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Antrieb
Der Antrieb eines Elektrofahrzeug kann gleich wie bei den konventionellen
Fahrzeugen in viele Kategorien unterteilt werden. Sie funktionieren aber
alle nach dem selben Prinzip (hier rechts dargestellt).
In der Batterie wird die elektrische Energie als Gleichstrom (DC) gespeichert.
Die Leistungselektronik wäre beim Verbrennungsmotor etwa der Vergaser oder
die Einspritzung. Sie macht aus dem Gleichstrom (DC) den erforderlichen
Drehstrom (Dreiphasen-Wechselstrom) und dosiert diesen nach Vorgabe
des Fahrers. Diese Vorgaben verarbeitet die VCU: Anhand der Daten aus
der Batterie sowie den Daten des restlichen Fahrzeugs errechnet diese
die nötige Leistung beziehungsweise das Drehmoment und die Drehzahl und
gibt diese Vorgaben an die Leistungselektronik weiter.
Die größten unterschiede im Antrieb gibt es beim Motor: AC-Asynchronmotor, AC-Synchronmotor, mehrere Motoren, Radnabenmotor usw...
Der AC-Asynchronmotor ist dabei die einfachste Konstruktion. Hier sitzen die Wicklungen fest mit dem Gehäuse verbunden an der Außenwand des Motors (Stator). Im Inneren sitzt die drehende Achse (Rotor), welche aus magnetisierbarem Material besteht. Durch die unterschiedliche Bestromung der Spulen wird ein Strom im Rotor induziert. Der Statur und der Rotor stoßen sich dann durch magnetische Kräfte voneinander ab bzw. ziehen sich an.
Der Asynchronmotor ist komplett wartungsfrei und robust. Außerdem kann er kurzzeitig das 5-fache seiner nominalen Leistung liefern. Der Wirkungsgrad ändert sich je nach Drehzahl und Belastung, liegt grob bei knapp über 90%.
Der AC-Synchronmotor funktioniert nicht über die Induktion, denn hier sind sehr starke Magnete verbaut welche direkt auf die magnetischen Kräfte der Spulen reagieren. Hierbei gibt es wieder unterschiedliche Varianten: Außenläufer und Innenläufer, Fremderregt usw... Der Synchronmotor ist ebenfalls wartungsfrei und besitzt einen höheren Wirkungsgrad als der Asynchronmotor. Durch die variable Bauform kann der Synchronmotor auch als Radnabenmotor verwendet werden.
Der Gleichstrommotor mit Bürsten findet in der Elektromobilität kaum Anwendung, da er sehr Wartungsintensiv ist.
Bei teureren Elektroautos ist das Prinzip von mehreren Motoren sehr beliebt. Zum einen können so beide Achsen unabhängig voneinander angesteuert werden und ergeben am Ende einen super Allradantrieb, zum anderen können Motoren mit unterschiedlichen Drehmomentkennlinien oder Übersetzungsverhältnissen verbaut werden, wodurch das Drehmoment über die Drehzahl besser verteilt wird.
Das Drehmoment eines Elektromotors ist entscheidend für den Vortrieb des Fahrzeugs. Elektromotoren besitzen eine andere Drehmomentkennlinie als Verbrennungsmotoren. Das Drehmoment liegt ab Drehzahl 0 an und bleibt bis zu einer gewissen Drehzahl konstant hoch, fällt dann linear ab. Durch die richtige Auslegung des Elektromotors ist ein Schaltgetriebe nicht notwendig.
Die Rekuperation ist ein großer Vorteil des Elektroantriebs. Jeder Elektromotor kann auch als Generator betrieben werden. So kann beim "Bremsen" die Bewegungsenergie des Fahrzeugs wieder zurück in die Batterie gespeist werden. Ebenfalls werden so die Bremsen geschont.
Die Leistungselektronik ist ebenfalls ein wichtiger Bestandteil des Antriebs. Hier gibt es jedoch keine unterschiedlichen Arten. Die Leistungselektronik muss immer an den Motor angepasst sein um das bestmögliche Ergebnis zu erzielen. Bei einfacheren Anwendungen mit geringer Batteriespannung werden VCU und Leistungselektronik oft zusammengelegt, wodurch sich eine kompakte Bauart ergibt. Diese nennt man dann Motor-Controller oder einfach nur Controller.
Der Elektroantrieb ist im Detail natürlich noch wesentlich komplexer, durch bereits entwickelte Komponenten jedoch simpler als der Verbrennungsantrieb. Hinzu kommt die sehr hohe Effizienz von 80%-90% (Verbrennungsmotor vergleichsweise unter 25%) und der ausbleibende Verschleiß. Der Fahrkomfort ist ebenfalls angenehm, es gibt keine Motorgeräusche, keine Vibrationen und durch die Rekuperation kann mit dem Gaspedal auch gebremst werden.