Fahrzeugantriebe (2): Elektroauto 15.01.2018, 10:06

Skizze Elektroauto mit Baugruppen

Von außen ist es nicht unbedingt sichtbar: Elektroautos haben wegen der spezifischen Eigenschaften des Elektromotors einen anderen Aufbau des Antriebsstranges als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Wir beschreiben den Aufbau des E-Autos anhand einer Skizze.

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Elektroauto

Bild: Das antreibende Element im Elektroauto ist ein chemischer Energiespeicher, die Batterie. Sie ist meist im Heck oder Unterbodenbereich des Fahrzeugs untergebracht. Die Batterie gibt den Strom als Gleichstrom ab, der im Wechselrichter (Leistungselektronik) in dreiphasigen Drehstrom umgewandelt und dem Elektromotor zur Verfügung gestellt wird. Der E-Motor gibt, im Vergleich zum herkömmlichen Verbrennungsmotor, seine Nennleistung über einen sehr weiten Drehzahlbereich und bereits bei sehr geringen Drehzahlen (z. B. beim Anfahren) ab.

Antriebsarten in Elektroautos 

Das Rad-Antriebssystem in Elektroautos ist der traditionelle Frontantrieb. Daneben werden für Allradantriebe zwei Motoren (einer pro Achse) verwendet.

Wegen der spezifischen Eigenschaften des Elektromotors besitzen Elektroautos einen völlig anderen Aufbau des Antriebsstranges als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren. Komfort- und Sicherheitsfunktionen werden von Nebenaggregaten gesteuert, wie die Lichtmaschine oder die Kühlung des Elektromotors. Manche Fahrzeuge sind zusätzlich mit Getrieben ausgestattet.

Dies zeigt, dass im Elektrofahrzeug nicht nur viele neue Komponenten verwendet werden. Andererseits fällt eine Reihe von im herkömmlichen Auto verwendete Komponenten weg. Dazu gehören etwa die Abgasanlage, die Kraftstoffversorgung und viele hydraulische Hilfseinrichtungen.

Der Ladeanschluss ist die Einspeisestelle des Stroms aus dem öffentlichen Stromnetz. Bei vielen Kleinwagen reicht eine mit 16 Ampere abgesicherte 230-Volt-Steckdose aus. Andere Modelle verwenden 400 Volt und 32 Ampere. Spezielle Ladestationen arbeiten mit Gleichstrom und einer Spannung von 400 Volt.

Die Lithium-Ionen-Hochvoltbatterie ist der Energielieferant für ein Elektroauto. Die Lithium-Technologie ermöglicht die Speicherung großer Strommengen und erlaubt Schnellladung. Es gibt verschiedene Unterarten von Akkus.
Bei Elektroautos wird bevorzugt der Lithium-Mangan-Akku eingesetzt. Das Aktivmaterial der Kathode ist Lithium-Manganoxid; die Anode besteht aus Graphit. Dabei werden einzelne Speicherzellen zu einer so genannten Traktionsbatterie (auch Traktionsakku oder Zyklenbatterie) kombiniert.

Das Hochvoltkabel verbindet den Ladeanschluss mit dem Akku-Block. Die Bezeichnung Hochvoltkabel trägt dieses Bauteil deshalb, weil es hohe Spannungen überträgt.

Welche Elektromotorart in Frage kommt, hängt davon ab, ob der Schwerpunkt bei der Leistung, beim Energieverbrauch oder bei den Kosten der Herstellung liegen soll. In Kleinwagen mit Elektroantrieb wird der bürstenlose Gleichstrommotor bevorzugt.

Die Leistungselektronik steuert den gesamten Antrieb. Sie wandelt die vom Akku bereit gestellte Spannung in die Spannung um, die vom Motor benötigt wird.

Die Aufgabe des Batterie-Management-Systems ist die Regelung und Überwachung der Akkus. Notwendig wird ein umfassendes Steuersystem im Elektroauto deshalb, weil mehrere Akkuzellen zur Steigerung der nutzbaren Kapazität zu einem Cluster, also einem Rechnerverbund vereinigt werden. (Cluster, engl.: ,Traube‘, ‚Bündel‘, ‚Schwarm‘, oder ‚Ballung‘).

Im Motorraum findet man den Motor, das Getriebe, die Starterbatterie, die Lichtmaschine und den Wasserbehälter für die Scheibenwaschanlage ebenso wie die Kühlaggregate. Auch die Baugruppen der ESP- und ABS-Technik sind dort untergebracht. Das Kürzel ABS steht für das Antiblockiersystem, das bei Elektrofahrzeugen zum auch in Antrieben mit Verbrennungsmotoren üblichen Standard gehört. Das ESP ist ein Assistenzsystem zur Regelung der Fahrdynamik.

Der Begriff Rekuperation bedeutet Rückgewinnung. Im Elektroauto wird dabei die beim Bremsen frei werdende Energie gewonnen und wieder in die Akkus eingespeist. Dabei ist die Einspeisung sowohl in die Hochvoltbatterie als auch in die Starterbatterie (bei Hybridfahrzeugen) möglich.

Die Niedervoltbatterie im Elektroauto arbeitet mit dem Gleichspannungswandler (DC-Wandler) zusammen. Sie kann die an den Rekuperationsbremsen und an der Lichtmaschine gewonnene Energie speichern. Die Niedervoltbatterie ist auch Stromlieferant für die Fahrzeugbeleuchtung.

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Die Bilder unten sind für die Verwendung in Arbeitsblättern gedacht. 

 

E_Auto perspekivisch

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