Infos rund um die E-Mobilität

Hier gibt es Infos rund um das Thema E-Mobilität.

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Einleitung

Der Motor eines Elektroautos wandelt den Strom aus der Batterie in mechanische Energie um. Dafür sorgen ein fester magnetischer Teil (Stator) und ein beweglicher Teil (Rotor), der durch Strom magnetisch gemacht wird. Sind durch die elektrische Aufladung zwei Plus-Pole einander zugewandt, dann stoßen sie sich ab – und der bewegliche Teil des Elektromotors dreht sich.

Um diese Funktion des Elektromotors zu verstehen, braucht man nur Grundkenntnisse im Magnetismus: Gleiche Pole stoßen sich ab und unterschiedliche ziehen sich an. 
Mit elektrischem Strom ist es möglich, ein nicht magnetisch geladenes Teil magnetisch zu machen. Und auch die Polarität lässt sich beeinflussen, je nachdem in welche Richtung der Strom fließt. Bei jeder halben Umdrehung wechselt automatisch die Stromrichtung. So wird sicher gestellt, dass die Maschine permanent in Bewegung bleibt und nicht am Totpunkt stehen bleibt.   
Jeder Elektromotor braucht eine Ladestation oder eine Energiequelle als Stromversorgung. Elektrischer Strom wird dann in mechanische Energie umgewandelt. Zum Externen Aufladen braucht es im Fall von Autobatterien eine Wall Box, Ladesäule oder eine herkömmliche Haushaltssteckdose.

Vorteile gegenüber Verbrennerfahrzeugen

• Im Gegensatz zum Verbrennermotor sind stromrichtergespeiste Elektromotoren extrem elastisch
• Anlasser, schaltbare Getriebe und Kupplungen sind nicht notwendig
• Maximale Drehmoment ist bereits bei stillstehendem Motor möglich
• Eine Betriebstemperatur ist nicht erforderlich da der Elektromotor im Auto fast permanent im Optimum des wirtschaftlichen Betriebsbereiches hocheffizient ist
  
• Reparaturanfällige oder wartungsintensive Komponenten fallen im Gegensatz zum Verbrenner nicht an
• Der Wirkungsgrad des Elektromotors ist mit 85–95 % weitaus höher als der eines modernen Verbrennungsmotors
• Elektromotoren müssen viel weniger gekühlt werden als Verbrennungsmotoren mit vergleichbarer Leistung, sind leiser und fast vibrationsfrei
• Durch geringeren Schwerpunkt des Fahrzeuges ergibt sich ein besseres Fahrverhalten
• Durch Rekuperation kann Bremsenergie zurückgewonnen werden.

Nachteile gegenüber Verbrennerfahrzeugen

• Längere Ladezeiten als beim Tankvorgang
• Akkusysteme der Elektroautos reagieren sensibeler auf Außentemperaturschwankungen als Verbrennerfahrzeuge (Reduzierung der Reichweite)
• Noch geringere Reichweiten mit einem vollen Akku
• Durch die neuartige Technik zu Beginn höhe Anschaffungskosten

Antrieb

Der Motor eines Elektroautos besteht aus zwei Elektromagneten – Stator und Rotor. Der Stator ist unbeweglich und erzeugt mithilfe von Gleichstrom ein konstantes Magnetfeld. Der Rotor ist drehbar und stellt sein Magnetfeld mit Wechselstrom her. Die beiden Magneten ziehen einander abwechselnd an und stoßen sich ab. Der Rotor dreht sich – und bringt so das Auto in Bewegung.
Elektroautos fahren mit einem sogenannten synchronen Wechselstrommotor. Seine Energie bekommt er über Leistungselektronik. Sie wandelt den Strom aus der Batterie in die richtige Form, Stärke und Frequenz um. Der Stator besteht übrigens imer aus weichmagnetischem Eisen verwendet. Um Wirbelströme im Magnetfeld zu vermeiden, wird er in der Regel auch geblecht. Es werden also mehrere voneinander isolierte Blechschichten übereinander montiert. So gelingt es dem Stators, das magnetische Feld zu erzeugen oder zu führen.

Quelle: opel.at

Arten von Elektrofahrzeugen

Es gibt verschiedene Arten von Elektrofahrzeugen:

• Voll-/reinelelektrische Fahrzeuge (BEV - batterie electric Vehicle)
• Plug-In-Hybride (PHEV - Plug-in Hybrid Electric Vehicle)
• Vollhybride (fHEV - full Hybrid Electric Vehicle oder sHEV - strong Hybrid Electric Vehicle)
• Mild-Hybride (mHEV - mild Hybrid Electric vehicle)
• Micro-Hybrid
• Range Extender (REEV - Range Extenender Electric Vehicle)
• Brennstoffzelle (FCEV - Fuel Cell Electric Vehicle)
  
  

Das vollelektrische Fahrzeug (BEV) wird ausschließlich durch einen elektronischen Motor angetrieben und benötigen kein Getriebe mehr. Die Energie wird aus der Batterie im Fahrzeug gewonnen. Die Aufladung der Batterie erfolgt über das Stromnetz. Beim Bremsen zurückgewonnene Energie wird als Rekuperation wieder in den Akku zurückgespeist. Die Leistung der Rekuperation ist zum Schutz des Akkus auf die maximale Antriebsleistung des Fahrzeugs begrenzt.

Hybridmodelle besitzen im Gegensatz zum vollelektrischen Fahrzeug immer einen Verbrennungsmotor, der durch den Elektromotor unterstützt wird. Sie unterscheiden sich nach:

Ein Plug-in-Hybrid (PHEV) ist ein Fahrzeug mit Hybridantrieb, dessen Antriebsbatterie sowohl über seinen Verbrennungsmotor als auch extern über einen Stecker (englisch "to plug in", deutsch "einstöpseln, anschließen“) durch das Stromnetz aufgeladen werden kann. Der Plug-in hat einen größeren Akku als ein reines Hybridmodell und kann daher längere Strecken von ca 50 - 100 km voll elektrisch fahren.

Vollhybridfahrzeuge (FEHV) sind mit ihrer elektromotorischen Leistung in der Lage, auch rein elektrisch zu fahren. Sie stellen daher die Grundlage für einen seriellen Hybride dar. Der Motor wird dabei von min. einem Elektromotor unterstützt. Durch Rekuperation wird die Batterien beim Bremsen oder im Schiebebetrieb aufgeladen. Das Fahrzeug kann bis zu einer Geschwindigkeit von ca. 60 km/h rein elektrisch fahren. Die Art des Antriebs (Verbrenner und/oder Elektro) wird in der Regel von einer Software gesteuert.

Beim Mild-Hybrid (MHEV) unterstützt das Elektroantriebsteil den Verbrennungsmotor zur Leistungssteigerung. Die Bremsenergie (Rekuperation) wird dazu gewonnen, die Batterie wieder aufzuladen. Dieses erfolgt in der Regel sehr viel stärker als beim Micro-Hybrid. Dazu wir die elektrische Energie genutzt, um den Antrieb beim Losfahren oder bei hoher Beschleunigung zu verwenden. Eine größere Distanz ist elektrisch nicht möglich.

Der Micro-Hybrid ist der schwächste in der Reihe. Grundlegend wird die Engergie aus der Bremsenergierückgewinnung (Rekuperation) zum Laden der Starterbatterie genutzt. Das Vorhandensein einer zweiten unterschiedlich für den Fahrzeugantrieb eingesetzter Energiewandler, ist hier aber nicht vorhanden. Der Vorteil beschränkt sich somit auf eine Kraftstoffeinsparung durch die Motorabschaltung im Stillstand und den durch Laden der Batterie mit Bremsenergie später verringerten Leistungsbedarf der Lichtmaschine.

Batteriebetriebene Fahrzeuge mit zusätzlichem kleinem Verbrennungsmotor und Generator nennt man Range Extender (Reichweitenverlängerer REEV). Hier springt der Verbrennungsmotor nur an, um zusätzlichen Strom für die Batterie zu erzeugen .Er stellt die Fähigkeit in den Vordergrund, im Normalbetrieb rein oder überwiegend mit elektrischer Energiezufuhr zu fahren, aber bei Bedarf (z. B. mangels Ladesäulen) auch einen Verbrennungsmotor in Betrieb zu nehmen, der weniger leistungsstark ist. So können eventuelle Nachteile aufgrund mangelnder elektrischer Reichweite oder fehlender elektrischer Nachlademöglichkeiten ausgeglichen werden.

Fahrzeuge, die mit Brennstoffzellenantrieb (FCEV) ebenfalls über einen Elektromotor angetrieben werden gehören ebenfalls zu den Elektrofahrzeugen. Sie unterscheiden sich aber deutlich von den zuvor genannten Typen. Die Energiegewinnung erfolgt hier in einer Brennstoffzelle und nicht über eine Batterie. Dabei reagiert Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser und erzeugt elektrische Energie, die direkt in Bewegung umgewandelt wird oder in einer Transaktionsbatterie zwischengespeichert wird.

Batterie (zu überarbeiten)

Die Batterie eines E-Autos besteht aus Batteriezellen-Modulen. Je mehr Module, desto höher die Reichweite. 
Moderne Systeme setzen auf "Pouch-Zellen", die von ihrer Bauart her Handy-Akkus ähneln. 

Alle Opel Elektroautos besitzen einen eine Lithium-Ionen-Batterie, da dieses Material am schnellsten, am häufigsten und mit dem größten Volumen aufladbar ist. Die Batterie eines E-Autos besteht aus einzelnen Modulen, die einzeln ausgetauscht werden können und sich wiederum aus vielen Batteriezellen zusammensetzen. Je mehr Module, desto höher die Reichweite des Autos. Moderne Systeme setzen auf sogenannte "Pouch-Zellen", die von ihrer Bauart her Handy-Akkus ähneln. Zusätzlich zu dieser sogenannten Hochvoltbatterie gibt es noch eine 12-Volt-Batterie, die die Bordelektronik versorgt.

Lithium-Ionen-Batterien sind das Herzstück unserer Elektroautos. Sie sind besonders leistungsfähig und haben im Vergleich zu anderen Akkus die höchste Energiedichte. Das bedeutet, dass sie pro Kilogramm Batterie die meiste Energie speichern können. Lithium-Ionen-Batterien haben zahlreiche Vorteile: Durch ihre kompakte Größe passen mehr einzelne Lithium-Ionen-Akkus in dein Opel-Elektroauto. Du kannst also größere Strecken damit zurücklegen. Sie benötigen auch einen geringeren Energiebedarf, um die Fahrzeugbatterie auf ihre optimale Betriebstemperatur zu kühlen. Auch gut zu wissen: Unsere Batterien leiden nicht unter dem so genannten "Memory-Effekt". Du kannst die Autobatterie deines Elektrofahrzeug also beliebig oft aufladen – sogar durch mobiles Schnellladen – ohne dass es zu Leistungseinbußen kommt.

Lebensdauer der Lithium-Ionen-Batterien

Unabhängige Studien gehen davon aus, dass du mit der Batterie eines Elektroautos 250.000, ja sogar bis zu 500.000 km weit fahren kannst. Die Haltbarkeit unserer Batterien steht der Lebensdauer unserer Verbrennungsmotoren also vermutlich in nichts nach. Auf unsere Elektroauto-Batterien geben wir daher 8 Jahre Garantie oder 160.000 km Strecke. Und sollte es doch mal einen Grund zur Beanstandung geben, ist dein Wagen im Handumdrehen wieder einsatzbereit. Denn eine Lithium-Ionen-Batterie kann dein Opel Partner leicht austauschen.    

Ladezyklen         

Du hast zahlreiche Möglichkeiten, dein Opel Elektroauto aufzuladen. An einer öffentlichen Schnellladesäule ist es innnerhalb von 30 Minuten bis zu 80% aufgeladen1. Bei den zahlreichen anderen Lade-Lösungen kannst du die Ladezyklen individuell einstellen.  Ladezeiten kannst du beispielsweise an den einphasigen (4,6 kW) - oder dreiphasigen Wallboxen (11 oder 22 kW) einstellen. Auch die herzkömmliche Haushaltssteckdose (1,8 kW) ist glücklicherweise überall vorhanden. Die leistungsoptimierte Steckdose Green' up von Legrand (3,7 kW) bietet sogar die doppelte Ladegeschwindigkeit und sorgt für ca. 20 km Reichweite pro Stunde Ladezeit2).   1 Theoretischer Wert, berechnet auf der Grundlage von 337 km WLTP-Reichweite. An einer Gleichstrom-Ladestation (100 kW). Entspricht dem Laden einer leeren Batterie. Die Ladezeit kann je nach Art und Leistung der Ladestation, der Außentemperatur und der Batterietemperatur variieren. 2 Wert bezieht sich auf den Corsa-e. Die Ladezeit hängt u.a. von der Leistung des im Fahrzeug integrierten Bordladegeräts (On-Board Charger, OBC), vom Ladekabel und der Art und Leistung der Ladestation ab.

Zusätzlich zu der Hochvoltbatterie gibt es immer eine 12-Volt-Batterie im Fahrzeug, die für die Bordelektronik (wie z.B. Radio, Innenbeleuchtung oder Zentralverriegelung) zuständig ist.

Batteriearten

In Opel Elektroautos sind Lithium-Ionen-Batterien verbaut. 

Batteriekapazität

Kapazität

Opel Elektroautos verfügen über eine Batteriegarantie von 8 Jahren oder 160.000 km – für mindestens 70% der ursprünglichen Ladekapazität nach dieser Zeit oder Entfernung.  

Batteriekosten

Die Herstellungskosten von Lithium-Ionen-Batterien sind in den letzten Jahren stark gesunken. Lag der Preis im Jahr 2010 noch bei 600 Euro pro Kilowattstunde, wird bis 2025 eine Preisreduzierung auf rund 83 Euro pro Kilowattstunde prognostiziert. Das ist einer der Gründe, warum auch Elektroautos in den vergangenen Jahren günstiger werden konnten.
In Kombination mit verschiedenen Verkaufsbonis fördern Hersteller den Kaufpreis. Von Staat werden reine Elektroautos (BEV) derzeit steuerfrei gestellt, wenn sie zwischen dem 18. Mai 2011 und dem 31. Dezember 2030 erstmalig zugelassen wurden. Diese Steuerbefreiung gilt bis zu 10 Jahre lang und bleibt auch bei einem Halterwechsel bestehen. 

Fahrzeugaufbau

Getriebe

Elektromotoren entwickeln bei niedrigen wie auch bei hohen Touren ein ähnliches Drehmoment. Theoretisch würde ihnen also eine starre Verbindung zwischen Motor und Antriebswelle reichen. In der Praxis kommt jedoch bei PKW meist ein Eingang-Getriebe als sogenanntes Untersetzungs-Getriebe zum Einsatz, das die Drehzahl des Motors in etwa um den Faktor 1:10 reduziert. Die Beschleunigung in einem Elektroauto ist vergleichbar mit der eines Automatik-Getriebes, nur viel intensiver.

Quelle: opel.at 

Inverter

Der Inverter wird auch Umwandler genannt. Denn er hat die Aufgabe, die 3-Phasen-Wechselspannung (AC) des Elektromotors beim Bremsen in eine Gleichspannung (DC) zum Laden der Batterie umzuwandeln. Umgekehrt wird beim Antrieb des Elektromotors die Gleichspannung (DC) der Batterie in eine 3-Phasen-Wechselspannung (AC) umgewandelt.    

Quelle: opel.at

Ladearten

Jedes Elektroauto ist dafür geeignet, mit Wechselstrom (AC) geladen zu werden. Da die Batterie jedoch nur Gleichstrom speichern kann, wandelt der On-Board-Charger den Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom um. Wechselstrom-Ladestationen verfügen über standardisierte Anschlüsse (Typ2-Ladebuchsen), die 1- oder 3-phasigen Wechselstrom abgeben.

Um ein Auto mit Gleichstrom (DC) laden zu können, ist eine sogenannte Schnellladestation (auch HPC - High Power Charger) nötig. Der darin befindliche Transformator wandelt den Wechselstrom (AC) des Stromnetzwerkes in Gleichstrom (DC) um. Der Strom muss also nicht im Elektroauto selbst umgewandelt werden und kann so direkt an die Batterie weitergegeben werden. Das sorgt dafür, dass dieser Vorgang deutlich schneller geht.

Während das AC-Laden mit Wechselstrom fast überall möglich, von der Haushaltssteckdose über Wallboxen und öffentliche Ladestationen, ist das DC-Laden vor allem bei längeren Fahrten oder schnellerer Leistungsaufnahme praktisch. Allerdings kann zu häufiges Schnellladen den Akku schneller schädigen und ist entsprechend teurer.

Ladekabel

Ladekurve

Ladestation

Ladezeiten

Wie lange ein Elektroauto lädt, hängt vor allem mehreren Faktoren ab. Zunächst die Größe und der aktuelle Füllstandgrad (SoC - State of Charge) der Batterie und wieviel Ladeleistung die externe Stromquelle hat. 

An einer Schnellladestation (DC) kann eine Batterie von 20% auf 80% Ladekapazität bei den meisten Elektroautos in ca 20 bis 30 Minuten aufgeladen werden. An einer Wallbox mit 11 oder 22 kW dauert es ca 6 - 10 Stunden. Bei einer Station mit 3,7 kW Leistung dauert es doppelt so lange. Wer an einer Haushaltssteckdose läd, muss je nach Fahrzeug und Batteriestatus etwa 8 bis 14 Stunden oder sogar länger (bis zu 24 Stunden) warten, da die Ladeleistung nur bei etwa 2,3 kW liegt. 

Hat eine Batterie also ein nutzbare Kapazität von 80 kW und soll von 20% auf 80% aufgeladen werden, so sind 48 kW - von 16 kW (20%) auf 64 kW (80%) - nachzuladen. Dies erfolgt jetzt in der Berechnung zur Ladekapazität mit 11 kW nicht linear (48 kW mit 11 kW je Stunde = 4,4 Stunden), da mit Verlustleistungen beim Laden zu rechnen ist.
Bei Schnelladestationen ist insbesondere die Ladekurve zu beachten. 

Der etablierte Standard für Elektrofahrzeuge liegt aktuell bei der 400-Volt-Technik. Sie wird vor allem in kleineren und günstigeren Modellen eingesetzt, da sie günstiger und einfacher zu realisieren ist. Bei dieser Spannung werden Ladeleistungen an der Schnellladestation (DC) von typischerweise 100 bis 170 kW erreicht. Im Vergleich dazu bietet die neuere 800-Volt-Technik, die in leistungsstarken Fahrzeugen zum Einsatz kommt, höhere Ladeleistungen von bis zu 200 kW und mehr bei gleicher Stromstärke, was auch dünnere und leichtere Kabel ermöglicht.

Auch die Außentemperatur sowie die Temperatur der Batterie ist wichtig für die Ladezeit. Im Winter oder Sommer kann die Ladezeit entsprechend unterschiedlich dauern. Konditioniert man die Batterie im Winter bei kühlen Temperaturen vor, so kann man durch das vorheizen des Akku auf die optimale Temperatur die Ladezeit an Schnellladestationen (DC) verkürzen und schont gleichzeitig die Batterie. Die Funktion wird oft automatisch bei der Eingabe eines Ladesymbols in der Navigation aktiviert, bei manchen Fahrzeugen kann diese auch manuell gestartet werde. Moderne E-Autos sind mit fortschrittlichen Batteriemanagementsystemen ausgestattt und schonen die Batterie beim Schnellladen. So wird ein vorzeitiges Altern oder stärke Abnutzung der Batteriekapazität verhindert.

Onboard Charger (OBC)

Ein Onboard Charger (OBC) ist ein im Elektrofahrzeug integriertes Gerät, das den Wechselstrom (AC) aus dem Stromnetz nach den Anforderungen des Batteriemanagementsystems (BMS) in Gleichstrom (DC) umwandelt, um die Batterie aufzuladen. Er ist die Schnittstelle zwischen dem externen AC-Stromnetz (z. B. der Haushaltssteckdose oder der Wallbox) und dem DC-Stromspeicher (Batterie) des Fahrzeugs. Während des Ladevorgangs überwacht der Charger weitere mit der Aufladung zusammenhängende Parameter. On-Board Charger besitzen als Schaltnetzteile eine kompakte Bauweise mit geringen Wandlungsverlusten, guten Entstörmöglichkeiten bezüglich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) und ein geringes Gewicht.

On-Board Charger gibt es in verschiedenen Ausführungen mit bis zu 22 kW. Je höher die kW Anzahl, um so schneller wird der Wechselstrom (AC) in die Fahrzeugbatterie geladen.
 
Für das Aufladen mittels Schnelllader (High Power Charging - HPC) wird er nicht benötigt, da HPC das direkte DC-Laden mit einer hohen Ladeleistung (> 22 kW) ermöglicht. 

Reichweite

Zwei Faktoren beeinflussen die Reichweite des Elektroautos am meisten - Geschwindigkeitshöhe und Beschleunigung. Als Faustregel gilt: Verdoppelt man die Geschwindigkeit, halbiert sich die Reichweite. Jedes starke Beschleunigung verbraucht zusätzliche Energie. 

Geschwindigkeit
Die Geschwindigkeit hat die größten Auswirkungen auf die Reichweite. Fähr man mit einer konstanten Geschwindigkeit von 130 km/h, halbiert sich in etwa die Reichweite des voll elektrischen Fahrzeuges nach WLTP Norm. Verdoppelt sich die Geschwindigkeit, vervierfacht sich der Luftwiderstand. Schnelles Fahren verbraucht also mehr Energie und führt zu früherem Ladestopp.

Voraussicht
Das Tempo spielt eine wichtige Rolle bezüglich der Reichweite. Jedes scharfe bremsen führt im Anschluss meistens wieder zum beschleunigen. Im ECO-Fahrmodus wird die Energie besonders schonend eingesetzt. Ein vorausschauender, energiesparender Fahrstil in Kombination mit dem regenerativen Bremssystem bringt bis zu 15% mehr Reichweite.

Heizung
Die Energie der Heizung wird direkt aus der Batterie gespeist, darum kann es je nach Jahreszeit bei der Reichweite des Elektroautos zu Differenzen von bis zu 35% kommen. Heizt das Elektroauto noch auf, während es an der externen Stromnetz hängt, dann kommt diese Energie nicht aus der Antriebsbatterie. Dazu muss eine Wärmepumpe (Standheizung) im Fahrzeug aber verbaut sein. 
Da die Heizung einer der größten Verbraucher in einem Elektroauto ist, reduziert sich speziell im Winter die Reichweite um etwa 10 bis 30 Prozent. Im Extremfall, vor allem wenn bei mehreren Kurzstrecken das ausgekühlte Elektroauto mehrmals am Tag aufgeheizt werden muss, erhöht sich der Wert sogar noch.

Schnelllader

Schnelllader haben eine Ladeleistung von mindestens 50 kW Gleichstrom (DC). Die Ladeleistung gehen aktuell (Stand Nov 2025) bis zu 1000 kW (1,0 MW) und werden für die Zukunft noch weiter steigen. Man bezeichnet sie als High-Power-Charging (HPC) bzw. Ultraschnelllader. 

Das Megawatt Charging System (MCS) ist ein Standard für das Laden bis 1250 V und 3000 A, was einer Leistung von 3,75 MW entspricht. Der Standard beinhaltet auch einen neuen Steckertyp, den MCS-Stecker. Ursprünglich was das System für das Aufladen von Elektrolastkraftwagen und Batteriebussen gedacht, es könnte es aber auch in der Zukunft für Elektroautos mit sehr schnellem Aufladen verbaut werden. 

Zu Erkennen sind die Schnellader u.a. an Ihrem Stecker. Im Gegensatz zur Wallbox bis 22 kW ist das anschließen eines mitgebrachten Ladekabel nicht möglich. 
Der in Europa verwendete Standard-HPC-Stecker ist mit DC-Steckplätze im CCS-Stecker (Combined Charging System) ausgestattet. Im CCS-Stecker ist ein kombiniertes Schnellladesystem, welches den europäischen Typ-2-Stecker (für laden mit Wechselstrom - AC) um zwei zusätzliche Gleichstromkontakte erweitert. 
(siehe auch unter Stecker).

Schnelllader sind optisch klar zu erkennen, da sie grundsätzlich größer als eine Wallbox sind. 
(Bild Schnelllader)
Zusätzlich muss für die hohe Leistungen meistens eine Kühlung erfolgen, die auch bei Leistungdurchfluß hörbar ist.

Steckerarten

Wallbox

Anschluß Ladekabel fest oder flexible möglich.