Elektroauto Aufbau: Motor, Akku & Co.

Von außen sind E-Autos auf den ersten Blick kaum von Verbrennern zu unterscheiden. Einige Modelle sehen zwar äußerst futuristisch aus, der Großteil sticht im Straßenverkehr jedoch nicht sonderlich hervor. Aufschluss über die Antriebsart von E-Autos können deshalb fehlende Motorengeräusche und Abgase sowie ein E-Kennzeichen geben. Aber was unterscheidet den Elektroauto Aufbau von dem eines Verbrenners genau? Alle Infos hier zusammengefasst.

Elektroauto Aufbau: Das versteckt sich unter der Karosserie

Ein Blick unter die Karosserie zeigt, was beim Aufbau des Elektroautos im Vergleich zum Verbrenner anders ist. Das Herzstück ist ganz klar der Akku. Die in ihm gespeicherte Energie versorgt weitere Komponenten wie den Elektromotor, die Leistungselektronik, das Kühlsystem und auch das Batteriemanagementsystem.

• Akku: Der Akku bzw. die Batterie eines E-Autos speichert Energie zwischen und gibt diese bei Bedarf wieder ab. Der Vorgang erfolgt durch einen chemischen Prozess.
• Elektromotor: Der E-Motor besteht in der Regel aus zwei Magneten, welche aus elektrischer Energie über ein Magnetfeld mechanische Energie erzeugen.
• Leistungselektronik: Durch sie kommunizieren Akku und Motor miteinander. Sie wandelt zudem den Strom so um, wie er gerade vom Motor benötigt wird.
• Kühlsystem: Das Kühlsystem (auch Thermomanagement) hält die Temperatur des Elektromotors, der Leistungselektronik und des Akkus in einem optimalen Bereich.
• Batteriemanagementsystem: Das BMS sitzt in den Akkus. Es erkennt den Zustand der Batterie zu jeder Zeit und regelt Ladevorgänge und Leistungen während des Betriebs.

Die Komponenten unterscheiden sich von denen eines Verbrenners und sind entsprechend anders angeordnet. Bestandteile wie Tank, Getriebe und Auspuff entfallen beispielsweise, was wiederum dafür sorgt, dass der Raum unter der Karosserie besser genutzt werden kann. Der große E-Auto-Akku ist mittig zwischen den Achsen platziert und sorgt aufgrund seines Gewichts für einen niedrigen Schwerpunkt des Fahrzeugs. Je nach Modell kann ein Akkupaket schon mal 200 bis fast 700 Kilogramm auf die Waage bringen. E-Motor und Leistungselektronik sitzen je nach Fahrzeug an der Vorder- und/ oder Hinterachse.

Side Fact:
Die Anordnung der Antriebskomponenten in E-Fahrzeugen erinnert an die Form eines Skateboards. Daher wird der Aufbau auch oft als „Skateboard-Architektur“ bezeichnet.

Das Herzstück ist der Elektroauto-Akku

Der Akku eines E-Autos dient sozusagen als Tank für den Antrieb – nur wesentlich technischer und komplexer als ein Auffangbecken für Benzin oder Diesel. Im Einsatz sind heutzutage fast ausschließlich Lithium-Ionen-Akkus.

Zuerst einmal setzen sich Akkupakete aus mehreren Batteriemodulen zusammen, welche wiederum aus zahlreichen Batteriezellen bestehen. In ihnen wandelt ein chemischer Prozess gespeicherte Energie in Strom für den Antrieb um. Das funktioniert so:

1. Batteriezellen besitzen eine positive Elektrode (Kathode) aus einem Lithium-Metalloxid und eine negative Elektrode (Anode) aus Grafit.
2. Beim Laden werden aus Lithium-Atomen positiv geladene Lithium-Ionen, welche sich nun zur Anode bewegen.
3. Wird die Energie zum Fahren benötigt, entladen sich die Lithium-Ionen und wandern über eine Elektrolyt-Flüssigkeit im Inneren der Zelle wieder zur Kathode zurück.
4. Die Energie ist verbraucht und kann über die Lithium-Atome wieder geladen werden.

Side Fact:
Die Lebensdauer einer E-Auto-Batterie kann durch ein bestimmtes Ladeverhalten verlängert werden. Am besten werden Akkus daher nur bis ca. 80 Prozent geladen. Ein Akkustand unter 10 Prozent sollten ebenfalls vermieden werden.

So funktioniert der Elektroauto-Antrieb

Der Antriebsstoff eines E-Autos ist logischerweise Strom. Bei einem Tritt aufs Gaspedal wird die Energie aus dem Akku in den Elektromotor übertragen und auf die Straße umgesetzt. Sobald der Fuß das Pedal wieder verlässt, bremst der Wagen langsam von allein. Kein Wunder, dass viele E-Mobilisten aufgrund des durchzugsstarken Antriebs von besonderem Fahrkomfort und Fahrspaß schwärmen. Das, was unser Fahrgefühl deutlich angenehmer gestaltet, benötigt allerdings kein Automatik- oder Doppelkupplungsgetriebe mehr. Verbrenner benötigen ihr Getriebe, um mehr Kraft durch höhere Drehzahlen zu erreichen. Ein Elektroauto kann darauf getrost verzichten.

Elektroauto-Getriebe: Das steckt drin

E-Autos besitzen meist nur ein simples Ein-Gang-Getriebe. Der Grund: Elektromotoren können bei niedrigen und hohen Touren ein etwa gleichstarkes Drehmoment erzeugen, was Gänge schlichtweg überflüssig macht. In der Praxis kommt zur besseren Handhabung das eingängige Getriebe als sogenanntes Untersetzungsgetriebe zum Einsatz. Das richtige Übersetzungsverhältnis regelt dabei das Gleichgewicht zwischen Beschleunigung und Höchstgeschwindigkeit, was sich wiederum im ruckelfreien Fahrgefühl deutlich macht. Mit einem Gang sind bei den meisten Stromern Geschwindigkeiten von bis zu 140 km/h möglich.

Hersteller wie Porsche oder Audi nutzen bei einigen E-Fahrzeugen auch ein Zwei-Gang-Getriebe zur besseren Übersetzung und für höhere Geschwindigkeiten. Mit nur einem Gang wären 220 Sachen auf der Autobahn sonst mit Sicherheit nicht drin.

Elektroauto-Schaltung: Ohne Getriebe keine Kupplung

Gaspedal und Bremspedal sind im Fußraum eines E-Autos vorhanden, eine Kupplung jedoch nicht. Auch der Hebel in der Mittelkonsole zeigt keine Gänge von eins bis sechs, sondern Einstellungen wie Fahren, Parken und Rückwärts an. Alles erinnert an ein Fahrzeug mit Automatik-Schaltung. Im Grunde triffts das auch ganz gut, denn ohne ein wirkliches Getriebe wird die Elektroauto-Schaltung überhaupt gar nicht erst benötigt. Zudem können Elektromotoren in beiden Richtungen laufen. Deshalb ist auch kein gesonderter Rückwärts-Getriebegang nötig.

Fun Fact:
Toyota hat zu Beginn des Jahres 2022 in den USA ein Patent für ein Elektroauto-Schaltgetriebe angemeldet. Das System soll aber keine wirkliche Schaltung sein, sondern vielmehr das Schalten simulieren. Wie sinnvoll das wirklich ist und ob es überhaupt angenommen wird, zeigt sich in der Zukunft.

Welche Elektromotoren werden in Autos verwendet?

Vieles am Stromer ist simpler. Zum Beispiel ist der Elektromotor um ein Vielfaches einfacher aufgebaut als ein Verbrennungsmotor. Statt Verbrennung setzen den Motor nun Strom und elektromagnetische Kräfte in Bewegung, um ein Drehmoment zu erzeugen. Durch den Magnetismus stoßen sich dabei gleiche Pole ab, während sich ungleiche Pole anziehen. Durch den Aufbau von Elektromotoren wird diese Energie in eine Drehbewegung konvertiert, welche letztlich das Fahrzeug antreibt. Zur Kühlung werden Luft- oder Wasserkühlungssysteme genutzt. Generell sind Elektromotoren entweder Gleichstrommotoren oder Wechselstrommotoren:

Der Gleichstrommotor setzt sich aus einem Feldmagnet (Stator), einem drehbar gelagerten Anker (Rotor), dem Kollektor und Kohlebürsten zusammen. Der Stator baut ein elektromagnetisches Feld auf, in dem der Anker drehbar gelagert ist. Die Kohlebürsten dienen als Anschluss an eine Stromquelle. Dadurch entstehen Kräfte zwischen Stator und Anker, was zur Drehbewegung des Ankers führt. Sobald sich die ungleichen Magnetpole gegenüberstehen, müssen diese durch den Kollektor wieder umgepolt werden, damit sich die Drehbewegung fortsetzt.

Genau wie Gleichstrommotoren bestehen Wechselstrommotoren aus einem drehbar gelagerten Anker (Rotor) und einem Feldmagnet (Stator). Erhält der Stator aber statt Gleichstrom nun Wechselstrom, muss dieser über eine Feldspule gleichgerichtet werden. Durch den Anker wird hingegen Wechselstrom geleitet, was ein Magnetfeld erzeugt, dessen Pole sich im Takt ändern. Dadurch gerät der Anker in Bewegung. Eine Umpolung ist nicht notwendig.

Beide Motorentypen gibt es in diversen Ausführungen. So kommen in E-Fahrzeugen zum Beispiel Bürstenmotoren, bürstenlose Motoren, Synchronmotoren, Reluktanzmotoren oder Asynchronmotoren zum Einsatz. Jeder E-Motor hat seine eigenen Stärken und Schwächen in Bezug auf Leistung, Drehmoment, Lebensdauer, Wartung oder Geräuschkulisse.

Der Elektroauto-Aufbau zusammengefasst

Ein Stromer ist auf den ersten Blick kaum von Verbrenner-Fahrzeugen in Straßenverkehr zu unterscheiden. Dennoch gibt aufgrund der verschiedenen Antriebsarten große Unterschiede:

• Der Antrieb ist auf Strom ausgerichtet und benötigt dafür Akku und E-Motor.
• In den Traktionsbatterien (meist Lithium-Ionen-Akkus) wird Energie gespeichert und bei Bedarf über chemische Prozesse freigegeben.
• Ein Getriebe, wie es in Verbrennern gebraucht wird, benötigen E-Fahrzeuge nicht. Eine Schaltung ist daher ebenfalls überflüssig.
• Elektromotoren erzeugen durch elektromagnetische Energie Bewegung, wodurch E-Fahrzeuge angetrieben werden.