogenannte Ein-Pedal-Fahren anbieten, was im Wesentlichen bedeutet, dass der Fahrer das Fahrzeug nur mit dem Gaspedal sowohl beschleunigen als auch bremsen kann, da das Fahrzeug beim vollständigen Anheben automatisch beginnt, durch den Motor abzubremsen Widerstand.

Elektrofahrzeuge verfügen außerdem über eine unterschiedliche Anzahl von Wechselrichtern, Konvertern und Steuerungen. Diese sind alle für den ordnungsgemäßen Betrieb des Antriebsstrangs von entscheidender Bedeutung, da sie durch die optimale Nutzung des verfügbaren Stroms zur Maximierung von Leistung und Effizienz beitragen.

Wechselrichter sind für die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom verantwortlich, während Wandler die Aufgabe haben, den aus dem Batteriepaket entnommenen Hochspannungs-Gleichstrom in einen Niederspannungsstrom umzuwandeln, den das Fahrzeug zum Betrieb verschiedener Systeme benötigt. Controller sind für die Stromverteilung von entscheidender Bedeutung, da sie dabei helfen, den Stromfluss zum und vom Batteriepaket zu steuern. Sie ermöglichen auch das regenerative Bremsen in einem Elektrofahrzeug.

Elektrofahrzeuge mögen im Vergleich zu Autos mit Verbrennungsmotor über weniger bewegliche Teile verfügen, aber das bedeutet nicht, dass es sich nicht um komplexe technische Teile handelt. Ganz im Gegenteil, denn sie benötigen eine Reihe zusammenarbeitender Systeme, um die von den Verbrauchern geforderte Leistung, Effizienz, Reichweite und Zuverlässigkeit bereitzustellen.

Durchbrüche und Fortschritte in der Elektrofahrzeugtechnologie sind an der Tagesordnung, und es ist am besten, zumindest ein grundlegendes Verständnis dafür zu haben, wie sie funktionieren und was genau verbessert wird. Dieses Wissen ist auch wichtig, wenn Sie ein Elektrofahrzeug besitzen und wissen möchten, wie es richtig gewartet wird und wie es sich von einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor unterscheidet.

Andrei ist Sektionsredakteur für Elektrofahrzeuge bei MUO. Er hat Journalismus studiert und verfügt über mehr als ein Jahrzehnt Erfahrung im Verfassen und Bearbeiten von Automobilinhalten. Er betreibt auch seinen eigenen YouTube-Kanal namens One Tire Fire.