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Als Elektroauto (auch E-Auto, elektrisches Auto, elektrisch betriebenes Auto) wird im weitesten Sinne ein Elektrofahrzeug bezeichnet, das mindestens einen Elektromotor zum Antrieb nutzt.

Dieser Artikel konzentriert sich auf rein batterieelektrische Autos, sogenannte BEV (englisch, battery electric vehicle). Andere Konzepte sind Hybridautos und Brennstoffzellenautos.

 

 

Elektroautos verzeichnen seit ca. 2010 weltweit stark steigende Marktanteile und werden als wichtiger Beitrag zur Energiewende gesehen.

Begriffe und Definitionen
In enger Auslegung, die unter anderem auch vom Kraftfahrt-Bundesamt vertreten wird, versteht man unter Elektrofahrzeugen nur solche „mit ausschließlich elektrischer Energiequelle“, was bei Autos nach derzeitigem Stand der Technik nur rein batterieelektrische Autos sind. Batterieelektrische Elektrofahrzeuge und -autos werden oft auch als BEV (englisch, battery electric vehicle) bezeichnet. Das Elektromobilitätsgesetz hingegen bezeichnet auch Hybridfahrzeuge als „Elektrofahrzeuge“; gemeinsam mit den batterieelektrischen und Brennstoffzellen-Fahrzeugen werden sie als „elektrisch betriebene Fahrzeuge“ bezeichnet.

Geschichte

Michael Faraday zeigte 1821, wie mit dem Elektromagnetismus eine kontinuierliche Rotation erzeugt werden konnte, und schuf damit die Grundlage des Elektroantriebs. Ab den 1830er Jahren entstanden aus den unterschiedlichsten Elektromotor- und Batterie-Varianten verschiedene Elektrofahrzeuge und Tischmodelle, beispielsweise von Sibrandus Stratingh und Thomas Davenport. Davenport testete seinen Elektromotor an einer Modelllok, die er auf einem Schienenkreis von etwa einem Meter Durchmesser ihre Runden drehen ließ. Um 1832 soll Robert Anderson in Aberdeen einen Elektrokarren gebaut haben.

1881 präsentierte Gustave Trouvé auf der Internationalen Elektrizitätsausstellung in Paris ein Elektroauto.

Das erste bekannte deutsche Elektroauto baute 1888 die Coburger Maschinenfabrik A. Flocken mit dem Flocken Elektrowagen. Der Wagen wird auch als erster vierrädriger elektrisch angetriebener Personenkraftwagen weltweit angesehen.

Erste Blütezeit und frühe Rekorde (ca. 1896–1912)

Die Reichweite der historischen Fahrzeuge betrug rund 100 Kilometer. Um 1900 waren 40 % der Autos in den USA dampfbetrieben, 38 % elektrisch und nur 22 % mit Benzin. Knapp 34.000 Elektrofahrzeuge waren in den USA registriert, damals die höchste Anzahl weltweit. 1912 wurden bis dato die meisten Elektrofahrzeuge verkauft. Danach sank der Marktanteil. Von 1896 bis 1939 registrierte man weltweit 565 Marken von Elektroautos.

Den ersten dokumentierten Geschwindigkeitsrekord für ein Landfahrzeug stellte der französische Autorennfahrer Gaston de Chasseloup-Laubat am 18. Dezember 1898 mit dem Elektroauto Jeantaud Duc von Charles Jeantaud in Achères, nahe Paris, mit 62,78 km/h auf. In den folgenden Monaten überbot er sich in Achères gegenseitig mit dem Belgier Camille Jenatzy, bis dieser schließlich mit dem Elektroauto La Jamais Contente mit 105,88 km/h den ersten Rekord jenseits der 100-km/h-Marke einfuhr.

Nischenfahrzeug (ca. 1910–1990)

Der Niedergang der Elektroautos setzte ab etwa 1910 ein. Die viel größere Reichweite und das Angebot billigen Öls für Vergaserkraftstoffe waren (unter anderem) Faktoren für den Nachfragerückgang bei den elektrischen Transportmitteln. Auch wurde das Starten von Benzinern durch den Anlasser anstelle des Ankurbelns sehr viel bequemer. Benzin wurde durch den Einfluss der Standard Oil der hauptsächliche Kraftstoff in den USA und in allen von der Standard Oil beeinflussten Ländern.

Verbreiten konnte der Elektroantrieb sich jedoch in Fahrzeugen, welche die Fahrenergie aus Oberleitungen beziehen (Elektrolokomotive, Oberleitungsbus, Straßenbahn) oder selbst erzeugen (dieselelektrischer Antrieb).

Eine der Nischen, in der sich Kraftfahrzeuge mit Elektromotor hielten, war auch der Nahverkehr mit kleinen Lieferwagen für die tägliche Anlieferung von Milchflaschen in Großbritannien und Teilen der Vereinigten Staaten, den milk floats. Weitere Nischenanwendungen waren und sind elektrisch betriebene Gabelstapler und Gepäckkarren.

Die zunehmende Verkehrsdichte führte ab den 1960er Jahren zu ersten Maßnahmen, um die Abgasbelastung zu verringern. In dem Zusammenhang nahmen die Forschungsaktivitäten am Elektroauto wieder zu. 1967 wurde im Bundestag eine interparlamentarische Arbeitsgemeinschaft gebildet, die eine Kfz-Steuerreform mit dem Ziel der Förderung von Elektromobilität zum Gegenstand hatte. Jahrzehntelang hatten derartige Vorstöße jedoch noch keine praktischen Auswirkungen.

 Renaissance (1990–2005)

Bestrebungen, Autos mit Elektromotoren anzutreiben, wurden erst nach der durch den Golfkrieg ausgelösten Ölkrise der 1990er Jahre verstärkt erwogen. Die von der CARB ausgearbeitete und 1990 in Kalifornien als Gesetz verabschiedete Regelung, stufenweise emissionsfreie Fahrzeuge anbieten zu müssen, zwang die Automobilindustrie zu Produktentwicklungen. In Deutschland konnten einzelne progressive Entwicklungen wie der E-Scooter Simson SR 50 Gamma E ohne gesetzliche Förderung am Markt nicht bestehen.

Zunehmend wurden neue Akkumulatortypen (Nickel-Metallhydrid-Akkumulator und später zu Lithium-Ionen-Akkumulator) statt der bisherigen Bleiakkumulatoren verwendet. Beispiele sind der Volkswagen Golf CitySTROMer, BMW E1 oder die Mercedes A-Klasse.

Von 1996 bis 1999 baute General Motors mit dem General Motors Electric Vehicle 1, GM EV1 ein Serien-Elektromobil in einer Auflage von etwa 1100 Stück. Toyota baute etwa 1500 Stück des vollelektrischen Geländewagens RAV4 EV, Nissan etwa 220 Stück Nissan Hypermini, und Honda den Honda EV Plus. Die Produktion der meisten Elektroautos wurde nach Lockerung der CARB-Gesetzgebung eingestellt und die Auslieferungen gestoppt (siehe auch Who Killed the Electric Car?).

In Europa wurden seit den 1990er Jahren verschiedene Leichtfahrzeuge produziert, wie der CityEL, das Twike oder das Elektrofahrzeug Sam. PSA Peugeot Citroën produzierte von 1995 bis 2005 etwa 10.000 elektrisch angetriebene Autos (Saxo, Berlingo, 106, Partner), die nur in Frankreich, den Benelux-Staaten und Großbritannien angeboten wurden.

Ab 2003 wurden vor allem von kleineren, unabhängigeren Firmen Elektroautos entwickelt oder Serienfahrzeuge umgebaut, wie die Kleinwagen Citysax oder Stromos.

Entwicklungen seit 2006

2006 wurde der Sportwagen Tesla Roadster des neu gegründeten Herstellers Tesla vorgestellt, der mit ca. 350 km Reichweite und seinen Fahrleistungen die aktuellen technischen Möglichkeiten aufzeigte. Teslas Markteintritt gilt als Katalysator für das in der Folge weltweit zunehmende Interesse für Elektroautos, da es mit dem Roadster und dem 2012 eingeführten Model S und dem Supercharger-Ladenetz bislang nicht gekannte Rekorde bezüglich Reichweite, Fahrleistungen und Ladegeschwindigkeit erzielte.

Ab 2007 kündigten viele etablierte Hersteller Neuentwicklungen an.

2009 startete der Mitsubishi i-MiEV als erstes Elektroauto in Großserie. General Motors führte im Dezember 2010 das Hybridauto Chevrolet Volt auf dem US-amerikanischen Markt ein; dessen Deutschland-Variante Opel Ampera erregte erhebliche Medienresonanz. Ebenfalls 2010 kam der Nissan Leaf auf den Markt, der bis 2020 das weltweit meistverkaufte Elektroauto war.

Weitere wichtige Markteinführungen von Elektroautos waren 2012 die Kleinwagen Smart ED. 2013 folgten unter anderem Renault Zoe, Kia Soul EV, Ford Focus Electric und VW e-up!. Der ebenfalls 2013 eingeführte BMW i3 erregte Aufsehen nicht nur durch den Antrieb, sondern auch durch sein Karbonfahrgastzelle.

2014 erregte die Deutsche Post AG Aufsehen, weil sie mit der Fertigung eines eigens konstruierten elektrischen Lieferwagens Streetscooter begann.

Seit Juli 2017 wird das Tesla Model 3 produziert und seit Februar 2019 in Europa ausgeliefert. Es ist eines der meistverkauften Elektrofahrzeuge der letzten Jahre.

Im September 2019 stellte Volkswagen auf der IAA das Elektroauto ID.3 vor. Das Unternehmen will bis 2030 die Hälfte seines Modellangebots auf batterieelektrische Autos umgestellt haben und Weltmarktführer in der Elektromobilität werden. Volkswagen war 2021 nach Absatz der zweitgrößte Automobilhersteller der Welt.

Elektromotoren laufen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren mit sehr hohen Drehmomenten an. Der Fahrtregler, eine Leistungselektronik-Baugruppe, steuert den Antrieb. Die Elektromotoren können auf verschiedene Arten mit den Rädern mechanisch gekoppelt sein, zumeist über Untersetzungsgetriebe und Antriebswellen, im Rad integriert als Radnabenmotor oder z. B. bei Umrüstungen auch über das vorhandene Schaltgetriebe. Aufgrund des großen nutzbaren Drehzahlbereiches von Elektromotoren werden bei E-Fahrzeugen keine Schaltgetriebe oder lösbaren Kupplungen benötigt, jedoch sind in der Regel Untersetzungsgetriebe eingebaut. Elektromotoren können in beiden Richtungen laufen und benötigen daher auch keinen gesonderten Rückwärts-Getriebegang. Es sind jedoch unter Last schaltbare Zweiganggetriebe erhältlich, insbesondere für Fahrzeuge mittleren und größeren Gewichts. Bis zu fünf Prozent an Reichweite sollen damit herausgeholt werden können. Solche Zweiganggetriebe sind etwa, wenn der Hersteller unterschiedliche Motorleistungen alternativ für ein Fahrzeugmodell anbietet, in gewissen Auf- und Abstufungen skalierbar] Bei mehreren Antriebsmotoren (zum Beispiel je einer für Vorder- und Hinterachse) können die E-Motoren auch für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche optimiert werden. Elektromotoren sind einfacher und mit erheblich weniger beweglichen Teilen aufgebaut als Verbrennungsmotoren. Sie werden meist luft-, gelegentlich auch wassergekühlt.

Fahrzeugtechnik

Allgemeine Eigenschaften
Elektromotoren haben im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren keine Leerlauf-Mindestdrehzahl und geben aus dem Stillstand heraus über einen sehr weiten Drehzahlbereich ein hohes Drehmoment ab. Elektroautos brauchen deshalb kein (manuelles oder automatisches) Schaltgetriebe, keine Kupplung und keinen Drehmomentwandler zum Anfahren. Ebenso kann auf viele weitere reparaturanfällige oder wartungsintensive Komponenten verzichtet werden (siehe Reparatur und Wartung). Wechselstrom-Elektromotoren benötigen zur Umformung des in der Regel aus Antriebsbatterien bereitgestellten Gleichstroms eine Leistungselektronik.

Elektromotoren sind wesentlich leiser als Otto- oder Dieselmotoren, fast vibrationsfrei und emittieren keine schädlichen Abgase. Sie bestehen typischerweise aus weniger Teilen und sind bei gleicher Leistung kleiner, zudem ist ihr Wirkungsgrad mit 85–95 % deutlich höher als der eines modernen Verbrennungsmotors mit durchschnittlich 25 %. Durch die geringere Energiedichte von Akkumulatoren im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen in Tanks ist die Masse von Elektroautos tendenziell höher als jene von herkömmlichen Automobilen, ihre Reichweite geringer (s. Reichweite). Die Ladezeiten sind wesentlich länger als entsprechende Tankvorgänge (s. Ladedauer). Heutige Elektroautos gewinnen Bremsenergie durch Rekuperation zurück.

Auch die Anordnung der Komponenten, das sogenannte Platznutzungskonzept, ist verändert. Beim Fahrzeugaufbau mit Verbrennungsmotor sind viele Komponenten um den Hauptantrieb herum angeordnet, während beim Elektroauto die Komponenten sehr viel dezentraler montiert werden können. Wesentliche Komponenten unterscheiden sich in ihrem Platzbedarf und ihrer Form: Der Motor und die Kühler sind beispielsweise kleiner, und das Akkusystem kann abhängig vom Fahrzeugkonzept in verschiedenen Bereichen der Karosserie platziert werden. Dadurch ergeben sich auch Vorteile:

• Es ist eine strömungsgünstigere Frontpartie dank kleinerer Lufteinlässe für Kühler möglich.
• Es gibt mehr Platz für eine Crash-freundliche Ausgestaltung des Vorderwagens (Raum für Verstrebungen und Kontakt-Platten).
• Ebenso erlaubt der geringere Platzbedarf einen größeren Lenkeinschlag und damit einen deutlich kleineren Wendekreis. (Beispiel Škoda Enyaq iV: Der Wendekreis von nur 9,3 Metern ist fast drei Meter kleiner als der des etwas gleich großen Kodiaq und sogar noch einen Meter kleiner als der des Kleinwagens Fabia.)
• Der Schwerpunkt kann durch den schweren Akku unter dem Boden deutlich tiefer sein; hieraus ergibt sich ein besseres Fahrverhalten und mehr Sicherheit gegen Überschlag.
• Die Elektrifizierung der Servosysteme für Bremsen und Lenkung erleichtert es, einen automatischen Betrieb oder Assistenzsysteme zu verwirklichen.
• Der Radstand kann bei gleicher Gesamtlänge größer ausfallen; hierdurch entsteht mehr Platz für Passagiere und ein höherer Fahrkomfort.
• Elektroantriebe benötigen keine Wartung.

Die meisten straßenzugelassenen Elektrofahrzeuge haben außer der großen Antriebsbatterie noch einen weiteren kleinen Akkumulator, meist eine 12-Volt-Bleibatterie. Er wird über die Antriebsbatterie geladen und versorgt einen Teil der Bordelektronik, vor allem die Fahrzeugbeleuchtung, speziell die Warnblinkanlage – selbst wenn die Antriebsbatterie deaktiviert wurde (z. B. wegen Entladung oder Unfall).

Fahrzeugkonzepte

Elektroautos lassen sich nach ihrem Konstruktionsprinzip unterscheiden:

• Neuentwickelte Elektroautos (sog. Purpose Design), bei denen keine konstruktiven Kompromisse bei der Umsetzung eingegangen werden müssen. Diesem technischen Vorteil steht der betriebswirtschaftliche Nachteil des hohen Einmalaufwands für die Neuentwicklung gegenüber, weshalb dieses Konzept hohe Produktionsstückzahlen erfordert. Beispiele sind u. a. Mitsubishi i-MiEV, BMW i3, Nissan Leaf, alle Teslas, alle Modelle der MEB-Plattform, Hyundai Ioniq 5, Porsche Taycan
• Elektroautos als Anpassung konventioneller Autos (sog. Conversion): Hier werden in einem konventionellen Fahrzeug Komponenten des verbrennungsmotorischen Antriebs durch jene des elektrischen Antriebs ersetzt. Das erfordert konstruktive Kompromisse, da E-Motor und Batterie in den vorhandenen Bauraum eingepasst werden. Dem geringen Entwicklungsaufwand stehen hohe Teilekosten für die Sonderanfertigung von Antriebskomponenten gegenüber, weshalb sich dies für niedrige Produktionsstückzahlen eignet. Sowohl der Geländewagen Toyota RAV4 EV, die etwa zehntausend französischen Elektroautos seit 1990 von PSA Peugeot Citroën und Renault der „electric-Serie“ (Saxo, Berlingo, 106, Partner, Clio, Kangoo) als auch das Mitsubishi Electric Vehicle, das 2010 in Europa erschienene, erste in Großserie gefertigte Elektroauto der Welt (ca. 17.000 Fahrzeuge weltweit pro Jahr) (in leicht abgewandelter Form auch von PSA als Citroën C-Zero bzw. Peugeot Ion vermarktet) und der Elektro-Smart basieren auf dieser kostengünstigen Entwicklungsmethode. Diese Fahrzeuge benötigen im Alltag etwa 12–20 kWh elektrische Energie für 100 km. Seit Ende 2013 wird der VW e-up! angeboten, seit 2014 der VW e-Golf. Weitere Beispiele sind die im Vorfeld der Entwicklung des BMW i3 eingesetzten Mini E und BMW ActiveE.
• Elektroautos als Umrüstung von Serienfahrzeugen wie Stromos und Citysax ermöglichen kleinen Herstellern die Fertigung von Elektroautos. Dabei wird ein in Serie gefertigter neuer Antriebsstrang eingebaut, oder der Elektromotor wird an das serienmäßige Schaltgetriebe angeflanscht. Fahrleistungen, Reichweite und Verbrauch ähneln jenen aus Anpassungen von konventionellen Serienautos großer Hersteller. Höheren Fertigungskosten durch Kleinserienfertigung stehen flexible Anpassungsmöglichkeiten an Kundenwünsche und die Nutzung von nicht als Elektroversion erhältlichen oder Gebrauchtfahrzeugen als Basis gegenüber.

Antrieb

Elektromotoren laufen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren mit sehr hohen Drehmomenten an. Der Fahrtregler, eine Leistungselektronik-Baugruppe, steuert den Antrieb. Die Elektromotoren können auf verschiedene Arten mit den Rädern mechanisch gekoppelt sein, zumeist über Untersetzungsgetriebe und Antriebswellen, im Rad integriert als Radnabenmotor oder z. B. bei Umrüstungen auch über das vorhandene Schaltgetriebe.

Aufgrund des großen nutzbaren Drehzahlbereiches von Elektromotoren werden bei E-Fahrzeugen keine Schaltgetriebe oder lösbaren Kupplungen benötigt, jedoch sind in der Regel Untersetzungsgetriebe eingebaut. Elektromotoren können in beiden Richtungen laufen und benötigen daher auch keinen gesonderten Rückwärts-Getriebegang. Es sind jedoch unter Last schaltbare Zweiganggetriebe erhältlich, insbesondere für Fahrzeuge mittleren und größeren Gewichts. Bis zu fünf Prozent an Reichweite sollen damit herausgeholt werden können. Solche Zweiganggetriebe sind etwa, wenn der Hersteller unterschiedliche Motorleistungen alternativ für ein Fahrzeugmodell anbietet, in gewissen Auf- und Abstufungen skalierbar. Bei mehreren Antriebsmotoren (zum Beispiel je einer für Vorder- und Hinterachse) können die E-Motoren auch für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche optimiert werden.

Elektromotoren sind einfacher und mit erheblich weniger beweglichen Teilen aufgebaut als Verbrennungsmotoren. Sie werden meist luft-, gelegentlich auch wassergekühlt.

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