So funktioniert ein E-Auto: Aufbau und Funktionsweise

So funktioniert ein E-Auto: Aufbau und Funktionsweise

05. Juni 2020 | Irmgard Butter

E-Autos revolutionieren unsere Mobilität, doch wie sie genau funktionieren, wissen nur Wenige. Dabei begeistern Elektromotor, Akku & Co. mit neuester Technologie.

So funktioniert ein E-Auto

Das Herzstück des Elektrofahrzeugs ist natürlich der Motor. Er wird mit Strom betrieben, der in einem Akku gespeichert ist. Der Elektromotor wandelt diese elektrische Energie in mechanische Energie um, indem er Magnetfelder erzeugt. Deren anziehende und abstoßende Kräfte setzen das Auto in Bewegung.

Die wichtigsten Komponenten im E-Auto sind:

Hochvoltbatterie

Niedervoltbatterie

Elektromotor

Leistungselektronik

Ladeanschluss

Strom wird in der Hochvoltbatterie gespeichert

Die Hochvoltbatterie ist vergleichbar mit dem Tank eines herkömmlichen Autos. Dort ist Energie in Form von Strom gespeichert. Der Akku muss regelmäßig aufgeladen werden und seine Kapazität bestimmt die Reichweite des Fahrzeuges.

Die Batterie ist auch das teuerste Bauteil des E-Autos. Zur Zeit werden vorwiegend Lithium-Ionen Akkus verwendet. Sie sind langlebig, laden schnell und können mehr Strom speichern als andere Batterien. Je leistungsstärker die Batterie, desto teurer das Auto.

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Die Niedervoltbatterie versorgt die Bordelektronik

Diese zweite, kleinere Batterie versorgt die Bordelektronik. Dazu gehören etwa das Radio, die Beleuchtung, Scheibenwischer oder der Tempomat.

In der Niedervoltbatterie kann auch Energie gespeichert werden, die durch Rekuperation gewonnen wird. Mithilfe dieses Mechanismus wird die beim Bremsen frei gewordene Energie wieder in den Akku eingespeist.

Antrieb durch den Elektromotor

Bei E-Autos wird ein sogenannter synchroner Wechselstrommotor eingesetzt. Er besteht aus zwei Elektromagneten, dem Stator und dem Rotor.

Der Stator ist unbeweglich und erzeugt mithilfe von Gleichstrom ein konstantes Magnetfeld. Der drehbare Rotor stellt sein Magnetfeld mit Wechselstrom her. Die beiden Magneten ziehen einander abwechselnd an und stoßen einander ab. Der Rotor dreht sich und bringt das Auto in Bewegung.

Seine Energie bekommt der Motor über die Leistungselektronik. Sie wandelt den Strom aus der Batterie in die richtige Form, Stärke und Frequenz um.

Der Ladeanschluss bringt die Energie

Der Ladeanschluss ist der Stecker des E-Autos. Über diese Verbindung kann Strom aus dem Netz in das Fahrzeug übertragen werden. Ähnlich wie bei Autos mit Verbrennungsmotoren gibt es dafür eine Klappe seitlich am Wagen. Sie können das Auto über eine herkömmliche Steckdose laden, besser ist aber eine Wallbox. Ladesäulen auf öffentlichen Parkplätzen oder Rasthöfen laden mitunter noch schneller.

Wie funktioniert eigentlich ein Elektroauto? – Magazin für Elektromobilität

Wenn es um die Zukunft der individuellen Mobilität geht, führt in letzter Konsequenz kaum ein Weg an Elektrofahrzeugen vorbei. Obwohl die Technik dazu schon im 19. Jahrhundert erfunden und in die Praxis umgesetzt wurde, kam die ernstzunehmende Serienproduktion erst vor rund 25 Jahren ins Rollen.

Zahlreiche Menschen sehen in der Technik hinter den E-Autos noch vielfach ein Rätsel verborgen. Für die meisten Verbraucher ist es selbstverständlich, ab und zu einen Blick unter die Motorhaube eines Verbrenners zu werfen. Man erkennt den Vergaser, die Benzinleitung, die Kolben, das Getriebe und andere Bestandteile. Bei einem E-Auto sieht die Architektur im Motorraum aber vollkommen anders aus. Zudem ist es verboten, einfach so in den Motorraum eines E-Autos zu blicken. Selbst erfahrene Mechanikerinnen und Mechaniker benötigen dafür eine eigene Ausbildung. Der Grund ist hoch spannend, sozusagen HIGH VOLTAGE!

Die Funktionsweise eines E-Autos

Wie bei jedem Auto ist auch hierbei das Herzstück der Motor. Angetrieben wird dieser durch Strom. Dieser Strom stammt aus einem meist im Boden des Fahrzeugs verbauten Akku. Im Elektromotor wird die elektrische Energie durch die Erzeugung von Magnetfeldern in mechanische Energie umgewandelt. Die Magnetfelder erzeugen dadurch Kraft, indem sie sich entweder anziehen oder abstoßen. Über diese abwechselnde Arbeit wird das E-Auto angetrieben.

Die wichtigsten Bauteile und Komponenten eines E-Autos

Viele Bauteile zwischen E-Auto und einem Verbrenner unterscheiden sich nicht. Die Sitze sind gleich, ebenso die Servolenkung oder auch die Scheibenwischer. Aber andere Bauteile unterscheiden sich erheblich. Speziell beim Motor und beim Tank sind gravierende, die Fahrzeuge definierende Unterschiede festzustellen. Die wichtigsten Bauteile eines E-Autos sind die Hochvoltbatterie, die Niedervoltbatterie, der E-Motor an sich und der Ladeanschluss.

Hochvoltbatterie bei E-Autos

Der Energiespeicher in einem E-Auto ist die Hochvoltbatterie. Im Vergleich zu einem Auto mit Verbrennungsmotor ist die Hochvoltbatterie am ehesten mit dem Sprit-Tank zu vergleichen. Die meisten Autofahrer nennen diese Batterie einfach Akku. Über die Speicherkapazität dieses Akkus definiert sich die Reichweite des E-Autos. Die Hochvoltbatterie ist jener Bauteil, der über eine Wallbox oder eine Ladesäule aufgeladen wird.

Bemisst man den Geldwert jeder einzelnen Komponente eines E-Autos, ist die Hochvoltbatterie die teuerste. In aktuelle E-Auto-Typen werden überwiegend sogenannte Lithium-Ionen-Akkus eingebaut. Diese haben viele Vorteile. Lithium-Ionen-Akkus sind langlebig, können mehr Strom als andere Batterien speichern und laden schnell. Von der Leistungsstärke und der Qualität der Hochvoltbatterie hängt zum Großteil der Preis für ein E-Auto ab.

Niedervoltbatterie bei E-Autos

Die Bordelektronik würde den Starkstrom aus dem Akku nicht vertragen. Daher sind in alle E-Fahrzeuge zusätzlich Niedervoltbatterien eingebaut. Über diese werden unter anderem die Beleuchtung, das Radio, der Tempomat oder auch die Scheibenwischer mit Energie versorgt. Niedervoltbatterien sind ebenso in der Lage, Energie, die durch sogenannte Rekuperation beim Bremsen erzeugt wird, zu speichern.

Elektromotor bei E-Autos

Wie bereits erwähnt, stecken in allen E-Autos Elektromotoren. Diese auch synchrone Wechselstrommotoren genannten Antriebe bestehen nicht nur aus den beiden Elektromagneten, sondern auch aus dem Stator und dem Rotor. Wie der Name vermuten lässt, ist der Stator unbeweglich – er ist statisch. Er generiert durch einen Gleichstromfluss ein konstantes Magnetfeld. Der bewegliche, drehbare Rotor ist dafür zuständig, sein eigenes Magnetfeld durch Wechselstrom herzustellen. Das konstante Magnetfeld hat immer die gleiche Ladung, während sich jene des anderen intervallartig ändert. Damit entsteht ein sich abwechselndes Anziehen und Abstoßen. Über die Leistungselektronik erhält der Motor die richtige Dosis Energie. Denn der Strom muss in der richtigen Stärke und in der korrekten Frequenz bereitgestellt werden.

Ladeanschluss

Die gesamte Energie, die aus der Hochvoltbatterie für den Antrieb des E-Fahrzeugs benötigt wird, wird über einen Stecker als Ladeanschluss zugeführt. In der Regel befindet sich der Ladeanschluss, ganz ähnlich wie bei Verbrennern der Tankdeckel, unterhalb einer Klappe, die seitlich am Wagen zu finden ist. Es obliegt dem Fahrzeughalter, ob er sein E-Auto über eine Steckdose, eine Wallbox oder eine Ladesäule lädt. Der Nachteil bei einer Steckdose ist der Zeitfaktor – man benötigt so durchschnittlich acht bis zehn Stunden.

Anders als bei Verbrennern stellen zum Beispiel die öffentliche Hand oder auch viele Arbeitgeber Ladestationen für E-Autos zur Verfügung. In der Regel wird hier entweder über die Ladezeit oder die Lademenge abgerechnet.

Auto überbrücken: So geben Sie richtig Starthilfe

Erster Schritt im Motorraum: Das rote Kabel mit dem Pluspol des Spenderautos verbinden

Grundsätzlich kann jedes Auto Starthilfe geben. Doch was ist die richtige Reihenfolge beim Überbrücken? Plus- oder Minuspol zuerst an die Batterie ? Schwarzes oder rotes Kabel? Mit dieser Schritt-für-Schritt-Anleitung springt Ihr Auto wieder an.

Anleitung: Auto überbrücken in 11 Schritten

1. Warndreieck aufstellen und Warnweste anziehen

Steht das liegen gebliebene Fahrzeug an einer befahrenen Straße oder an einer unübersichtlichen Stelle? Dann sichern Sie den Platz mit Warndreieck ab, und ziehen Sie eine Warnweste an, während Sie an den Fahrzeugen arbeiten.

2. Rotes Kabel anschließen

Verbinden Sie zunächst das rote Kabel mit dem Pluspol des Spenderautos. Danach klemmen Sie das andere Ende an den Pluspol der Batterie des Pannenautos.

Plus- und Minuspol nicht verwechseln Achtung, dieser Fehler kann kostspielig werden: Wer bei der Starthilfe Plus- und Minuspol verwechselt, riskiert teure Schäden an der Fahrzeugelektrik. Die entsprechenden Zeichen sind im Umfeld der Pole in den Kunststoff eingegossen, vereinzelt auch direkt in die Pole eingeschlagen. Ist die Kennzeichnung nur schwer zu finden oder sind Sie sich mit der Polarität im Spender- oder Empfängerfahrzeug nicht sicher, nicht einfach ausprobieren. Lieber einen Fachmann rufen! Auch ein Blick in die Bedienungsanleitung hilft meist weiter.

3. Schwarzes Kabel anschließen

Das schwarze Kabel verbinden Sie nun mit dem Minuspol der Batterie des Spenderautos beziehungsweise mit dem vorgegebenen Massepunkt. Das andere Ende kommt an den vorgegebenen Masseanschluss/Massepunkt des Pannenautos (siehe Betriebsanleitung) oder eine freie metallische Stelle am Motorblock. Das schwarze Kabel beim Pannenauto nicht an dessen Batterie anschließen – sonst droht Funkenflug!

4. Motor des Spenderautos starten

5. Pannenauto starten

Nach einigen Minuten versuchen Sie, das Pannenauto kurz zu starten. Falls es nicht klappt, nach einer Minute erneut probieren. Vorsicht: Nach mehreren erfolglosen Startversuchen, kann es zu Schäden kommen. Spätestens nach dem dritten erfolglosen Versuch lieber professionelle Hilfe holen.

6. Beide Autos laufen lassen

Ist das Pannenauto angesprungen, beide Fahrzeuge noch einige Minuten laufen lassen. Falls es nicht geklappt hat, bei beiden Autos Zündung ausschalten und fachkundige Hilfe rufen.

7. Verbraucher beim Pannenauto anschalten

Wenn der Motor läuft, im Empfängerauto größere Verbraucher wie Gebläse, Lüftung und Licht einschalten, um Spannungsspitzen zu vermeiden und so die Bordelektronik zu schützen.

8. Kabel entfernen

Nun zunächst das schwarze Kabel vom Spenderauto, dann vom Pannenauto trennen. Danach das rote Kabel entfernen.

9. Verbraucher wieder ausschalten

Lassen Sie den Motor des Pannenautos laufen. Schalten Sie die nicht benötigten Verbraucher nun wieder aus.

10. Vorsichtig weiterfahren

Achten Sie auf Fehlermeldungen des Fahrzeugs. Bei Fehlfunktionen anhalten und fachkundige Hilfe rufen. Achtung: Bei Problemen kann die elektrische Unterstützung von Fahrfunktionen wie etwa die Servolenkung ausfallen.

11. Batterie laden

Laden Sie die Batterie mit einem geeigneten Ladegerät an einer Haushaltssteckdose. Dafür genügen oft auch kleine Ladegeräte, die über Nacht angeschlossen werden können. Wenn Sie die Batterie nicht extern anschließen können, dann fahren Sie längere Zeit auf möglichst freien Strecken, um die Autobatterie wieder aufzuladen.

Sollte das Problem erneut auftreten, kann es sein, dass Ihre Batterie kaputt oder einfach zu alt ist. Die Gelben Engel der ADAC Straßenwacht helfen schnell und unkompliziert. Die geschulten Spezialisten leisten Fehlersuche, geben Starthilfe oder tauschen auf Wunsch des Mitglieds die Batterie an Ort und Stelle gegebenenfalls durch eine neue aus, falls die alte nicht mehr zu retten ist.

Starthilfe für Elektroautos

Auch E-Fahrzeuge sind mit einer klassischen 12-Volt Starterbatterie ausgestattet, um das Hochvoltsystem zu aktivieren. Leere oder defekte Starterbatterien sind deshalb auch bei dieser Fahrzeugkategorie möglich. Die Starthilfe funktioniert im Grunde genommen gleich wie bei jedem Benziner oder Diesel.

Starthilfe zu empfangen ist bei Elektroautos meist erlaubt, Starthilfe geben hingegen meistens vom Hersteller aus nicht. Vorsicht ist deshalb geboten und die Betriebsanleitung ist immer ausschlaggebend. Elektrofahrzeuge sind üblicherweise mit kleineren Starterbatterien ausgestattet. Deswegen könnte es bei einem Strom spendenden Elektroauto im schlimmsten Fall zu Schäden an der Spenderbatterie oder den elektrischen Bordnetzen kommen.

Was Sie bei der Starthilfe noch beachten sollten

Zu schwache Überbrückungskabel taugen nichts: Ein Starthilfekabel sollte der DIN-Norm 72.553 oder der ISO-Norm 6722 entsprechen und biegsam sein. Bei Kälte verhärtet sich das Isoliermaterial zusätzlich. Die Pol-Zangen müssen komplett in Kunststoff eingehüllt sein. Nur die Kontaktteile in der Zangenspitze dürfen aus Metall bestehen.

Werfen Sie zuerst einen Blick in die Betriebsanleitungen beider Autos. Sie geben Hinweise zu den speziellen Anforderungen für das jeweilige Fahrzeug. Halten Sie die dort beschriebene Reihenfolge unbedingt ein, im Extremfall könnten die Batterie oder ein Steuergerät zerstört und die Helfer durch austretende Batteriesäure gefährdet werden.

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Hier können Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Starthilfe herunterladen und ausdrucken:

Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Starthilfe PDF, 737 KB PDF ansehen