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E-Autos & E-Mobilität
Automobile mit einem elektrischen Antrieb werden Elektroautos oder auch kurz E-Autos genannt.
Die Grundlage des Elektroantriebs schuf der englische Naturforscher Michael Faraday im Jahr 1821. Bereits kurze Zeit später in den 1830er Jahren entstanden aus unterschiedlichen Elektromotor- und Batterie-Varianten verschiedene Elektrofahrzeuge. Gustave Trouvé präsentierte 1881 auf der Internationalen Strommesse in Paris das erste Elektroauto. 1888 baute die Coburger Maschinenfabrik A. Flocken das erste bekannte deutsche Elektroauto. Um 1900 begann die „Massen“-Entwicklung von Elektroautos. In den USA waren um die Zeit mit einer Zahl von ca. 34.000 rund 38% aller Autos elektrisch, und spielten somit eine wichtige Rolle im Straßenverkehr. Auf Grund großer Fortschritte im Bau von Verbrennungsmotorfahrzeugen, sowie den Ausbau des dazugehörigen Tankstellennetzes, wurden Elektroautos allerdings verdrängt.
Die durch den Golfkrieg ausgelöste Ölkrise der 1990er Jahre, sorgte dafür, dass der Bau von Elektroautos wieder interessanter wurde. Zusätzlich wurden Automobilhersteller durch die von der CARB ausgearbeiteten als Gesetz verabschiedeten Regelung zur Produktion von Elektroautos gezwungen. Die 1990 in Kalifornien verabschiedete Regelung schrieb der Automobilindustrie nämlich vor, stufenweise emissionsfreie Fahrzeuge anbieten zu müssen. Nach einer Lockerung der Regelung, haben sämtliche Automobilhersteller die Produktion von E-Autos wieder gestoppt.
Seit den frühen 2000er Jahren werden Elektroautos von lithiumbasierten Akkus angetrieben. Obwohl die Herstellung der Akkus von Elektroautos in Sachen Energieaufwand und Rohstoffeinsatz alles andere als optimal ist, gilt die Nutzung eines E-Autos nach ca. 8,5 Jahren als umweltfreundlicher als Verbrenner. Durch die Auswirkungen des Klimawandels, ist das Umweltbewusstsein der Menschen deutlich gestiegen, was den extremen Boom der Elektroautos in den letzten Jahren erklären dürfte. Denn der weltweite Bestand an Elektrofahrzeugen lag Ende 2019 bei 7,89 Millionen. Der Bestand hat sich somit innerhalb von vier Jahren (Stand: 2015) versechsfacht. Das durchschnittliche Wachstum pro Jahr liegt daher bei 54,1 %. Diese Wachstumsveränderung ist auch in Deutschland erkennbar. Während die Quote der Neuzulassungen von Elektroautos im Jahr 2020 noch bei 6,7% lag (194.163 von 2.917.678 Pkw-Neuzulassungen), lag sie 2021 bei 13,6% (355.961 von 2.622.132 Pkw-Neuzulassungen).
Fahrzeugtechnik
Im Vergleich zu Verbrennungsmotoren geben Elektromotoren aus dem Stillstand heraus ein hohes Drehmoment ab, was daran liegt, dass Elektromotoren keine Leerlauf-Mindestdrehzahl haben. Das ist auch der Grund weshalb E-Autos weder ein manuelles noch automatisches Schaltgetriebe, Kupplung oder Drehmomentwandler zum Anfahren brauchen. Daher kann auch auf viele reparaturanfällige Komponenten, wie Auspuffanlange samt Fahrzeugkatalysator, Steuerkette, Kraftstofffilter oder Lichtmaschine verzichtet werden.
E-Autos sind um einiges leiser als Fahrzeuge mit Otto- und Dieselmotor. Darüber hinaus emittieren sie keine schädlichen Abgase und sind im Grunde vibrationsfrei. Allerdings ist die Energiedichte von Akkumulatoren geringer als fossiler Kraftstoff in Tanks. Das hat zur Folge, dass E-Autos in der Regel eine größere Masse aufweisen. Zusätzlich ist die Reichweite z.T. deutlich geringer und die Ladezeiten der Tankvorgänge wesentlich länger im Vergleich zu herkömmlichen Autos.
Das Aufladen von E-Autos
Ladestandards
Die Antriebsbatterie wird standardmäßig über die CCS-Buchse aufgeladen. Es gibt allerdings auch Alternativen:
- 230-Volt-Steckdosen – Auto wird mithilfe einer In-Kabel-Kontrollbox geladen
- Schuko-Haushaltssteckdose mit einer Absicherung von 10 A – überträgt 2,3 kW – Ladezeit fällt relativ lang aus
- Einphasiger blauer CEE-Cara „Campingstecker“ – dauerhaft mit 16 A belastbar – kann mit 3,7 kW geladen werden
- CEE-Drehstromanschluss – Dreiphasenlader – muss vom Ladegerät im Fahrzeug unterstützt werden – bei einer Absicherung von 16 A und einem Dreiphasenlader kann ca. 11 kW übertragen werden, bei einer Absicherung von 32 A sind es etwa 22 kW
- Typ-2-Stecker – wird in Europa als Wandladestation und öffentliche Wechselstrom-Ladestation genutzt – unterstützt das Laden mit bis zu 43 kW und passt in die CSS-Buchse
- CHAdeMO-Stecker – ermöglicht Gleichstromladung bis zu 50 kW (vor allem japanische Automobilhersteller nutzen diesen Stecker) – in Europa gibt es öffentliche Ladestationen
- Typ-1-Stecker – ermöglicht eine einphasige Wechselstromladung mit bis zu 7,4 kW (230 V, 32 A) – wird hauptsächlich in Asien genutzt und ist in Europa eher unüblich
- Tesla’s Schnellladestationen – nutzen in Nordamerika einen modifizierten Typ-2-Stecker, in Europa seit 2018 den
CSS-Stecker
Wallboxen
Halter von E-Autos bzw. Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen, die ebenfalls eine Garage oder Stellplatz mit Stromanschluss besitzen, profitieren von einer Wallbox. Da Wallboxen für extra hohen Dauerstrom ausgelegt sind, laden E-Autos deutlich schneller im Vergleich zur Haushaltssteckdose. Darüber hinaus stuft der TüV die Wallbox als sicherer ein als Haushaltsteckdosen, da lange Ladezeiten das Stromnetz belasten und zum Kurzschluss und Brand führen können.
Wallbox
Laut Experten, sollte man am besten zu einer Wallbox mit einer Ladeleistung von 11 kW greifen, welche über 3 Phasen laden kann, da das Auto über Nacht vollständig auflädt. Allerdings sollte man sich vorher informieren, ob das E-Auto dreiphasiges Laden unterstützt, da ansonsten nur über eine Phase geladen wird. Man muss außerdem vorher prüfen ob die Ladestation an der gewünschten Stelle überhaupt installiert werden darf. Bis 11 kW müssen Wallboxen jedoch nur gemeldet und nicht genehmigt werden.
Ladedauer
Stand September 2020, bieten Schnellladestationen Ladeleistungen von bis zu 350 kW an, was bei einem typischen Verbrauch eines E-Autos bedeutet, dass man mit einer Ladezeit von etwa 5 Minuten eine Reichweite von 100 Kilometer lädt. In Deutschland sind allerdings Ladestationen vom Typ 2 mit einer Leistung von 22 kW am häufigsten verbreitet. Die 100 Kilometer werden hier nach etwa einer Stunde Ladezeit erreicht. Speziell angefertigte Ladestationen für Zuhause laden in der Regel mit einer Leistung von 11 kW. Hier entsprechen etwa 2 Stunden 100 Kilometer Reichweite. An normalen Haushaltsteckdosen, welche eine Ladeleistung von 3,5 kW besitzen, dauert es etwa 7-10 Stunden um 150-200 km weit fahren zu können.
Die Ladedauer ist dementsprechend abhängig von der Ladeleistung der Ladestation, sowie von der technischen Ausstattung des Autos. Um die Reichweite des Autos zu erhöhen, kann ein Hybridbetrieb, eine Brennstoffzelle, eine Solarzelle oder ein Tretantrieb verwendet werden.
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