Motoren in Elektroautos: leicht, leistungsstark und wartungsfrei
Die Elektromotoren, die moderne E-Autos antreiben, sind erstaunlich einfach aufgebaut. Das verschafft den vollelektrisch angetriebenen Fahrzeugen eine Menge Vorteile. Wir erklären, wie Elektromotoren funktionieren und was das Besondere an ihnen ist.
12. 11. 2024 eMobilitätDie Geschichte des Elektromotors ist so lang wie die des Verbrennungsmotors. Es mag überraschen, dass es in den Anfängen des Automobils sogar eine Zeit gab, in der E-Motoren den Antrieb von Autos dominierten. Der Elektromotor als solcher ist in der Branche also schon seit Langem bekannt, aber er entwickelt sich auch heute noch weiter. Die technischen Grundprinzipien sind jedoch weitgehend unverändert geblieben. Der Elektromotor ist ein hocheffizienter Antrieb und übertrifft in dieser Hinsicht die Verbrennungsmotoren. Während die besten Verbrennungsmotoren heute einen maximalen Wirkungsgrad von etwa 40 Prozent haben, erreichen Elektromotoren in der Regel das Doppelte. Dadurch sind sie in der Lage, die Energie für den Antrieb des Fahrzeugs optimal zu nutzen.
Einfache Konstruktion
Der hohe Wirkungsgrad von E-Motoren ist auf das Prinzip zurückzuführen, nach dem sie arbeiten. Es gibt viele Arten, aber im Grundsatz sind alle Typen sehr ähnlich. Ein Elektromotor besteht aus einem Stator (dem statischen Teil, der sich nicht bewegt) und einem Rotor, dem rotierenden Teil, der zur Übertragung der Antriebskraft dient. Der Stator ist normalerweise der äußere Teil des E-Motors, der Rotor der innere Teil. Die Drehung wird durch Veränderungen des elektromagnetischen Feldes verursacht, die durch den Durchgang von elektrischem Strom hervorgerufen werden.
Querschnitt eines Elektromotors
Es gibt zwei Arten von Elektromotoren, die heute hauptsächlich in E-Fahrzeugen verwendet werden: den Synchron- und den Asynchronmotor. Beide haben Vor- und Nachteile, deshalb werden sie auf unterschiedliche Weise eingesetzt. Der Asynchronmotor verwendet immer Wechselstrom zur Erzeugung der Antriebskraft, weshalb ein E-Fahrzeug immer mit einem Wechselrichter ausgestattet sein muss, da die Batterie die Quelle des Gleichstroms ist.
Oldřich Vyziblo
Entwicklungsabteilung für Elektroauto-Motoren und Fahrgestelle
Warum dieser Unterschied bei den verwendeten Motoren? Der Grund ist einfach. Ein permanentmagneterregter Synchron-Elektromotor erreicht in der Regel einen höheren Wirkungsgrad über einen weiten Drehzahlbereich (also Fahrgeschwindigkeit). Ein Asynchron-Elektromotor ist ideal im Hinblick auf die erforderliche Spitzenleistung und den Gesamtwirkungsgrad des Antriebs. Technisch gesehen besteht der Unterschied darin, dass der Synchronmotor die gleiche Rotordrehzahl wie das elektrische Feld des Stators hat und in den Fahrzeugen der MEB-Plattform Permanentmagnete verwendet werden, während der Asynchronmotor eine andere (niedrigere) Rotordrehzahl hat. Asynchronmotoren verwenden keine Dauermagnete, haben minimale Verluste und erhöhen daher nicht den Stromverbrauch des Fahrzeugs, wenn sie nicht für den Antrieb verwendet werden.
Jiří Šlechta
Entwicklungsabteilung für Elektroauto-Motoren und Fahrgestelle
Es gibt eine Reihe weiterer Vorteile für die Nutzer von Elektroautos. Dazu gehört ein flacher Boden für die Insassen des Fahrzeugs, da der Elektromotor in die Fahrzeugstruktur integriert ist. Bei geeigneter Konstruktion ist dies möglich, da keine Auspuffanlage vorhanden ist und beim Allradantrieb keine Kardanwelle benötigt wird, weil sich an jeder Achse ein Elektromotor befindet. Auch die Getriebesysteme benötigen deutlich weniger Platz. „Die Elektromotoren der MEB-Plattform verwenden ein einfaches Untersetzungsgetriebe“, sagt Oldřich Vyziblo.
Im Enyaq wählt der Fahrer die Intensität der Rekuperation mithilfe von Schaltern unterhalb des Lenkrads
Ein weiterer praktischer Vorteil von E-Motoren ist die Rekuperation. Elektromotoren in E-Autos können beim Bremsen wie ein Stromgenerator funktionieren. Dadurch werden nicht nur die Bremsen des Autos geschont, sondern es wird auch ein Teil der Energie in die Batterien zurückgespeist – etwas, das ein herkömmliches Auto mit Verbrennungsmotor und ohne Hybridantrieb nicht leisten kann.
Wenn sie gut konstruiert sind, können Elektromotoren auch umweltfreundlich sein. So können beispielsweise Teile aus einem Aluminiumgemisch im Rahmen des Recyclingprozesses für neue Teile wiederverwendet werden. Auch Motorwicklungen aus Kupfer werden recycelt.
Ein Roboter setzt die Batterie eines Elektroautos auf das Fahrgestell
Das derzeitige Ziel bei der Entwicklung von Elektromotoren für Autos besteht darin, die Verwendung von edelmetallhaltigen Permanentmagneten in Synchronmotoren zu reduzieren. Beispielsweise können die teuren Permanentmagnete durch Standard-Kupferwicklungen ersetzt werden, die den Statorwicklungen ähneln. Dieser Motor wird als Synchronmotor mit Erregung bezeichnet. Solche Motoren werden häufig in der Industrie verwendet, und der Einsatz in Autos ist auf das optimale Preis-Leistungs-Verhältnis zurückzuführen. Nachteilig ist, dass er nicht so kompakt ist und höhere Anforderungen an die Leistungselektronik stellt. „Ziel ist es, die Menge an seltenen Metallen und Edelmetallen in den Magneten zu reduzieren oder ganz darauf zu verzichten“, sagt Jiří Šlechta.
