Elektrofahrzeuge

Bereits im Januar 2011 begann der französische Automobilhersteller Renault mit der Umsetzung seiner Z.E.-Strategie in die Praxis.
Zuvor auf Messen gezeigte Elektrofahrzeuge wurden seitdem schrittweise als Serienmodelle eingeführt und mittlerweile ist das Unternehmen der Hersteller mit dem breitesten Angebot an Elektroautos.

Aktuell reicht es vom autoähnlichen Twizy mit zwei Sitzplätzen über den rein für den Batteriebetrieb entwickelten Renault Zoe und den Transporter Kangoo Z.E. bis zur Limousine Fluence Z.E. Letztere wird allerdings seit Ende 2013 nur noch unter dem Renault Samsung Markennamen im asiatisch-pazifischen Raum angeboten.

Unter dem Kürzel Z.E. bewirbt der Autohersteller seine E-Fahrzeuge, denn dieses steht als Abkürzung für den englischen Begriff „Zero Emissions“. Gemeint sind damit die fehlenden Abgase, denn alle Z.E.-Modelle von Renault fahren rein batteriebetrieben und benötigen daher weder Kraftstoff noch Auspuff. Wirklich emissionsfrei und damit auch umweltfreundlich sind sie aber natürlich nur dann unterwegs, wenn die Batterien mit echtem Ökostrom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wasser- und Windkraft oder Sonnenenergie aufgeladen werden.

Als Mitsubishi 2014 seinen Outlander Plug-in-Hybrid auf den deutschen Markt brachte, war er der erste und einzige SUV, dessen Batterie man per Kabel an der Steckdose aufladen konnte.

Ein Plug-in-Hybrid spannt einen herkömmlichen Verbrennungsmotor mit einem oder zwei kleinen Elektromotoren in einer Antriebseinheit zusammen. Der Vorteil: Der Verbrennungsmotor wird in bestimmten Betriebszuständen entlastet oder ganz abgelöst.
So kann der Elektromotor zum Beispiel Fahrten in der Stadt ganz allein bewältigen, deckt aber teilweise auch Strecken mit Geschwindigkeiten über 50 km/h ab.
Letzteres hängt von der Leistung des Elektromotors und der Größe der dazugehörigen Batterie ab. Im Ergebnis soll das zu einem deutlich geringeren Kraftstoffverbrauch führen und damit zu einer geringeren Menge an klimaschädlichem CO2.

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Wie funktioniert ein Hybrid Antrieb?

Autos mit Hybridantrieben vereinen die Vorteile eines Verbrennungs- und eines Elektromotors. Mit Hilfe eines Steuersystems wird geregelt, welcher Antrieb zu welchem Zeitpunkt genutzt wird. Beim Anfahren wird ebenso der Elektromotor angesteuert, wie bei langsamen Stadtfahrten mit vielen Stop-and-go-Passagen. Damit wird neben dem Schadstoffausstoß, auch die Lärmbelästigung durch das Fahrzeug deutlich reduziert. Außerdem spart der Fahrer durch die Nutzung des Elektromotors etwa 50 Prozent an Kraftstoff.

Auf diese Weise ist es möglich den Kraftstoffverbrauch eines Mittelklasse-Autos auf weniger als fünf Litern auf 100 Kilometer zu begrenzen. Und das, obwohl ein Fahrzeug mit einem Hybridantrieb durch die zwei Motoren und den zusätzlichen Generator deutlich schwerer ist als ein Auto mit herkömmlichem Verbrennungsmotor.

Auf langen Strecken, bei denen gleichmäßiges schnelles Fahren möglich ist, kommt der Verbrennungsmotor zum Einsatz. Die Umschaltung auf den Antrieb mit Verbrennungsmotor erfolgt durch das Steuersystem automatisch, wenn eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht ist. Die geringe Reichweite des mit einer Batterie betriebenen Elektromotors wird beim Hybridantrieb dank einer besonderen Technik ausgeglichen.

Varianten des Hybrid-Antriebes

Hybridvarianten werden nach der Leistung der jeweils genutzten elektrischen Maschine unterschieden. Die geläufigsten Einstufungen sind dabei Micro-Hybrid, Mild-Hybrid und Full-Hybrid. Während die elektrische Maschine des Micro-Hybrids über maximal 2 bis 3 Kilowatt Leistung verfügt und beim Starten und Abbremsen eine Einsparung des Verbrauchs in Höhe von 10 bis 15 Prozent bringt, verfügt der Mild-Hybrid bereits über eine Leistung von 10 bis 15 Kilowatt.

Neben dem Starten und Abbremsen wird diese Hybrid-Variante unter anderem auch beim plötzlichen Beschleunigen wirksam. Insgesamt ist mit dem Mild-Hybrid eine Verbrauchseinsparung von bis zu 20 Prozent möglich. Die höchste Form des Hybrid-Antriebes ist der Full-Hybrid mit einer Leistung von deutlich mehr als 15 Kilowatt. Mit dem Full-Hybrid sind neben dem Anfahren und Abbremsen, dem schnellen Beschleunigen auch längere Fahrten möglich. So können am Ende im Vergleich mit einem herkömmlichen Antrieb mehr als 20 Prozent des Verbrauchs eingespart werden.

Wie funktioniert ein Plug-in-Hybrid?

Plug-in-Hybride verfügen über einen Elektro- und einen Verbrennungsmotor. Letzterer sitzt in der Regel unter der Motorhaube und der E-Motor im hinteren Bereich, wodurch ein Plug-in-Hybrid meist über Allrad-Antrieb verfügt.

Daneben hält er eine Batterie mit einer höheren Kapazität als bei reinen Hybriden bereit. Diese lässt sich an der Steckdose aufladen (eng.: plug in), weshalb der Plug-in-Hybrid auch gern als „Steckdosenauto“ bezeichnet wird. Die Abkürzung für diese ist „PHEV“ für plug-in-hybid electric vehicle. Grundsätzlich ist ein Plug-in-Hybrid intelligent und schaltet ganz von allein vom elektrischen Fahren auf den alternativen Antrieb durch den Verbrennungsmotor um. Der Fahrer muss hier meist nichts tun.

Bremst er ab, um an einer Ampel zum Stehen zu kommen, entsteht Bewegungsenergie, die von einer Batterie gespeichert und vom E-Motor beim nächsten Anfahren genutzt werden kann. Dieser Vorgang heißt Rekuperation. Elektrische Unterstützung erfolgt auch beispielsweise beim Überholen, sodass das Fahrzeug im Stande ist, teilweise mehr Leistung zu erbringen als ein reiner Verbrenner.

Wie funktioniert eigentlich ein Elektroauto?

Das Herz des Elektroautos ist der Akku. Weitere Komponenten sind der Elektromotor, die Leistungselektronik sowie die Kühlsysteme beziehungsweise das Temperaturmanagement. Aggregate wie Lenkung, Bremsgerät und Heizung/Klimaanlage werden elektrisch betrieben. Bei der Anordnung der Komponenten im Fahrzeug hat sich die sogenannte "Skateboard"-Architektur durchgesetzt: Akku zwischen den Achsen im Unterboden, E-Motor und Leistungselektronik an Vorder- und/oder Hinterachse. Die Karosserie wird sozusagen über dieses Skateboard gestülpt. Eine solche Unterflur-Architektur soll eine etwas bessere Raumausnutzung ermöglichen als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.

Der Elektromotor wurde bereits 1837/1838 patentiert. Seitdem hat man ihn in unzähligen Bereichen, in der Industrie, im Handwerk und bei der Mobilität (elektrische Bahn) eingesetzt. Und er bewährte sich als ideale Antriebsmaschine – äußerst effizient im Umgang mit Energie: zuverlässig, verschleißarm, nahezu geräuschlos und vibrationsfrei. Vom Start weg steht bei einem Elektromotor das volle Drehmoment über einen großen Drehzahlbereich zur Verfügung – weshalb für die meisten Anwendungen ein Getriebe mit fester Übersetzung (nur ein Gang) ausreicht. Insbesondere der Fahrkomfort des geräuscharmen Antriebes ohne lästige Gangwechsel und der Fahrspaß aufgrund der spontanen Drehmomententfaltung begeistern viele Autofahrer bei ihrer ersten Fahrt mit einem Elektroauto. Dabei arbeitet ein Elektromotor mit einem Wirkungsgrad von über 90 Prozent und hat nur wenige Verluste in Form von Wärme oder Reibung.

Die große Herausforderung und gleichzeitig der Grund, warum sich der Elektromotor Anfang des 19. Jahrhunderts für den Einsatz als Antriebsmotor in Kraftfahrzeugen nicht gegen den Verbrennungsmotor durchsetzen konnte, war die Energiespeicherung – also akzeptable Reichweiten zu erzielen.

Beim Bremsen und Bergabfahren wird der Elektromotor zum Stromgenerator und gewinnt dabei Energie zurück (Rekuperation). Durch vorausschauendes Fahren lässt sich damit ein Elektroauto fast ohne Einsatz der mechanischen Bremse fahren, wodurch die Bremse länger hält.

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