Wie funktioniert der Motor eines Elektroautos und eines Hybridautos?

Wie funktioniert der Motor eines Elektroautos und eines Hybridautos? Erfahren Sie mehr über den Motor von Elektroautos und den Unterschied zwischen Vollhybrid- und Plugin-Hybrid-Antriebstechnik.
18. Juni 2020
Fortschritt in Reinform – Das Elektroauto
Egal ob Verbrennungsmotor, Elektromotor oder eine Kombination aus beiden als Hybridmotor, Ziel ist es mechanische Arbeit zu erzeugen, die auf die Antriebswelle übertragen wird, um die Räder in Bewegung zu setzen. Bei einem Verbrennungsmotor wird chemische Energie (der Treibstoff) mit Hilfe von Verbrennung in mechanische Arbeit umgewandelt, während beim Elektroauto die in der Batterie gespeicherte chemische Energie in mechanische Arbeit umgewandelt wird.
Für Hybridfahrzeuge mit Verbrennungs- und Elektromotor gibt es die Möglichkeit, dass beide Motoren gleichzeitig an der Antriebsachse wirken und sich somit die erzeugte Bewegungsenergie addiert. Alternativ sind Verbrennungsmotor und Elektromotor in Reihe geschaltet, so dass nur der Elektromotor an der Antriebsachse wirkt. Die gängigen Antriebsformen für Elektro- und Hybridfahrzeuge sollen im Folgenden erläutert werden.
Keine schädlichen Abgase, kein Feinstaub, kein Motorenlärm und keine Verschwendung von fossiler Energie; das Elektroauto lässt auch das Herz von Naturfreunden höherschlagen. Wenn der notwendige Strom dazu klimaneutral produziert wird, ist eines der großen Probleme der jüngeren Geschichte gelöst und Fortbewegung praktisch ohne Schädigung der Umwelt möglich.
Aber wie genau kann eine Batterie ein Auto bewegen?
Die Batterie speichert die zur Fortbewegung notwendige Energie, welche von außen über Ladestationen, wie z.B. einer hesotec Ladesäule der eSat-Serie, zugeführt wird.
Die Batterie versorgt den Elektromotor abhängig von der gerade geforderten Leistung mit Strom, was über die Leistungselektronik geregelt wird. Bewegt sich ein Elektroauto im Schritttempo benötigt es weniger Energie als auf der Autobahn.
In dem Elektromotor befindet sich ein unbeweglicher Stator, in dem mit Hilfe des Gleichstromes aus der Batterie ein konstantes Magnetfeld erzeugt wird. Das Gegenstück zum Stator ist der drehbare Rotor mit seinen Rotorpolen, der sich wie ein Windrad um den Stator dreht, wenn er mit Wechselspannung versorgt wird.
Durch den Einsatz der Wechselspannung wird im Rotor ebenfalls ein Magnetfeld erzeugt, welches sich abhängig von der Frequenz der Wechselspannung umkehrt. So ist ein Rotorpol abwechselnd ein Pluspol und im nächsten Moment ein Minuspol und möchte sich vom gleichbleibenden Magnetfeld des Stators abwechselnd abstoßen und anziehen. So entsteht die Bewegungsenergie, die auf die Antriebswelle des Elektroautos übertragen wird und es in Bewegung versetzt.
Die Kombination von Verbrennungsmotor und Elektromotor – Das Hybridauto
Verbrennungsmotor und Elektromotor können unterschiedlich kombiniert werden und auf dem Markt sind Hybridautos mit unterschiedlichen Hybridkonzepten erhältlich.
Der Vollhybrid – Verbrennungsmotor und Elektromotor ohne externe Lademöglichkeit
Abhängig von der Verkehrssituation ist das Fahren mit Verbrennungsmotor, mit Elektromotor oder beiden gleichzeitig möglich. Bei niedrigen Geschwindigkeiten wird das Auto allein durch den Elektromotor angetrieben und beim Beschleunigen unterstützt der Elektromotor den Verbrennungsmotor, damit dieser weniger Kraftstoff verbraucht. Die energetisch effizienteste Betriebsart wird von der Bordelektronik automatisch ermittelt und aktiviert, um jederzeit möglichst sparsam zu fahren.
Vollhybridautos beherbergen eine verhältnismäßig kleine Batterie und die Reichweite im reinen Elektroantrieb ist auf wenige Kilometer begrenzt.
Der Plugin-Hybrid – Mehr Reichweite durch größere Batterie und externe Lademöglichkeit
Die Batterie des Plugin-Hybrid-Autos ist im Vergleich zum Vollhybrid größer und die Reichweite im reinen Elektrobetrieb erhöht sich auf ca. 50 km. Die Batterie kann zusätzlich über eine Ladesäule geladen werden.
Der serielle Hybrid – Mit Range Extender zu mehr Reichweite
Der Verbrennungsmotor ist verhältnismäßig klein dimensioniert und wird bei möglichst idealer Drehzahl betrieben, um das Einsparpotential optimal auszuschöpfen. Wird z.B. beim Beschleunigen viel Leistung angefordert, so erhöht sich die Drehzahl des Verbrennungsmotors und es wird zusätzlich Energie aus der Batterie zugeführt.
Ein Nachteil des seriellen Hybrid ist die mehrfache Umwandlung von einer Energieform in die andere. So wird im Verbrennungsmotor chemische Energie in thermische Energie und dann in mechanische Energie umgewandelt, um damit den Generator anzutreiben. Dessen Energie wird dem Elektromotor zugeführt, um letztendlich die Bewegungsenergie zur Bewegung des Fahrzeugs zu erzeugen. Bei jeder dieser Energietransformationen geht immer etwas thermische und mechanische Energie verloren.
Der parallele Hybrid – Kleinere Motoren im Kombinationsbetrieb
Der Parallel-Hybrid unterteilt sich nochmals in die Antriebsarten:
- Mikro-Hybrid
- Mild-Hybrid
- Voll-Hybrid
Dabei ist der Mikro-Hybrid streng genommen kein echter Hybrid, da die elektrische Energie nur beim Starten des Hybridautos benutzt wird. Der Mild-Hybrid hat im Vergleich zum Mikro-Hybrid eine größere Batterie, ein rein elektrisches Fahren ist aber auch hiermit nicht möglich und der Mild-Hybrid dient nur der Unterstützung.
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