Elektroauto

Nissan Leaf, bislang meistverkauftes Elektroauto (Stand 04/2015)

Elektrokarren von Mafi für den Industrieeinsatz

Ein Elektroauto (auch E-Auto, E-Mobil oder Elektromobil) ist ein mehrspuriges Kraftfahrzeug zur Personen- und Güterbeförderung. Der Begriff beschreibt im Allgemeinen einen Pkw, kann jedoch auch für die gesamte Bandbreite mehrspuriger Kraftfahrzeuge verstanden werden.

Nach amtlicher Definition ist ein Elektroauto ein Kraftfahrzeug zur Personenbeförderung mit mindestens vier Rädern (Pkw) der EG-Fahrzeugklasse M, das von einem Elektromotor angetrieben wird (Elektroantrieb) und die zu seiner Fortbewegung nötige elektrische Energie in einer Traktionsbatterie speichert. Davon zu unterscheiden sind die Leichtelektromobile der EG-Fahrzeugklasse L (Vierrädriges Leichtkraftfahrzeug). Sie machen mit über einer halben Million Fahrzeugen den größten Anteil an Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb aus. Da das Elektroauto im Betrieb selbst keine relevanten Schadstoffe emittiert, wird es als emissionsfreies Fahrzeug eingestuft.

Zu Beginn der Entwicklung des Automobils spielten elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge eine wichtige Rolle. Ab etwa 1912 wurden sie fast vollständig von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor verdrängt und besetzten nur noch Nischen, vor allem außerhalb des öffentlichen Straßenverkehrs. Erst in den 1990er Jahren wurde die Entwicklung und Produktion von Elektrokraftfahrzeugen wieder in Angriff genommen.

Grundlegendes

Ein Boeing Lunar Roving Vehicle, eines der drei Mondautos der NASA, Apollo 17-Mission 1972

Alle Elektroautos treiben die Räder über Elektromotoren an. Die Antriebsenergie wird dem Fahrzeug hauptsächlich als Elektroenergie zugeführt. In der Regel wird sie an Bord in Akkumulatoren, in einer Traktionsbatterie, auch in Kombination mit Kondensatoren mit hoher Energiedichte gespeichert. Nichtwiederaufladbare Batterien sind eine seltene Ausnahme für einmalige Anwendungen, zum Beispiel beim Mondauto. Auch oberleitungsgeführte Automobile, z. B. O-Busse, sind Elektroautos. Der Elektroantrieb wird den alternativen Antriebstechniken zugerechnet.

Solarfahrzeuge gewinnen den Strom mittels Solarzellen auf ihren Oberflächen direkt aus Sonnenlicht. Beim selten anzutreffenden Gyroantrieb wird Bremsenergie sowie (an Ladestationen) elektrische Energie mechanisch in einem Schwungrad gespeichert, bis die Energie wieder von einem Generator in elektrische Energie für die Fahrmotoren umgewandelt wird oder direkt mechanisch verwendet wird. Hiermit sind Reichweiten von einigen Kilometern möglich.

Serielle Hybridelektrokraftfahrzeuge, ebenso Brennstoffzellenfahrzeuge oder Fahrzeuge mit dieselelektrischem Antrieb bilden eigene Fahrzeugkategorien mit fließenden Übergängen. Diese Fahrzeuge nutzen verschiedene Kraftstoffe als Primärenergie, um daraus im Fahrzeug den Antriebsstrom herzustellen. Fahrzeuge mit eingebautem Range Extender gelten nur dann als Elektrofahrzeuge, wenn der elektrische Betrieb die Hauptbetriebsweise ausmacht. Sie besitzen nur einen sehr kleinen Tank (z. B. BMW i3).

Inzwischen investieren viele Autohersteller und einige Markteinsteiger weltweit und auch in Deutschland erhebliche Entwicklungsressourcen in Elektroautos. Seitens der deutschen Legislative wurde 2009 mit dem nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität und der Gründung einer nationalen Plattform für Elektromobilität mit verschiedenen Fördermaßnahmen die Entwicklungsanstrengungen zu Elektrofahrzeugen intensiviert. So will die deutsche Bundesregierung, „dass bis 2020 nicht weniger als eine Million und bis 2030 sogar sechs Millionen Elektrofahrzeuge auf den deutschen Straßen unterwegs sind.“ Gründe hierfür bestehen in der gewünschten Reduzierung der Abhängigkeit vom Erdöl sowie in der Verminderung der verkehrsbedingten CO₂-Emissionen.

Auch die österreichische Bundesregierung möchte die Anzahl der Elektroautos auf Österreichs Straßen erhöhen, bis 2020 auf 200.000. Aus heutiger Sicht scheinen sowohl die deutschen als auch die österreichischen Ziele nicht erreichbar zu sein.

Diskurs zum Antrieb mit Verbrennungsmotor

Der Elektroantrieb ist dem weit verbreiteten Antrieb mit Verbrennungsmotoren in verschiedenen Eigenschaften überlegen. Dazu zählen beispielsweise die vorteilhafte Drehmoment- und Leistungscharakteristik des Elektromotors, der zumeist einfachere Aufbau des Antriebsstrangs und die fast vollständige lokale Emissionsfreiheit in Bezug auf Schadstoffe und Lärm. Ebenso treten weniger Vibrationen als bei Verbrennungskraftmaschinen auf, die als Kolbenmotoren arbeiten. Elektromotoren benötigen mit ihrem deutlich besseren Wirkungsgrad und der Abwesenheit von Leerlauf deutlich weniger Energie.

Gegenüber Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor werden für ein Auto mit reinem Akku-Antrieb viele kosten- und verschleißträchtige Bauteile nicht mehr benötigt, wie zum Beispiel Motorblock mit Anbauteilen, sowie (meist) schaltbare Getriebe. Der Einsparung an Gewicht durch den Wegfall diverser Baugruppen gegenüber dem Verbrennungskraftmaschinenantrieb steht die geringe Energiedichte der Akkumulatoren gegenüber. Sie beträgt circa ein Fünfzigstel bis ein Hundertstel. Elektrofahrzeuge sind daher nicht unbedingt leichter als entsprechende Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor.

Aktuell ausgeführte Elektrofahrzeuge verfügen oft über relativ geringere Reichweiten mit einer Akkuladung. Statistisch gesehen betragen die zurückgelegten Wege eines Automobils an über 90 % der Tage weniger als 50 km. Dennoch stellt die fehlende Flexibilität aktueller Elektrofahrzeuge, spontan längere Strecken in vergleichbaren Zeiten wie Verbrennungsmotorfahrzeuge zurückzulegen, ein großes Hemmnis in ihrer Marktakzeptanz dar. Auch die bisher wenig ausgebaute und uneinheitliche Ladeinfrastruktur trägt ihren Teil dazu bei.

Das Tesla Model S, erreicht im NEFZ-Zyklus eine Reichweite bis zu 500 km. Die 80 %-Ladezeiten innerhalb von 30 Minuten werden an speziellen, leistungsstarken Ladestationen erreicht (z. B. an Tesla Superchargern oder CCS-Ladestationen).

Einsatzgebiete und Fahrzeugkonzepte

elektrisches Lieferfahrzeug

Die Entwicklung von Elektroautos lässt sich grob in folgende Richtungen unterteilen.

• Industriefahrzeuge: elektrische Lastkarren und automobile Flurfördergeräte sind etabliert und fahren in vielen gewerblichen Bereichen, meist außerhalb des allgemeinen Straßenverkehrs, häufig auch innerhalb von Gebäuden.
• neuentwickelte Elektroautos, für die es keine Ausführungen mit konventionellem Antrieb gibt und bei denen daher keine konstruktiven Kompromisse bei der Umsetzung eingegangen werden müssen. Untergliedert kann dabei werden in:

Wrightspeed X1 (2006): 0 auf 96 km/h (60 mph) in 3 Sekunden

• • Studien- und Experimentalfahrzeuge als Prototypen, die mittels modernster Technik akzeptable Reichweiten bzw. Höchstleistungen bei Geschwindigkeit und Beschleunigung erreichen. Zum Beispiel Dragster mit Elektroantrieb, der Keio University Eliica, AC Propulsion tzero und Wrightspeed X1. In diese Kategorie fallen auch Solarfahrzeuge, die explizit für Wettbewerbe (zum Beispiel in der Schweiz, in der australischen Wüste oder quer durch die USA) gebaut werden. Die Fahrzeuge sind in der Regel weder alltagstauglich noch käuflich und dienen neben Wettbewerbszwecken auch zur Technologiedemonstration. Insbesondere die Formel E dient zum Austesten technischer Möglichkeiten.
  • Stadtfahrzeuge (Leichtelektromobile, urban vehicle) die die Lücke zwischen Roller und Auto schließen. Es sind kompakte, leichte Fahrzeuge, die sparsam mit Energie umgehen und typischerweise im Alltag etwa 4–10 kWh elektrische Energie für eine Strecke von 100 km benötigen, wie folgende Firmen bzw. Fahrzeuge: Renault Twizy, Estrima Biró, Global Electric Motorcars, Twike, Sam, Aixam Mega e-City Elektro, mia, REVA und CityEL. Dabei spielen auch Gedanken an eine Anpassung der Fahrzeuge an das Mobilitätsverhalten (hauptsächlich Kurzstreckenverkehr) eine Rolle.

Ein Batteriebus BYD ebus in Shanghai

• • Autobahntaugliche Elektroautos für den Alltag mit einer Höchstgeschwindigkeit über 80 km/h (rechtlich in Deutschland: >60 km/h lt. Zulassung). Beispiele dafür sind der Tazzari Zero als Kleinstwagen, der Renault ZOE als Kleinwagen, oder als derzeit (2014) meistverkauftes Elektroauto in Großserienfertigung der Kompaktwagen Nissan Leaf. Seit 2012 das Oberklassefahrzeug Tesla Model S. Seit Ende 2013 wird der Kleinwagen BMW i3 angeboten.

Rimac Concept One, elektrischer Supersportwagen, seit 2013

• • sportliche Elektroautos wie Tesla Roadster, Lightning GT, Mercedes-Benz SLS AMG Electric Drive, Venturi Fétish und der Rimac Concept One, die mit (kurzzeitig) hohen Fahrleistungen die Möglichkeiten der Technologien demonstrieren.
• Elektroautos als Anpassungen von Serienfahrzeugen: Diesen Weg beschritten mehrere große Automobilfirmen, indem sie etablierte konventionelle Fahrzeuge serienmäßig an den Elektroantrieb anpassen. 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), und der Elektro-Smart basieren auf dieser kostengünstigen Entwicklungsmethode. Während beim Antrieb spezielle Entwicklungen von Steuerungen, Motoren und einstufigen Untersetzungsgetrieben eingesetzt werden, müssen bei Akkuanordnung, Karosserie- und Raumkonzept sowie Fahrzeuggewicht konstruktive Kompromisse eingegangen werden. Diese Fahrzeuge benötigen im Alltag typischerweise etwa 12–20 kWh elektrische Energie für eine Strecke von 100 km. Seit Ende 2013 wird der VW E-up! angeboten, seit 2014 der VW e-Golf.
• Elektroautos als Umbauten von Serienfahrzeugen wie Stromos und CITYSAX ermöglichen kleinen Herstellern die Fertigung von Elektroautos. Dabei wird entweder ein in Serie gefertigter neuer Antriebsstrang verbaut, oder es wird über eine Adapterplatte der Elektromotor an das serienmäßige Schaltgetriebe angeflanscht. Anstelle von Kraftstofftank und oft auch Reserverad wird die Traktionsbatterie verbaut. Die konstruktiven Anpassungsmöglichkeiten sind stark eingeschränkt. Fahrleistungen, Reichweite und Verbrauch sind ähnlich den Fahrzeugen aus Anpassungen von konventionellen Serienautos der großen Hersteller. Den höheren Fertigungskosten durch Einzel- oder Kleinserienfertigung steht der Vorteil flexibler Anpassungsmöglichkeiten an Kundenwünsche gegenüber.
• Nutzfahrzeuge Elektrolastkraftwagen, Batteriebusse, Gyrobusse, Oberleitungsbusse

Geschichte

→ Hauptartikel: Geschichte des Elektroautos

Flocken Elektrowagen von 1888 (Das Bild zeigt eine Rekonstruktion.)

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.

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.

Die große Zeit der Elektroautos (1896–1912)

Camille Jenatzy in seinem Elektroauto La Jamais Contente, 1899

Allrad-Rennwagen von Lohner-Porsche, 1900

„Als Motorfahrzeuge, welche ihre Energie zur Fortbewegung mit sich führen, machen sich zur Zeit drei Gattungen bemerkenswert, nämlich: durch Dampf bewegte Fahrzeuge, durch Oelmotoren bewegte Fahrzeuge und durch Elektrizität bewegte Fahrzeuge. Die erste Gattung dürfte voraussichtlich in Zukunft hauptsächlich für Wagen auf Schienen und schwere Straßen-Fahrzeuge in Betracht kommen, während das große Gebiet des weiten Landes von Oelmotorfahrzeugen durcheilt werden und die glatte Asphaltfläche der großen Städte wie auch die Straßenschiene von mit Sammlerelektrizität getriebenen Wagen belebt sein wird.“

– Oberbaurat a. D. Klose am 30. September 1897, Präsident des Mitteleuropäischen Motorwagen-Vereins, gegründet in Berlin 1897

Die Reichweite der historischen Fahrzeuge war knapp über hundert 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, die höchste Anzahl weltweit. 1912 wurden bis dato die meisten Elektrofahrzeuge verkauft. Danach ging der Marktanteil stark zurück. Zwischen 1896 und 1939 registrierte man weltweit 565 Marken von Elektroautos.

Historische Geschwindigkeitsrekorde

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)

Bergmann Paketzustellwagen BEM 2500 mit Elektromotor, gebaut zwischen 1922 und 1927

Der Niedergang der Elektroautos setzte ab etwa 1910 ein. Die sehr viel größere Reichweite und das Angebot billigen Öls für Vergaserkraftstoffe waren weitere Faktoren für den Nachfragerückgang bei den laufruhigen elektrischen Transportmitteln mit „hochsensiblen Akkus“. 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. Damit einhergehend stellte selbst der Automobilhersteller Henry Ford sein von 1908 bis 1927 gebautes Ford Modell T, das ursprünglich für „Äthanol“ entwickelt wurde, auf Benzin um.

Verbreitung fand der Elektroantrieb jedoch in Fahrzeugen, die die Fahrenergie nicht in Akkumulatoren mitführen mussten, sondern z. B. aus Oberleitungen beziehen konnten (Elektrolokomotive, Oberleitungsbus, Straßenbahn, Dieselelektrischer Antrieb).

Der niederländische Technikhistoriker und Literaturwissenschaftler Gijs Mom vertritt die Position, dass die jahrzehntelange Stagnation bei der Entwicklung der (individuellen) Elektromobilität aus wissenschaftlich-technologischer Sicht nicht erklärbar sei. Er legte dar, dass vor allem kulturelle Faktoren die Verbreitung von elektrisch angetriebenen Autos verhinderten. Schon im 19. Jahrhundert war bekannt, dass die Stärken der batteriebetriebenen Elektrofahrzeuge im Nahverkehr liegen, wo sie den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sogar überlegen sein können, wie etwa eine technische Fachzeitschrift 1958 klarstellte. Darin wurde auch geschlussfolgert, „daß man alle Wirtschaftszweige im Interesse der Volkswirtschaft dafür interessieren sollte, Elektrofahrzeuge überall dort einzusetzen, wo entsprechende betriebliche Voraussetzungen gegeben sind.“ Doch selbst die Ölkrisen der 1970er Jahre konnten das Umdenken hin zum Elektroantrieb mit Akkus nicht auslösen.

Ein Milk float.

Eine Nische, in der sich Kraftfahrzeuge mit Elektromotor hielten, war der Nahverkehr mit kleinen Lieferwagen, etwa für die tägliche Anlieferung von Milchflaschen in Großbritannien und Teilen der Vereinigten Staaten, den milk floats. Vor allem in Großbritannien waren einige Zehntausend dieser Wagen in Betrieb. Die führenden Hersteller von milk floats in Großbritannien im 20. Jahrhundert waren Smith’s, Wales & Edwards, Morrison Electriccars, M&M Electric Vehicles, Osborne, Harbilt, Brush, Bedford und Leyland. Mit dem Rückgang der Hauslieferungen blieben nur Bluebird Automotive, Smith Electric Vehicles und Electricar Limited übrig. Smith Electric Vehicles ist (2008) der größte Hersteller von Liefer- und Lastkraftwagen mit Elektroantrieb.

In einigen wenigen Tourismusregionen, (beispielsweise im schweizerischen Zermatt seit 1931) beherrschen Elektroautos zeitweise den gesamten Verkehr.

Renaissance (1990–2003)

General Motors EV1 (1996–1999), der in dem Dokumentarfilm Who Killed the Electric Car? verewigt wurde

Twike, 2007

Bestrebungen, Elektromotoren im Automobilbau für den Antrieb einzusetzen, wurden verstärkt nach der durch den Golfkrieg ausgelösten Ölkrise der 1990er Jahre und dem wachsenden Umweltbewusstsein in Angriff genommen. Vor allem die von der CARB ausgearbeitete und 1990 in Kalifornien als Gesetz verabschiedete Regelung, stufenweise emissionsfreie Fahrzeuge anbieten zu müssen, zwang die Automobilindustrie zu Produktentwicklungen.

Dies führte nicht nur zu neuen Akkumulatortypen, die die Bleiakkumulatoren als Traktionsbatterie ablösen konnten, sondern auch zur Entwicklung einer Vielzahl von Elektroautos, die später nur teilweise auch auf dem Automarkt angeboten wurden. Beispiele sind der BMW E1 oder die Mercedes A-Klasse. Schon 1992 war es möglich, mit einem Elektroauto, dem Konzeptfahrzeug Horlacher Sport I, mit einer einzigen Batterieladung 547 Kilometer weit zu fahren (mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 55,4 Kilometern pro Stunde).

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 (siehe auch Who Killed the Electric Car?). Toyota baute etwa 1500 Stück des vollelektrischen Geländewagens RAV4 EV. Nissan baute etwa 220 Stück Nissan Hypermini, Honda den Honda EV Plus. Die Produktion der meisten Elektroautos wurde nach Lockerung der CARB-Gesetzgebung eingestellt und die Auslieferungen gestoppt. Nach Behauptung der jeweiligen Hersteller erfolgte dies aus „mangelnder Nachfrage“ oder wegen „nicht zu gewährleistender Ersatzteilversorgung“. Im Widerspruch dazu steht das Angebot von Umweltschutzorganisationen und -aktivisten, große Auflagen abzunehmen. Da die Fahrzeuge den Endabnehmern ausschließlich auf Leasing-Basis überlassen wurden, konnten die Hersteller einer Vertragsverlängerung widersprechen und die noch voll funktionstüchtigen Wagen – teilweise zwangsweise – einziehen und verschrotten lassen. Während beispielsweise neu produzierte Honda EV Plus direkt nach der Produktion wieder verschrottet wurden und von den GM EV1 nur wenige Einzelexemplare der Verschrottung entgingen, konnte die Verschrottung der meisten Toyota RAV4 EV durch Bürgerinitiativen wie Don’t Crush! verhindert werden.

In Europa wurde von 1994 bis 2012 der CityEL vom Vorläufer der Smiles AG in Aub bei Würzburg produziert. Das Fahrzeug war schon 1987 entworfen worden und erste Modelle des Vorläufers MiniEL waren in Dänemark produziert worden. Seit ungefähr derselben Zeit wird das Twike hergestellt, das ursprünglich in der Schweiz entwickelt und produziert wurde und heute in Rosenthal bei Marburg in Deutschland hergestellt wird. Das Elektrofahrzeug SAM ist ursprünglich ein Entwicklungsprojekt einer Schweizer Fachhochschule und wurde zuerst mit Bleiakkumulatoren verkauft. Es erfolgt später eine Überarbeitung mit Lithiumbatterien. Heute wird das Fahrzeug in Polen produziert.

PSA Peugeot Citroën produzierte zwischen 1995 und 2005 etwa 10.000 elektrisch angetriebene Automobile (Saxo, Berlingo, 106, Partner), die nur in Frankreich, den BeNeLux und England angeboten wurden.

Entwicklungen seit 2003

Tesla Roadster, 2008–2012

Oberklasse-Wagen Tesla Model S, ab Mitte 2012

BMW i3, ab 2013, optional als Plug-in-Hybrid (mit Range Extender-Verbrennungsmotor)

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

2006 wurde der Sportwagen Tesla Roadster vorgestellt, der mit ca. 350 km Reichweite und seinen Fahrleistungen die aktuellen technischen Möglichkeiten aufzeigte.

Ab 2007 kündigten viele etablierte Hersteller Neuentwicklungen an (siehe auch Liste von Elektroauto-Prototypen).

2009 startete der Mitsubishi i-MiEV als erstes Elektroauto in Großserie.

Opel Ampera

2009 geriet General Motors wie auch andere Autohersteller in finanzielle Probleme und kündigte an, ab 2010 Plug-in-Hybridautos zu fertigen. Als Ergebnis dieser Entwicklung wurde das Mischhybridauto Chevrolet Volt ab Dezember 2010 auf dem US-amerikanischen Markt erhältlich; dessen Deutschland-Variante Opel Ampera erregte erhebliche Medienresonanz.

2010 kam der Nissan Leaf auf den Markt, der in den nächsten Jahren sich weltweit an die Spitze der Verkaufsstatistik für Elektroautos setzte (Stand: 04/2015).

Mitte 2012 kam der Tesla Model S als erstes Oberklassen-Elektroauto auf den Markt. Die Reichweite beträgt je nach Modell bis zu 500 km (NEFZ) uns stellte mit Abstand einen neuen Rekord bei Elektroserienfahrzeugen dar. Sie liegt im Bereich der Reichweite von Autos mit Verbrennungsmotor. Der Tesla Model S ist das sicherste Auto, welches bis 2013 von der National Highway Traffic Safety Administration getestet wurde. Das Aufladen der Akkus auf 80 % konnte innerhalb von 30 Minuten erfolgen.

Kleinwagen Renault ZOE

Ende 2012 kam der Renault ZOE als erstes Kleinwagen-Serienfahrzeug mit Lithiumbatterien eines großen europäischen Herstellers auf den Markt. Ein Jahr zuvor hatte Renault mit dem Twizy ein Mietakkusystem eingeführt, dass auch beim ZOE zur Anwendung kommt.

Seit November 2013 ist der VW E-up! und der BMW i3 im Verkauf, womit diese beiden Konzerne in den Markt einstiegen. Ebenso stellten Kia Soul EV (2013) und Ford Focus Electric (2013) den Einstieg der beiden großen Automobilhersteller Kia und Ford in den Elektroautomarkt dar.

Bis Januar 2014 waren weltweit bereits mehr als 100.000 Nissan Leaf verkauft. Im gleichen Jahr veröffentlichte Google seine Ambitionen, in den Automobilmarkt einzusteigen. Ziel ist es elektrisch angetriebene fahrerlose Fahrzeuge (Google Driverless Car) zu entwickeln. Ein Prototyp wurde ebenfalls 2014 vorgestellt.

2014 nahm mit der Formel E eine international ausgetragene Rundstrecken-Rennserie den Rennbetrieb auf.

Die Europäische Union verschärft weiter die Gesetzgebung für den CO₂-Ausstoß von Kraftfahrzeugen. Diese Berechnung erfolgt anhand des Flottenverbrauchs der Automobilhersteller. Für Elektroautos wurden so genannte Super Credits ausgehandelt. Somit senkt der Verkauf eines Elektroautos den gesamten Flottenverbrauch überproportional. Ähnliche Effekte treten auch in der US-Klimapolitik auf, siehe Corporate Average Fuel Economy.

VW e-Golf

Seit 2014 ist auch der VW e-Golf als Elektroversion eines der meistverkauften Automodelle verfügbar. Die Mercedes-Benz B-Klasse ist seit November 2014 als Elektroversion verfügbar und stellt den Einstieg in den aktuellen Elektroautomarkt der Marke dar.

Umweltbilanz

Ladestation mit Solarzellen (Kalifornien; Station gebaut von SolarCity im Auftrag von Tesla; tankend ein Tesla Model S).

Die Umweltbilanz von Automobilen wird oft nur auf deren Energie- / Kraftstoffverbrauch „Tank-to-Wheel“ und Emissionen von Schadstoffen oder klimaschädigenden Gasen bezogen. Teil dieser Bilanz sind jedoch u. a. auch der Herstellungs- und Entsorgungsaufwand für das Fahrzeug, der Aufwand zur Bereitstellung der Antriebsenergie und die Lärmemissionen. Vergleiche von Kraftfahrzeugen unter ökologischen Gesichtspunkten müssen daher eine vollständige Lebenszyklusanalyse (life cycle assessment, "LCA") nutzen, wobei ggf. auch eine gegenüber dem LCA-Ansatz vereinfachte Well-to-Wheel-Betrachtung für Entscheidungen ausreichend ist.

Trotz höheren Energieaufwandes für die Herstellung der Batterien schneiden Elektroautos bei einer Betrachtung des gesamten Lebenszyklus sowohl beim Energieverbrauch als auch beim Treibhausgasausstoß besser ab als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Nur unter der Annahme, dass ausschließlich Strom aus Kohlekraftwerken zum Betreiben des Elektrofahrzeuges verwendet wird und die Batterien zugleich in einer technologisch wenig fortschrittlichen Fabrik hergestellt werden, liegt die Treibhausgasbilanz von Elektroautos höher als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Bei Nutzung des durchschnittlichen europäischen Strommix soßen batterieelektrische Fahrzeuge je nach nach verwendetem Ansatz (vereinfachte Well-to-Wheel-Betrachtung oder vollständige Produktlebenszyklusanalyse) 44 bis 56 % bzw. 31 bis 46 % weniger CO2 aus als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren.

Die Beratungsgesellschaft Automotive Science Group (ASG) aus Santa Rosa (Kalifornien) bewertet jährlich mittels 45 Kennzahlen, wie umweltfreundlich, sozialverträglich und kostengünstig die in den USA angebotenen Automodelle sind. Berücksichtigt werden bei der Bewertung Herstellung, Nutzung und Entsorgung. In der Rangliste für das Jahr 2014 ist der Toyota Prius+ der Gesamtsieger – ein Hybridfahrzeug: Der Verbrennungsmotor wird von einem kleinen Akku zur Rekuperation und für Kurzstrecken (bis 2 km rein elektrisch) unterstützt. Toyota gibt für den Prius+ offiziell einen kombinierten Verbrauch von 4,1 l/100 km an.

In der Gruppe der Kompaktwagen ist die Elektroversion des Ford Focus am kostengünstigsten, am umweltfreundlichsten und am sozialverträglichsten und damit Gesamtsieger. In der Gruppe der mittelgroßen Fahrzeuge ist Nissan Leaf der Gesamtsieger und zugleich das umweltfreundlichste Auto. In der Gruppe der oberen Mittelklasse ist das Tesla Model S das umweltfreundlichste Auto.

Mercedes-Benz vergleicht in seiner „Life cycle“-Umweltzertifikatsdokumentation sehr umfangreich die B-Klasse in Elektro- und Verbrennungsmotorausführung über den gesamten Lebenszyklus. Auch das deutsche Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg (IFEU) untersuchte die Klimabilanz von Elektrofahrzeugen. Die Ergebnisse wurden unter UMBReLA – Umweltbilanzen Elektromobilität – veröffentlicht.

Direkte Fahrzeugemissionen

Reine Elektroautos sind emissionsfreie Fahrzeuge. Sie stoßen keine Abgase aus und werden dadurch in der jeweils höchsten aktuell gültigen CO₂-Effizienzklasse eingeordnet. Diese Bewertung sagt jedoch nichts über den absoluten CO₂-Ausstoß aus, sondern vergleicht die Fahrzeuge abhängig vom Gewicht. Sie dürfen uneingeschränkt in deutschen Umweltzonen verkehren. Sie erfüllen ebenfalls die „zero emission“-Vorschriften, die in Kalifornien seit 1990 zur Luftreinhaltung gelten.

Beim Verkehrslärm lassen sich Lärmminderungen erreichen. Elektromotoren sind zumeist sehr leise, da sie keine lauten explosionsartigen Verbrennungen zur mechanischen Energieerzeugung nutzen und das Aufheulen der Maschinen beim Anlassen sowie Einsatz einer Stopp-Start-Automatik und dem Anfahren nahezu entfällt. Motorlärmreduzierungen machen sich vor allem bei Lastkraftwagen und motorbetriebenen Zweirädern bemerkbar. Die bei höheren Geschwindigkeiten dominierenden Reifen-Fahrbahn-Geräusche entsprechen dagegen denen üblicher Antriebe. Etwa 50 % der Bevölkerung sind derart durch Verkehrslärm beeinträchtigt, dass Schäden an Körper und Psyche zu befürchten sind. 15 % sind sogar gefährdet, Herz-Kreislaufprobleme davonzutragen. Da Elektroautos im Geschwindigkeitsbereich bis etwa 40 km/h von anderen Fahrzeugen übertönt werden und daher von Verkehrsteilnehmern wie Kindern, Radfahrern und sehbehinderten Fußgängern schlechter akustisch wahrgenommen werden können, haben Fahrzeughersteller begonnen, serienmäßig Geräte zur geschwindigkeitsabhängigen Abgabe von Warngeräuschen einzubauen. Nach Japan und den USA ist nun auch in der EU eine gesetzliche Verpflichtung zur Ausstattung mit solchen akustischen Warnsystemen gesetzlich vorgesehen.

Feinstaub-Emissionen entstehen bei Elektroautos nur im geringen Umfang durch Reifenabrieb und Bremsvorgänge. Letztere werden noch zusätzlich durch Energie-Rückgewinnungs-Systeme verringert. Das größte Vermeidungspotenzial bietet sich jedoch durch die fehlenden Abgase der Verbrennungsmotoren, die zu schweren Atemwegserkrankungen führen können.

Elektrofahrzeuge verlagern je nach Primärenergieeinsatz Emissionen für ihren Betrieb vom Fahrzeug weg zu den Kraftwerken, in denen der Strom für ihren Betrieb produziert wird. Diese lassen sich reduzieren, wenn emissionsfreie Primärenergien beispielsweise aus dem regenerativen Bereich eingesetzt werden. Bei Verbrennungsmotoren fallen nach einer Shell-Studie 15-20% der CO₂-Emission im Bereich Herstellung und Bereitstellung von Kraftstoffen an.

Energieverbrauch Quelle-Rad (well-to-wheel)

VW e-Golf auf einer Messe 2013

(Eine Betrachtung nur auf die Fahrzeugtechnik bezogen (tank-to-wheel) erfolgt im Abschnitt Verbrauch und Wirkungsgrad.)

Neuere externe Untersuchungen kommen zu dem Schluss, dass sich die Herkunft des Stroms, mit dem die Batterien geladen werden, zu mehr als zwei Dritteln in der Ökorechnung niederschlägt.

Als Basisangabe wird der Energiebedarf in kWh/100 km verwendet, der in einem genormten Fahrzyklus ermittelt wird (in Europa der NEFZ). Er bildet den Energieverbrauch zwischen Steckdose und Rad (Tank-to-Wheel) ab. Um den Wirkungsgrad des Gesamtsystems „Auto“ (Well-to-Wheel) zu ermitteln, müssen auch die vorgelagerten Verluste bei Stromerzeugung, -wandlung und -übertragung betrachtet werden. Die Wirkungsgrade der traditionellen Stromkraftwerke sind in Bezug auf den Primärenergieeinsatz stark verschieden. Sie liegen je nach Kraftwerkstyp zwischen 35 % (Braunkohlekraftwerk) und 60 % (GuD-Kraftwerk). Außerdem zu berücksichtigen sind Transformations- und Leitungsverluste im Stromnetz. Daher liegt der Primärenergieverbrauch eines Elektroautos beim Laden am öffentlichen Stromnetz (Strommix) höher als der Stromverbrauch „ab Steckdose“. Diese Gesamtbetrachtung wird in einem Primärenergiefaktor ausgedrückt, der mit dem reinen Fahrzeugverbrauch multipliziert wird. Die Ermittlung dieses Faktors kann durch verschiedene Betrachtungsgrenzen, Zeiträume, Berechnungsgrundlagen und dynamische Entwicklungen im Energiemarkt sehr unterschiedlich ausfallen, was vor allem beim Vergleich verschiedener Systeme relevant wird.

Seit 1. Mai 2014 wird für die Stromerzeugung in Deutschland gemäß Energieeinsparverordnung (EnEV) ein Primärenergiefaktor von 2,4 angesetzt. Seit 2009 lag er bei 2,6 Durch den Umbau der Stromversorgung im Zuge der Energiewende ändert sich der Primärenergieeinsatz weiterhin. Zum 1. Januar 2016 wird der Faktor daher auf 1,8 gesenkt. Bei lokalen Betrachtungen, speziellen Stromtarifen und in anderen Ländern gelten entsprechend dem verwendeten Strommix andere Werte.

Berücksichtigt man die Verluste bei Gewinnung, Raffinierung, Erkundung, Bohrung und Transport/Bereitstellung der fossilen Kraftstoffe (Well-to-Tank), so ergibt sich nach einer Schweizer Studie aus 2008 die Wirkungsgrade für die Bereitstellung von Benzin 77,5 %, Diesel 82 %, Erdgas 85 % (Primärenergiefaktoren von 1,29/1,22/1,17). Die deutsche Energiesparverordnung gibt den Wert 1,1 an. Zu diesen Bereitstellungsverlusten kommen noch bauartbedingte Verluste im Fahrzeug selbst (Tank-to-Wheel) hinzu. Diese sind bei Verbennungsmotorantrieben aufgrund des schlechten Wirkungsgrades (bei idealem Betrieb des Ottomotors liegt der Motorwirkungsgrad bei 36 %), der ineffizienten Kaltstartphase, sowie des Teillastbetriebs sehr viel höher als bei Elektroantrieben. Rechnet man den direkten Kraftstoffverbrauch in kWh/100 km um, so ergeben sich sehr viel höhere Werte als bei Elektrofahrzeugen.

Auch Brennstoffzellenfahrzeuge besitzen einen geringeren Gesamtwirkungsgrad als reine Elektrofahrzeuge. Diese benötigen Wasserstoffspeicher und eine Pufferbatterie. Sowohl die Gewinnung des Wasserstoffes (derzeit größtenteils aus fossilem Erdgas) als auch die Speicherung (bis 700 bar Kompression oder Verflüssigung bis ca. −253 °C) ist sehr energieaufwendig. Wird der Wasserstoff aus regenerativen Energien wie Windkraft, Wasserkraft oder Solarenergie durch Elektrolyse erzeugt, so betragen die addierten Verluste aus Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse und Kompression auf 700 bar 35 %. Zusammen mit dem Stromerzeugungswirkungsgrad der Brennstoffzelle von etwa 60 % ergeben sich Verluste von etwa 61 % auf dem Weg vom Stromerzeuger bis zum Antriebsmotor im Fahrzeug. Für denselben Weg betragen die Lade- und Entladeverluste eines Lithim-Ionen-Akkumulators lediglich 10 bis 20 % Ein Großteil der Lade- und Entladeverluste fällt auch bei einem Brennstoffzellenfahrzeug aufgrund der Notwendigkeit einer Pufferbatterie an. Die Energieverluste eines Brennstoffzellenfahrzeugs sind deshalb höher als die eines rein batteriebetriebenen Elektroautos. Aus diesen Gründen sind die Energiekosten eines reinen Batterie-Elektrofahrzeugs stets deutlich geringer als bei einem Brennstoffzellenfahrzeug, bei dem die Wasserstofferzeugung über elektrischen Strom (Elektrolyse) erfolgt.

CO₂-Bilanz

Ford Focus Electric

CO₂-Emissionen entstehen beim Elektroauto nicht im Fahrzeug, sondern können je nach Stromerzeugungsart im Kraftwerk anfallen. Bei der Angabe des Kohlendioxidausstoßes muss daher immer der verwendete Strommix berücksichtigt bzw. angegeben werden. Ebenso, wie beim Energieverbrauch sind auch hier, speziell beim Vergleich verschiedener Fahrzeuge, sehr genau die Betrachtungsgrenzen zu beachten. Werden Fahrzeuge mit verschiedenen Antriebsformen verglichen, so erfolgt dies oft in einem well-to-wheel-Rahmen, was die Einbeziehung von Primärenergiefaktoren notwendig macht. Diese können ja nach Betrachtungsjahr, Ermittlungsverfahren, Stromanbieter, Land und weiteren Faktoren schwanken und ändern sich durch Veränderungen im Strommarkt zum Teil auch sehr dynamisch. Verschiedene Normen und Institutionen arbeiten mit unterschiedlichen Faktoren und nutzen abweichende Berechnungsverfahren.

Das Öko-Institut in Freiburg hat im Auftrag des Bundesumweltministeriums in dem mehrjährigen Projekt OPTUM 2011 einen Abschlussbericht erarbeitet. Anfang 2012 wurden, ausgehend von einem Bericht in der taz unter der Schlagzeile Die Ökolüge vom E-Auto, die Aussagen der Studie zeitgleich in vielen Pressemedien falsch wiedergegeben und der Umweltnutzen der Elektroautos in Frage gestellt. Gegen das Infragestellen der Umweltvorteile der Elektromobilität hat das Öko-Institut mit seiner Pressemitteilung Elektromobilität: taz auf Boulevard-Kurs? eindeutig Stellung bezogen.

Zwar würde der Umbau der Infrastruktur CO₂-Emissionen mit sich bringen, doch würde die langfristige Nutzung von Elektroautos zur Verminderung des Treibhauseffekts beitragen. In der Schweiz durchgeführte Untersuchungen der gesamten Ökobilanz bestätigen die Aussage, dass lediglich bei Betrieb mit reinem Kohlestrom die Umweltbilanz der Elektroautos schlechter als die von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor ausfallen kann. Dabei wird noch mehrmals darauf hingewiesen, dass die Vergleichsrechnung für moderne Lithium-Ionen-Akkumulatoren nicht abschließend betrachtet werden konnte. Vor allem verbesserte Produktionsverfahren verringern den Herstellungsaufwand deutlich und verbessern die Ökobilanz der Elektroautos weiter.

Herstellaufwand und Entsorgung/Recycling

Nach einer Studie des Instituts für Energie- und Umwelttechnik schlägt sich in der Ökobilanz des Elektrofahrzeugs zu knapp einem Drittel der zusätzliche Materialbedarf insbesondere für die Batterien nieder. Zur dessen Gewinnung müssten Materialmengen bewegt werden, deren Abbau ein massiver Eingriff in die Natur wäre. Die Produktion eines Plug-in-Hybrids verschlinge doppelt so viel Wasser, verursache deutlich mehr Feinstaubemissionen und bewirke eine stärkere Versauerung der Böden. Sie habe auf das Klima Auswirkungen, wie sie etwa neun Tonnen Kohlendioxid entspräche – gegenüber etwa sechs Tonnen an Treibhausgasen für ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor.

Gebrauchte Akkumulatoren aus Elektrofahrzeugen, die noch voll funktionsfähig sind, jedoch nicht mehr ihre volle Leistungsfähigkeit besitzen, werden als kostengünstige Stromspeicher beispielsweise für die Industrie oder Einfamilienhäuser mit Photovoltaikanlagen gesehen. Die Massenproduktionverfahren der Automobilhersteller mit ihrem Kostensenkungsdruck und -potential können so auch andere Bereiche der Energiewirtschaft beeinflussen. Der zunehmende Einsatz von schlecht recyclebaren Kunststoffen und Kunststoffmischungen hingegen ist ein allgemeiner Trend im Fahrzeugbau.

Marktentwicklung

Aktuell am Markt verfügbare Elektrofahrzeuge sind unter Liste von Elektroautos in Serienproduktion zu finden.

Elektroautos führen im Allgemeinen Straßenverkehr ein Nischendasein. Im Jahr 2013 fuhren 40 % aller Elektroautos weltweit auf US-amerikanischen Straßen, ein Viertel des Marktes entfiel auf Japan. Einige Staaten wie Frankreich oder die USA subventionieren Elektroautos mit mehreren tausend Euro pro Wagen. Im Dezember 2013 waren in Norwegen 11 Prozent aller verkauften Neuwagen Elektroautos und in den Niederlanden 23,8 Prozent aller verkauften Neuwagen Elektroautos.

In verschiedenen Studien wird eine ähnliche Entwicklung vorausgesehen wie bei Digitalkameras, welche Analogkameras ablösten, oder wie bei Flachbildschirmen, welche Röhrenmonitore bzw. Röhrenfernseher ablösten usw., ein sog. tipping point. Der Vorstandsvorsitzende von VW, Martin Winterkorn, sah 2008 im Elektroauto die Zukunft der Automobilindustrie unter der Voraussetzung, dass genug Strom zur Verfügung stehe. Der prognostizierte Marktanteil bei VW für 2020 wird auf 2 bis 3 % geschätzt.^[veraltet] Auch Daimler-Entwicklungsvorstand Thomas Weber meinte 2008, dass der Elektroantrieb die Zukunftstechnologie sei. In einer Studie von 2011 stellte das Beratungsunternehmen McKinsey grafisch dar, welcher Fahrzeugtyp bei welchem Benzinpreis bzw. Akkupreis jeweils am wirtschaftlichsten ist. Demnach wäre bei einem Kraftstoffpreis von über 1 USD pro Liter und einem Akkupreis unter 300 USD pro kWh das batterieelektrische Auto am wirtschaftlichsten. Tatsächlich lag mit Stand November 2013 der Kraftstoffpreis in vielen Ländern über 1 USD pro Liter und der Akkupreis unterhalb von 200 USD pro kWh.

Deutschland

Elektroauto- und Plug-in-hybrid Absatz in Deutschland zwischen 2010 und 2014

Deutschland kann auf eine langjährige Tradition im Elektro-Automobilbau zurückblicken. Vor über 100 Jahren gab es in Deutschland ca. 30 Automobilfirmen, die Elektroautos produzierten. Nur zwei Jahre nach „125 Jahre Automobil“ konnte Deutschland 2013 „125 Jahre deutsches Elektroauto“ feiern.

Neben den großen deutschen Marken: BMW, Ford, Mercedes, Smart und VW haben auch mittelständische Unternehmen, wie StreetScooter oder Jetcar Elektrofahrzeuge entwickelt. Daneben rüsten einige Firmen auch Fahrzeuge um. Eine Übersicht über am Markt befindliche Elektrofahrzeuge findet sich in der Liste von Elektroautos in Serienproduktion. Bei verschiedenen Verkehrsbetrieben laufen Batteriebusse im Probebetrieb.

Am 1. Januar 2014 waren in Deutschland laut Kraftfahrt-Bundesamt 12.156 Elektro-Pkw angemeldet. Ihr Anteil am Pkw-Bestand betrug somit ca. 0,028 %. Im Jahr 2014 wurden 8.522 Elektro-Pkw neu zugelassen. Ihr Anteil an den Pkw-Neuzulassungen betrug somit ca. 0,205 %. Im Jahr 2014 wurden 3.443 Elektro-Pkw außer Betrieb gesetzt. Am 1. Januar 2015 waren 18.948 Elektro-Pkw angemeldet. Dies entspricht einem Anteil von ca. 0,043 % am Pkw-Bestand. Leichtfahrzeuge und zulassungstechnisch den Motorrädern zugeordnete Fahrzeuge, wie beispielsweise der Renault Twizy, werden in diesen Statistiken nicht berücksichtigt.

Nach dem Willen der Bundesregierung sollen bis zum Jahr 2020 in Deutschland eine Million Elektroautos fahren. Elektrofahrzeug mit Erstzulassung vor dem 1. Januar 2016 werden für 10 Jahre von der Kraftfahrzeugsteuer befreit. Ab Jahresbeginn 2016 sinkt dieser Zeitraum auf 5 Jahre, danach gilt ein ermäßigter Steuersatz. Da die Markteinführung nur schleppend verläuft, schuf die Politik Regelungen, die es den Gemeinden erlauben Elektromobilität u.a. durch privilegierte Parkplätze und Öffnung von Busspuren zu fördern. Der Anteil deutscher Autofahrer, die von freigegebenen Busspuren profitieren können, dürfte jedoch eher gering ausfallen. Außerdem wird damit der Zweck der Busspuren konterkariert, und somit dieses Ansinnen als wenig nachhaltiger politischer Aktivismus kritisiert.

Bei der Ladeinfrastruktur standen Anfang März 2015 über 4000 öffentlich zugängliche Stromtankstellen zur Verfügung. Diese Ladestationen befinden sich jedoch überwiegend in Ballungsgebieten und größeren Städten. Private Ladepunkte in Garagen und auf Grundstücken sind in diesen Zahlen nicht enthalten. Über die Ladesäulenverordnung, die seit dem 9. Januar 2015 als Entwurf vorliegt, soll das Steckersystem Typ 2/Combo2 (CCS) als Standardstecker eingeführt werden. Die Errichtung von Schnellladesäulen wird zum Teil gefördert.

Das Institut für Verkehrsforschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat im Jahr 2014 eine Studie durchgeführt über Besitzer von Elektroautos in Deutschland und deren Nutzerverhalten. Die meisten Käufer sind gut gebildet, männlich, mit höherem Einkommen und im Durchschnitt 51 Jahre alt. Nur etwa 22 Prozent der Käufer leben in größeren Städten, der Rest in kleineren Städten und auf dem Land, was überrascht, weil bislang das Elektroauto wegen der geringen Reichweite als Stadtfahrzeug gesehen wurde. 80 Prozent der Befragten nutzen das Elektroauto als Zweitwagen. Dabei wurde meist das bisherige Zweitauto durch ein Elektroauto ersetzt. Die Fahrzeuge legen im Durchschnitt jeden Werktag 43 km zurück; im Jahr werden sie durchschnittlich 10.300 km gefahren im Vergleich zu 15.400 km pro Jahr bei einem Auto mit Verbrennungsmotor. Die Elektroautos werden von den Haltern ähnlich wie die Autos mit Verbrennungsmotor eingesetzt, jedoch greifen für Ausflüge, Urlaub und längere Strecken die meisten auf ein Verbrennungsauto zurück. Hauptmotivation für den Kauf eines Elektroautos seien günstigere Energiekosten und Fahrspaß sowie Interesse an innovativer Fahrzeugtechnologie und die Reduzierung der Umweltbelastung. Das Elektroauto wird hauptsächlich im Alltag eingesetzt. Die Meisten laden ihr Fahrzeug täglich am Wohnort auf. Etwa 36 Prozent laden auch am Arbeitsplatz auf. Lademöglichkeiten im öffentlichen Raum spielen kaum eine Rolle. 84 Prozent der Halter würden die Nutzung eines Elektroautos weiterempfehlen. Die Mehrheit der gewerblichen Nutzer plant den Kauf weiterer Elektrofahrzeuge. „Deswegen bildeten die Befragten (die sogenannten Early Adopter) einen soliden Ausgangspunkt zur weiteren Verbreitung von Elektrofahrzeugen“, so die Forscher.

China

Absatz von Elektroautos und Plug-in-Hybrid-Autos (new energy vehicles) in China zwischen 2011 und 2014

Elektrotaxi in Shenzhen (BYD e6)

Wie die New York Times Anfang 2009 meldete, hat die chinesische Regierung einen Plan angenommen, der China binnen drei Jahren zum Weltmarktführer in der Produktion von teilweise und gänzlich mit Elektroenergie betriebenen Kraftfahrzeugen machen soll. Führend sind in China dabei die Unternehmen BYD (Shenzhen) mit den Modellen e6, F3DM (Dualmodus) und dem Nachfolgemodell Qin sowie Geely (Hangzhou) mit dem Elektro-Modell Panda. In Hongkong wurde 2009 das Elektroauto MyCar vorgestellt, das von der EuAuto Technology Limited zusammen mit der Hongkong Polytec University entwickelt wurde. Das ebenso zur Hongkonger Mei Lun Group gehörende Unternehmen Bente produziert mehrere Elektroautos in der Provinz Anhui.

In China hat die Regierung im Jahr 2008 eine Kampagne unter dem Motto „Zehn Städte, Eintausend Fahrzeuge“ gestartet. Mit dem Plan einer Inbetriebnahme von 1000 Fahrzeugen jedes Jahr in mindestens zehn Städten sollen die Menschen zum Kauf von Elektroautos angeregt werden. Am 17. Mai 2010 wurden die ersten 30 Elektroautos vom Typ e6 von BYD als Taxis in Shenzhen in Betrieb genommen. Bis zum Jahresende sollte die Anzahl auf 100 erhöht werden.

Während der Expo 2010 wurden für den Verkehr auf dem Expo-Gelände 120 Elektrobusse von Volvo sowie 100 kleinere Elektro-Spezialfahrzeuge NAC der Nanjing Automobile Group mit 4–11 Sitzen eingesetzt. Der Ladevorgang an der Hauptladestelle dauerte bei den Bussen 8 Stunden, womit eine Reichweite von 100 Kilometern erreicht wurde. Ferner war der Austausch der Akkus möglich. An den Haltestellen in der Expo-Avenue war ein kurzzeitiges Aufladen bis zu 5 Minuten möglich.

Für den Kauf eines Elektroautos wird ab September 2014 bis 2017 keine Mehrwertsteuer seitens des chinesischen Staates berechnet. Eine Kaufprämie von bis zu 10.000 Dollar wird gewährt.

• 
  BYDs Elektroauto e6 auf der High-Tech-Fair in Shenzhen, November 2009
• 
  Geelys Elektroauto Panda 2009
• 
  Hongkonger Elektroauto MyCar 2009
• 
  E-Car Polizeivehikel in Suzhou 2011

Vereinigte Staaten

Absatz von Elektroautos und Plug-in-Hybrid-Autos (new energy vehicles) in den USA zwischen 2010 und 2014

Im Jahr 2011 waren in Texas und Kalifornien zehn E-Busse im Betrieb. „Nähert sich ein Bus einer Ladestation, übernimmt diese mittels drahtloser Kommunikation die Kontrolle über das Fahrzeug und stoppt es, wenn es sich genau unter dem Ladebügel befindet. Auf diese Weise kann das Nachladen auch direkt an ausgewählten Haltestellen erfolgen, während Passagiere aus- und einsteigen.“

In den USA gibt es nicht nur finanzielle Unterstützung für den Kauf eines Elektroauto, mit der Firma Tesla Motors ist in Palo Alto, Kalifornien, auch der einzige Hersteller ansässig, der ausschließlich Elektroautos in Großserie herstellt und verkauft.

Norwegen

Absatz von Elektroautos in Norwegen zwischen 2011 und 2014

In Norwegen waren 2013 neun Prozent aller Neuwagen Elektroautos. Die norwegische Regierungen hat eine Reihe von staatlichen Vergünstigungen und finanziellen Anreizen geschaffen, unter anderem deutliche Steuervorteile bei der Anschaffung, so dass Elektroautos zum Teil preiswerter sind, als Verbrennungsmotorfahrzeuge. Im Februar 2015 waren 21 Prozent aller Neuwagen Elektroautos.

Fahrzeugtechnik

Antriebssatz wie er in den 10.000 Elektroautos der PSA verwendet wurde

Elektroautos unterscheiden sich grundsätzlich von herkömmlichen Fahrzeugen, was Antriebsaggregate und Energiespeicher betrifft. Die Unterschiede betreffen jedoch auch andere Komponenten in weitreichendem Maße. Im Unterschied zur Verbrennungskraftmaschine werden die Hilfsaggregate eigenständig elektrisch betrieben und nicht über einen mechanischen Abtrieb vom Hauptmotor. Dieser läuft nur wenn das Fahrzeug bewegt wird und dient ausschließlich dem Vortrieb, bzw. der Rekuperation.

Ein weiterer wesentlicher Punkt betrifft die Anordnung der Komponenten, das so genannte Platznutzungskonzept („Packaging“). Beim Fahrzeugaufbau mit Verbrennungsmotor sind viele Komponenten um den Hauptantrieb herum angeordnet, während beim Elektroauto die Komponenten sehr viel dezentraler montiert werden können. Auch unterscheiden sich wesentliche Komponenten 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 wesentliche Unterschiede für die Fahrzeugtechnik:

• aerodynamischere Frontpartie dank kleinerer Lufteinlässe für Kühler möglich
• Platz für eine Crash-freundliche Ausgestaltung des Vorderwagens (Raum für Verstrebungen und Kontakt-Platten)
• tieferer Schwerpunkt durch schweres Akkusystem im Unterboden
• keine Kardantunnel bei Hinterradantrieb nötig, da der Motor nicht vorne sein muss (allerdings wird der Akku in nicht wenigen Modellen gerade dorthin platziert.)
• Wegen fehlender Abwärme muss das Fahrzeug besser isoliert bzw. Wärme aus der Abluft zurückgewonnen werden, um die Reichweite durch eine elektrische Beheizung nicht zu stark zu verringern. Ein komplexes Wärmemanagement – auch um Überhitzung im Sommer zu vermeiden – scheint nötig zu sein.
• die Elektrifizierung der Aggregate (Bremsen, Lenkung) erleichtert es, einen automatischen Betrieb bzw. Assistenzlösungen zu verwirklichen, die überdies auch noch schneller reagieren.
• Elektromotoren benötigen keinen Ölwechsel.

Die meisten straßenzugelassenen Elektrofahrzeuge besitzen neben dem großen Traktionsakku noch einen weiteren kleinen Akku, meist einen Bleiakku auf 12 Volt-Basis. Dieser Akku wird über den Traktionsakku geladen. Er versorgt einen Teil der Bordelektronik, vor allem aber die Fahrzeugbeleuchtung, speziell die Warnblinkanlage, mit Energie, auch in dem Fall, wenn der Traktionsakku deaktiviert wurde (Akku leer, Unfall etc.).

Antrieb inklusive Steuerungs- und Regelungselektronik

Antrieb des BMW i3

Elektromotoren stellen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren ihre Nennleistung über einen weiten Drehzahlbereich stufenlos zur Verfügung. Sie laufen selbstständig unter Last mit sehr hohen Drehmomenten an. Der Verlauf des Drehmoments wird in der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie des jeweiligen Elektromotortyps beziehungsweise der Antriebseinheit aus Elektromotor und Regelungs- und Leistungselektronik-Einheit abgebildet.

Die Kopplung der Elektromotoren an die Räder kann

• direkt mit Radnabenmotoren geschehen
• oder mit einem oder mehreren Motoren über Untersetzungsgetriebe und Antriebswellen
• und/oder über ein Schaltgetriebe (mehrere Gänge), und/oder mit Kfz-Schaltkupplung (vor allem bei Umrüstungen).

Durch den großen nutzbaren Drehzahlbereich wird bei den vielen E-Fahrzeugen kein schaltbares Getriebe oder eine Kupplung benötigt, jedoch sind oft Untersetzungsgetriebe verbaut. Elektromotoren können in beiden Richtungen laufen und benötigen daher keinen gesonderten Rückwärtsgang. Zum Teil werden insbesondere unter Last schaltbare Zwei-Gang-Getriebe für eine optimale Drehmomentübertragung, insbesondere bei Fahrzeugen mittleren und größeren Gewichts (ab etwa 700 Kilogramm aufwärts), durchaus in Betracht gezogen. Elektromotoren sind einfacher aufgebaut und besitzen erheblich weniger bewegliche Teile als Verbrennungsmotoren. Sie werden meist luftgekühlt, in einigen Fällen kommt auch Wasserkühlung zur Anwendung.

Für das Aufladen wird im Fahrzeug die entsprechende Ladelektronik mitgeführt. Teile davon können aber auch Bestandteil von fest installierten Ladestationen (Wandladestationen oder Ladesäulen) sein.

Als Antrieb für Elektroautos kommen verschiedene Antriebstypen in Frage.

Umrichtergeführter Synchronmotor

Synchron-Antriebsmaschine eines Volkswagen e-Golf

Steht ein sparsamer Umgang mit elektrischer Energie und Leistungselektronik-Werkstoffen bei der Fahrzeugkonstruktion im Vordergrund, so nimmt die umrichtergeführte permanentmagneterregte Dreiphasen-Synchronmaschine eine Vorzugsstellung ein. Synchronmaschinen als Antriebsaggregat besitzen gegenüber Gleichstrommaschinen (mittlerer Leistung) den Vorteil, dass sie keine mechanischen Schleifkontakte für die Kommutierung benötigen, wodurch sie erheblich weniger verschleißanfällig sind und weniger Wartung benötigen. Der Umrichter arbeitet bei dieser Antriebsart im motorischen Betrieb als Dreiphasen-Wechselrichter, während er bei der Rekuperation im generatorischen Betrieb als Gleichrichter fungiert. Beim Schnell-Aufladen der Akkuzellen der Traktionsbatterie aus einem leistungsfähigen 400-V-Drehstromnetz kann der Umrichter zur Gleichrichtung eingesetzt werden, was sich bei entsprechend vorhandener Umrichterleistung – im Vergleich zum Aufladen mit haushaltsverträglichen 230-V-Ladegeräten – günstig in Bezug auf die erreichbare Ladegeschwindigkeit auswirkt. In bestimmten Fällen sind jedoch nur 230V-Wechselstrom-Normalladesysteme, nicht 400-V-Drehstrom-Schnellladesysteme in Elektroautos integriert; Schnellladesysteme werden dann vielmehr extern an das jeweilige Fahrzeug angeschlossen. Das bedeutet, dass bei dieser Konstellation das Schnellladegerät in einer Ladesäule integriert sein kann, die im Bedarfsfall mit dem Auto aufgesucht wird. Die Integration eines Schnellladesystems in ein Elektroauto ist jedoch ebenso ohne Weiteres möglich, wenn dies in der Konstruktionsphase einbezogen wird und der Umrichter, der für das zu entwerfende Elektroauto vorgesehen ist, genügend Leistung besitzt. Allerdings kann dies zu einer Erhöhung von Größe und Gewicht des zu entwerfenden Fahrzeugs führen, was angesichts der vorhandenen Reichweitenprobleme eher abträglich ist. Die Elektromotoren, genauer gesagt, die permanentmagneterregten Synchronmaschinen, gelten als ausgereift.

Gleichstrommotor

Alternativ zum umrichtergeführten Synchronmaschinenantrieb kommen als Antrieb in Kleinfahrzeugen auch bürstenlose Gleichstrommotoren mit Regelung zum Einsatz. Dabei erfolgt die Kommutierung durch eine elektronische Schaltung.

Umrichtergeführter Asynchronmotor

Als weitere Alternative zum umrichtergeführten Synchronmaschinenantrieb kommt auch der umrichtergeführte Asynchronmaschinenantrieb in Frage. Der umrichtergeführte Asynchronmaschinenantrieb mit Kurzschlussläufer, ausgeführt als Doppelstabläufer, kann gegenüber dem umrichtergeführten Synchronmaschinenantrieb Vorteile erzielen, wenn das anzutreibende Fahrzeug ein hohes Losbrech-Drehmoment besitzt. Dies ist bei herkömmlichen Elektroautos kaum relevant, allenfalls für Elektro-Jeeps bei geforderter hoher Geländetauglichkeit könnte dieser Antriebstyp interessant sein. Im Prinzip lässt sich natürlich jede Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie eines Elektromotors, der für den Antrieb ausgewählt wird, für Servo-Antriebszwecke mit entsprechender Regelungselektronik ausregeln.

Weitere Motorkonzepte

Es werden in jüngerer Zeit auch Antriebskonzepte ins Gespräch gebracht, die darauf abzielen, die Permanentmagneterregung von Synchronmaschinen zu umgehen. Hintergrund ist die Reduzierung des Einsatzes von Seltene-Erden-Legierungen, die zum Teil Stoffe wie etwa Neodym oder Samarium enthalten. So wird als Alternative die fremderregte Synchronmaschine vorgeschlagen. Bei diesem Konzept wird mit höheren Drehzahlen im Vergleich zum permanentmagneterregten Synchronantrieb gearbeitet und ein Untersetzungsgetriebe nachgeschaltet. Gewisse Einbußen beim elektrisch-mechanischen Wirkungsgrad im Vergleich zum permanentmagneterregten Synchronantrieb werden in Kauf genommen. Als weitere Alternative wird ein hochdrehzahliger Asynchronmaschinenantrieb mit nachgeschaltetem Planetenradgetriebe diskutiert. Letzteres Konzept besitzt den Vorzug, dass dabei im Vergleich zum Synchronantrieb ein gewisser Betrag an Gewicht eingespart werden kann. Es besitzt im Vergleich zum permanentmagneterregten Synchronantrieb aber auch den Nachteil, dass der elektrisch-mechanische Wirkungsgrad etwas schlechter wird. Auch wird die Verwendung bestimmter Reluktanzmotoren vorgeschlagen, die ohne Seltene Erden auskommen. Ein mäßiger Wirkungsgrad im unteren Drehzahlbereich könnte gegebenenfalls durch ein Untersetzungsgetriebe in der Wirkung abgemildert werden, doch auch hier werden dann Abstriche beim elektrisch-mechanischen Wirkungsgrad unausweichlich.

Bauform Radnabenmotor

Radnabenmotor eines Honda FCX

Eine Bauform für den Antrieb ist der Radnabenmotor. Dabei ist der Motor direkt im Rad, in der Regel innerhalb der Felge, untergebracht. Bei dieser Art des Antriebes entfallen die zentrale Motoreinheit sowie die Antriebsstränge inkl. der Verteilergetriebe hin zu den Rädern, was den Gesamtaufbau vereinfacht und Freiheiten für die Raumgestaltung in der Karosserie schafft. Jedoch muss der Bauraum zumeist mit der Bremse geteilt werden und es wird dabei eine höhere ungefederte Masse in Kauf genommen. Die Motoren sind außerdem stärker den Umwelteinflüssen ausgesetzt. Radnabenmotoren werden vor allem bei Fahrzeugen eingesetzt, bei denen die fahrdynamische Aspekte nicht immer ausgereizt werden. Sie sind z.B. an Elektrofahrrädern, Elektromotorrollern und Nutzfahrzeugen zu finden. Im Serien-PKW-Bereich konnten sie sich bisher nicht etablieren, sind jedoch Gegenstand aktueller Forschungs- und Entwicklungsarbeit.

Nutzbremsung/Rekuperation

Elektromotoren eignen sich im Generatorbetrieb zur Rückwandlung der kinetischen Energie (Bewegungsenergie) in elektrische Energie. Diese Funktion als Nutzbremse, auch Rekuperation genannt, erlaubt es beim Abbremsen und Anhalten, sowie beim Bergabfahren Energie in den Akkumulator zurückzuspeichern, die sonst über mechanische Bremsen oder die Motorbremse in Wärme umgewandelt wird. Im Langstreckenverkehr fällt dieser Effekt deutlich geringer aus als im Stadt- bzw. Kurzstreckenverkehr, da im Verhältnis weniger Bremsvorgänge stattfinden.

Die Energie fällt im Falle von scharfen Bremsmanövern sehr plötzlich an, was eine hohe elektrische Leistung bedeutet und, abhängig vom optimalen Ladeprofil der mitgeführten Batterien, die Energieeffizienz der Nutzbremsung stark beeinträchtigen kann. Da die Leistungsfähigkeit der Elektronik und der Akkumulatorchemie begrenzt ist, kann häufig nur ein Teil der Bremsenergie in Akkumulatoren gespeichert werden. Je sanfter der Bremsvorgang, desto größer der Anteil der zurückgespeisten Bremsenergie. So kann der innerstädtische Energieverbrauch um bis zu 30 % gesenkt werden. Dieser Wert wird auch bei Oberleitungsbussen erzielt. In Erprobung sind erste Fahrzeuge mit Akkumulatoren und zusätzlichen Kondensatoren zur Erhöhung der Lebensdauer der Akkumulatoren und der Steigerung des Rückspeisegrades. Im Stadtverkehr sind so Rückspeisegrade von über 40 % erreichbar. Kondensatoren können kurzfristig sehr hohe Energiemengen aufnehmen.

Verbrauch und Wirkungsgrad

Verbrauch und Wirkungsgrad betrachtet den Energieumsatz innerhalb des Fahrzeugs (zum Beispiel ab Tankstelle beziehungsweise Steckdose – Tank-to-Wheel). Weitergehende Betrachtungen über die Stromerzeugung und eingesetzte Primärenergie (Well-to-Wheel) erfolgt unter dem Oberbegriff Umweltbilanz (siehe Absatz Umweltbilanz).

Der Verbrauch um alle Arten von Pkw zu vergleichen wird in Europa nach dem NEFZ angegeben. Ein BMW i3 beispielsweise verbraucht danach je nach Ausstattung 12,9, bzw. 13,5 kWh/100 km. BMW selbst gibt im gleichen Verkaufsprospekt „kundennahe“ Verbräuche von 14-18 kWh/100 km an. Renault gibt für den ZOE einen Normverbrauch von 14,6 kWh/100 km an. Die Reichweite mit dem 22 kWh-Akku wird dabei zwischen 240 km bei guten Bedingungen und 115 km bei kalten Außenbedingungen beziffert. Der Verbrauch bewegt sich demnach zwischen 9,2 und 19,1 kWh/100 km. Ein e-Golf verbraucht 12,7 kWh/100 km Der ADAC ermittelte in einem eigenen Test für den e-Golf einen Durchschnittsverbrauch von 18,2 kWh/100 km. Tesla gibt für sein Model S einen Durchschnittsverbrauch nach der ECE-Norm R 101-Norm für Hybridfahrzeuge von 18,1 kWh/100 km an. Die Normwerte unterliegen den gleichen Abweichungen gegenüber realen Verbräuchen, wie auch bei Verbrennungskraftfahrzeugen.

Über den Gesamtwirkungsgrad eines Automobils entscheidet die Effizienz der im Fahrzeug erfolgten Energieumwandlungen. Elektromotoren weisen typischerweise Wirkungsgrade von 90 bis 98 % auf. Bis auf Ausnahmen ist in der Europäischen Union seit 2011 ein Wirkungsgrad >94 % für Elektromotoren vorgeschrieben. Da auch die zugehörige Elektronik Wirkungsgrade um 95 % aufweist und moderne Akkusysteme 90 bis 98 % erreichen, besitzen Elektroantriebe einen viel höheren Tank-to-Wheel-Wirkungsgrad als Antriebe mit Verbrennungsmotor.

Dies wirkt sich insbesondere im Teillastbetrieb aus. Hier ist der Wirkungsgradunterschied im Vergleich zum Verbrennungsmotor besonders hoch. Da Automobile im Stadtverkehr fast immer mit Teillast fahren, ist der Elektroantrieb hier besonders geeignet. Außerdem verbraucht ein Elektromotor während des Fahrzeugstillstands im Gegensatz zum Verbrennungsmotor keine Energie.

Der Wirkungsgrad von Benzinmotor beträgt maximal 35 %, der von Dieselmotoren maximal 45 %. Im praktischen Betrieb wird dieser optimale Wirkungsgrad jedoch nur selten erreicht und es entstehen weitere Verluste durch mehrstufige Getriebe im Antriebsstrang. Deshalb wird bei einem Verbrennungsfahrzeug im Durchschnitt weniger als 25 % der Energie des Kraftstoffes in Bewegungsenergie umgewandelt. Elektromotoren zeigen über die gesamte Lastkurve einen sehr hohen Wirkungsgrad, während bei Verbrennungsmotoren im Teillastbereich der Wirkungsgrad besonders niedrig ist. Im theoretischen Idealfall für den Elektroantrieb geht beim Stop-and-Go-Verkehr nur wenig Energie verloren (Rollreibung und Verluste im Motor, Batterie und Antrieb).

Nach Valentin Crastan hat ein Benzinfahrzeug einen durchschnittlichen Tank-to-Wheel-Wirkungsgrad von 20 %, womit bei einem Verbrauch von 6 Litern pro 100 km 52,6 kWh Energie aufgewendet werden müssen; die mechanische Nutzenergie beträgt dabei 10,5 kWh. Ein Elektrofahrzeug weist dagegen einen Wirkungsgrad von ca. 65 % auf, was einen Elektrizitätsverbrauch von 16 kWh/100 km ergibt.

Batteriemanagementsystem (BMS)

Für die Akkumulatoren werden Batteriemanagementsysteme (BMS) verwendet, die die „Lade- und Entladesteuerung, Temperaturüberwachung, Reichweitenabschätzung und Diagnose“ übernehmen. Die Haltbarkeit hängt wesentlich von den Einsatzbedingungen und der Einhaltung der Betriebsgrenzen ab. Batteriemanagementsysteme inklusive Temperaturmanagement verhindern die schädliche und eventuell sicherheitskritische Überladung oder Tiefentladung der Akkuzellen und kritische Temperaturzustände. Die Überwachung jeder einzelnen Zelle, erlaubt es zu reagieren, bevor es zu einem Ausfall oder der Schädigung weitere Zellen kommt. Statusinformation können für Wartungszwecke auch abgespeichert und im Fehlerfall entsprechende Meldungen an den Fahrer ausgegeben werden.

Energiespeicher

Modell des technischen Innenlebens eines Opel Ampera

Zentraler Punkt in der Entwicklung von Elektroautos ist der Energiespeicher, da ein Automobil, mit Ausnahme von Oberleitungsfahrzeugen, wie O-Bussen, während der Fahrt normalerweise nicht mit dem Stromnetz verbunden ist. Benötigt werden leistungsfähige Energiespeicher mit einer hohen Energiedichte. Elektroautos können Reichweiten erzielen, die denen von verbrennungsmotorisch angetriebenen Autos ebenbürtig sind, jedoch nicht zu konkurrenzfähigem Preis (Stand Anfang 2014). Es gibt Elektroautos mit einer Reichweite bis etwa 500 km mit einer Akkuladung (Ende 2013, zum Beispiel Tesla Model S). Viele Elektroautos können ihre Akkus an Schnellladestationen innerhalb von 30 Minuten zu 80 Prozent aufladen. In wenigen Jahren möchte Tesla seine Autos innerhalb von 5 bis 10 Minuten wiederaufladen können.

Die Preise für Akkumulatoren sind einer der Hauptfaktoren für die Fahrzeugkosten. Die in den letzten Jahren stattfindende dynamische Entwicklung der Akkutechnologie bringt auch stetig sinkend Preise mit sich. (s. Akkupreise).

In der folgenden Tabelle wird verglichen, welchen Treibstoffvorrat ein Auto bei unterschiedlichen Antriebsarten laden und transportieren muss, um ohne Nachzutanken etwa 400 km weit zu fahren. Dafür benötigt man etwa 50 kWh Antriebsenergie (siehe Kraftstoffverbrauch). Es fließen Schätz- und Mittelwerte ein, daher gilt bei allen Zahlenwerten eine Toleranz von etwa ±30 %.

Treibstoff	Energiedichte (kWh/kg)	Antriebskomponente	mittlerer Wirkungsgrad des Antriebs	Gesamtmasse des Energiespeichers in kg für 50 kWh nutzbare Energie
Strom aus Bleiakkumulator	0,03	Elektromotor mit Nutzbremse	95 % bis zu 97 %	1350
Strom aus Lithium-Ionen-Akkumulator	0,13	Elektromotor mit Nutzbremse	95 % bis zu 97 %	311
Dieselkraftstoff	11,8	Dieselmotor mit Getriebe	25 % 23,5 %	18 (+5 Tankbehälter)
Superbenzin	11,1	Ottomotor mit Getriebe	15 % 14 %	29 (+5 Tankbehälter)
Flüssiger Wasserstoff	33,3	Wasserstoffspeicherung Brennstoffzelle PAFC Elektromotor	38 % 95 %	4,1 (+Tankbehälter)
Druckwasserstoff 700 bar	29,2	Wasserstoffspeicherung Brennstoffzelle PEMFC Elektromotor	60 % 95 %	3 (+125 Tankbehälter)

Anmerkungen:

• Bei Nutzbremsung wird der Energiespeicher aufgeladen. Die Ersparnis hängt dabei maßgeblich von der Fahrweise ab, darüber hinaus von der Dimensionierung der Antriebe und dem Wirkungsgrad der Leistungselektronik.
• Die Energiedichte bei Benzin, Diesel und Wasserstoff ist als unterer Heizwert angegeben. Mit geeigneten Maschinen kann auch der obere Heizwert bzw. Brennwert des Kraftstoffs genutzt werden, der ca. 10 % höher ist.
• Diesel- und Ottomotor laufen nicht ständig bei optimaler Drehzahl und Belastung, deshalb liegen die mittleren Wirkungsgrade deutlich unter den Maximalwirkungsgraden 45 % bzw. 30 %. Der Wirkungsgrad ist hier auf den unteren Heizwert des Treibstoffs bezogen.
• Bei Akkus ist die Masse des Behälters im Wert der Energiedichte bereits enthalten, bei Diesel, Benzin und Wasserstoff muss er addiert werden. Durch das geringere Gewicht der Elektromotoren, den Wegfall eines Schaltgetriebes, der Auspuffanlage und der Startbatterie ergeben sich beim Elektrofahrzeug weitere Gewichtseinsparungen, die hier nicht berücksichtigt sind.

Akkumulatoren

Akkuzellen des Nissan Leaf

→ Hauptartikel: Traktionsbatterie

Für den Energiespeicher bei Elektroautos gibt es verschiedene Konzepte: Durchgesetzt hat sich bis auf weiteres (2014) der Lithium-Ionen-Akkumulator.

In der Vergangenheit nutzten die meisten Elektroautos Akkumulatortypen, wie Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkus (Pb, NiCd), die lediglich für einen Betrieb von etwa einer Stunde mit Höchstgeschwindigkeit reichten oder mit denen mit einer Ladung 40 bis 130 Kilometer zurückgelegt werden konnten. Bleiakkumulatoren, auch wenn sie auf hohe Zyklenfestigkeit optimiert sind, besitzen eine geringe Energiedichte – sie sind sehr schwer für den gebotenen Energieinhalt. Auch begrenzt die häufig geringere Zyklenfestigkeit und Lebensdauer ihren Einsatz, so dass sie bei neueren Entwicklungen praktisch nicht mehr eingesetzt werden. Sie haben jedoch nach wie vor ihr Einsatzgebiet in kleineren Elektrofahrzeugen und im industriellen Bereich (Flurförderfahrzeuge).

Reichweiten von 300 km bis 500 km und mehr sind durch den Einsatz von Akkumulatoren auf Lithiumbasis (z. B. Li-Ion, LiFePo4 bzw. LiPo-Akkus) möglich und werden teilweise auch schon realisiert (z.B. Tesla). Diese Akkutypen besitzen eine hohe Energiedichte bei gleichzeitig geringem Gewicht. Auch Hochtemperaturakkus werden eingesetzt, beispielsweise die Zebra-Batterie. Bei einigen Fahrzeugen, die bisher mit Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkumulatoren fuhren, wurden diese gegen Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgetauscht und die entsprechende Ladeelektronik nachgerüstet. So kann ein Vielfaches der ursprünglichen Reichweite erzielt werden. Der Austausch ist jedoch noch sehr kostspielig: Ein Akkusatz mit 10 kWh Kapazität (für Reichweiten meist um ca. 80–100 km) kostete 2011 etwa 3500 €. Jedoch sind mittlerweile die Preise für Akkumulatoren stark gefallen (s. Akkupreise).

Die Akkumulatorenkapazität ist eine der wichtigsten bestimmenden Größen für die Nutzbarkeit und Wirtschaftlichkeit von Elektroautos. Es lassen sich zwei gegenläufige Strategien für Akkumulatorengröße ausmachen.

• Steigerung der Akkumulatorengröße: Dadurch wird eine sehr große Reichweite ohne Zwischenaufladung möglich. Auch kommen lebensdauerverlängernde Effekte zum Tragen. Der Akku wird sowohl in seiner Kapazität als auch in der Leistungsentnahme geringer belastet und kann Zyklenzahlen erreichen, die der Lebensdauer des gesamten Fahrzeugs entsprechen. Hingegen steigen Fahrzeuggewicht und Investionskosten stark an. Vor allem für Letzteres wird eine teilweise Kompensation über Einsparungseffekte aus der Serienfertigung und technischen Weiterentwicklung erwartet.
• Nutzung einer vergleichsweise geringen Akkugröße: Vorteile sind das reduzierte Fahrzeuggewicht und auch sehr viel geringere Anschaffungskosten. Dieses Konzept setzt jedoch eine engmaschige leistungsfähige Ladeinfrastruktur z. B. auf Parkplätzen voraus, die absehbar flächendeckend kaum aufzubauen ist. Die Akkus selbst werden im Betrieb auch sehr belastet und verschleißen somit schneller.

Während bei NiCd-, NiMH-, und Bleiakkumulatorsätzen oft nur Teilblöcke aus mehreren Zellen überwacht werden, kommen bei Lithium-Akkumulatoren komplexe Batteriemanagementsysteme zum Einsatz. Grund ist die Empfindlichkeit der Lithium-Akkumulatoren gegen Überladung und Tiefentladung, die durch das BMS verhindert wird. Damit beim Ausfall einer einzelnen Zelle nicht das gesamte Akkusystem erneuert werden muss, kann dieses für den Einzelaustausch ausgelegt sein.

Temperaturabhängigkeit von Akkusystemen

Bei einigen Akkumulatorsystemen (NiMh, Lithium-Polymer) besteht unterhalb ca. −20 °C die Gefahr des Einfrierens. Nasse NiCd-Zellen der Firma Saft sind dagegen recht unempfindlich gegenüber tiefen Temperaturen. Allen Akkusystemen ist jedoch gemein, dass sich bei tieferen Temperaturen (unterhalb ca. 10 °C) die Leistungsabgabe verringert, da die Beweglichkeit der Ladungsträger abnimmt. Die mittlerweile veralteten Bleiakkumulatoren sind bei tiefen Temperaturen fast unbrauchbar im Traktionsbetrieb. Die entnehmbare Kapazität wird davon jedoch kaum beeinflusst, wenn die geringere Strombelastbarkeit technisch berücksichtigt wird (BMS begrenzt Leistungsabgabe und Motorstrom). Durch die inneren Verluste erwärmt sich die Traktionsbatterie im Betrieb. Hohe Temperaturen hingegen (oberhalb ca. 30 °C) begünstigen durch die Beweglichkeit der Ladungsträger zwar die Leistungsabgabe, sind aber ungünstig für die inneren Verluste und die kalendarische Alterung. Daher werden verschiedene Akkusysteme durch Klimatisierung in einem günstigen Betriebsbereich gehalten.

Um derartige Einschränkungen zu vermeiden temperieren einige Hersteller ihre Akkusysteme. Dies kann eine Heizung für kalte Jahreszeiten beinhalten, aber auch eine Kühlung. Oft kommen elektrische Heizmatten und Luftkühlungen zum Einsatz. Einige Hersteller nutzen auch Flüssigkeiten als Heiz- bzw. Kühlmedium.

Eine Ausnahme stellen Hochtemperatursysteme (z. B. Zebra-Batterie) dar, die zwar von äußeren Temperaturen unabhängig sind, jedoch zusätzlich Energie für ihre Temperaturerhaltung benötigen.

Kondensatoren

Capabus beim Aufladen in der Haltestelle auf der Expo 2010 in Shanghai

Es gibt seit einigen Jahren Versuche, Kondensatoren und Akkumulatoren zu kombinieren. Der Kondensator übernimmt hierbei die Spitzenlast und schont damit den Akkumulator. Der MAN Lion’s City wird in einer Hybridversion in einer Kleinserie produziert, bei der Kondensatoren eingesetzt werden. In Shanghai/China fahren hingegen experimentelle Busse, die Superkondensatoren als einzigen Speicher für Antriebsenergie verwenden und in den Haltestellen aufladen. Doppelschicht-Kondensatoren sind als Energiespeicher dem Akkumulator zwar insbesondere in der Leistungsdichte und praktisch allen Kennwerten außer der Energiedichte weit überlegen. Sie erreichen nur etwa 5 Wh/kg und sind damit etwa um den Faktor zwanzig schlechter als Akkumulatoren. Kondensatoren haben jedoch kaum eine Beschränkung beim Lade- und Entladestrom. Dies ist vor allem beim Nutzbremsen und Anfahren ein Vorteil. Der Wirkungsgrad eines Kondensators beträgt nahezu einhundert Prozent, da keine chemische Umwandlung stattfindet, jedoch gibt es eine ständige Selbstentladung, die typischerweise höher als die von Akkumulatoren ist. Es gibt keine Beschränkung der Anzahl der Ladezyklen. Wegen des anderen Spannungsverlaufes eines Kondensators (exponentielle Entladung bis 0 V) können Akkumulatoren jedoch nicht einfach gegen Kondensatoren getauscht werden – andere Fahrtregler für stark variable und niedrige elektrische Spannungen sind notwendig, da sonst nur ein kleiner Teil der gespeicherten Energie genutzt werden kann.

Reichweitenvergrößerung – Hybridbetrieb

Generatorenanhänger als Idee von AC Propulsion zur Lösung des Reichweitenproblems an den Tagen, an denen die Batteriereichweite zu gering ist: Genset trailer

Da die Akkutechnik oft noch keine großen Reichweiten erlaubt, die Ladezeiten teilweise mehrere Stunden betragen und die Stromtankstellendichte noch sehr gering ist, werden mitunter Zusatzgeräte zur Erzeugung von elektrischem Strom im Fahrzeug eingesetzt, sogenannte „Reichweitenverlängerer“ (häufig engl.: Range Extender). Im einfachsten Fall wird dabei ein Stromerzeugungsaggregat im Fahrzeug mitgeführt. Nach genau dem gleichen Prinzip arbeitet der serielle Hybridantrieb, jedoch mit fest installiertem und in die Steuertechnik integriertem Stromerzeuger. Ein Beispiel ist der BMW i3 mit werksseitig angebotener Zusatzaustattung "Rex". Wenn der Akkumulator auch direkt am Stromnetz aufgeladen werden kann, wird diese Fahrzeuggattung als Plug-in-Hybrid bezeichnet. Sie wird als Übergangsform zwischen verbrennungsmotorgetriebenem und Elektrofahrzeug gesehen.

Die Kombination von Elektroantrieb mit Akkumulator und Verbrennungsmotor mit Generator erlaubt eine große, von Aufladepunkten unabhängige Reichweite. Die Betriebsweise mit Kraftstoff unterscheidet sich dann jedoch nicht von verbrennungsmotorgetriebenen Kfz, die der Elektromobilität zugrunde liegende Konzepte kommen nicht zum Tragen. Lösungsansätze, um den Verbrennungsmotor nur bei Bedarf mitzuführen, gab es zum Beispiel von Mindset oder AC Propulsion. Sie setzten beide auf Generatoren, die bei Bedarf in oder an das Elektroauto angebaut werden konnten. Diese Ansätze konnten sich jedoch nicht durchsetzen.

Als Alternative zu Benzin- oder Dieselgeneratoren werden auch Brennstoffzellen gesehen. Bei ihrem Einsatz wird zusätzliche Energie in Form von Wasserstoff oder niedermolekularen Alkoholen (Methanol, Ethanol) mitgeführt und im Fahrzeug in Elektrizität umgewandelt. Dem Einsatz dieser Technik stehen gegenwärtig aber die Nachteile der Brennstoffzelle wie geringe Lebensdauer, hohe Kosten, fehlendes Tankstellennetzwerk und geringe Reichweite entgegen (siehe auch Brennstoffzellenfahrzeug).

Bei Niedrigenergiefahrzeugen kann auch über Solarzellen die Reichweite vergrößert werden. Ein zusätzlicher Pedalantrieb bei Leichtfahrzeugen kann einen reinen Elektroantrieb ebenfalls unterstützen, dies wurde beispielsweise beim Twike umgesetzt.

Klimatisierung

Elektroantriebe geben wegen ihres hohen Wirkungsgrades nur Vergleichsweise wenig Verlustwärme an die Umgebung ab, im Stand sogar gar keine. Um das Auto bei kalten Außentemperaturen beheizen oder die Scheiben entfrosten zu können, sind daher Zusatzheizungen notwendig. Durch den geringen Energieverbrauch des Antriebs fallen zusätzliche Energieverbraucher jedoch sehr viel stärker ins Gewicht und beanspruchen einen Teil der im Akku gespeicherten Energie, was sich speziell im Winter gemeinsam mit weiteren jahreszeitlich bedingten Effekten stark auf die Reichweite auswirkt. Eine einfache, aber sehr energieintensive Form sind elektrische Heizregister, die in die Lüftung eingebaut werden können. Mittlerweile werden daher teilweise die energieffizienteren Wärmepumpen eingesetzt. Sie lassen sich im Umkehrbetrieb im Sommer auch als Klimaanlage zur Kühlung nutzen. Sitzheizungen und beheizte Scheiben bringen die Wärme direkt an die zu wärmenden Stellen und reduzieren so ebenfalls den Heizwärmebedarf für den Innenraum. Elektroautos verbringen die Standzeiten oft an Ladestationen. Dort kann das Fahrzeug vor Fahrtbeginn vortemperiert werden ohne den Akku zu belasten, wie bei einer elektrischen Standheizung. Unterwegs wird dann deutlich weniger Energie für das Heizen oder Kühlen benötigt. Mittlerweile werden auch Smartphone-Apps angeboten, mit denen sich die Heizung fernsteuern lässt.

Umrüstung von Verbrennungsmotor-Serienfahrzeugen

Einige Umrüster bieten den Umbau von Verbrennungsantrieben zu Eletroantrieben an. Häufig wird nur der Verbrennungsmotor gegen einen Elektromotor getauscht und das Schaltgetriebe im Fahrzeug belassen. Dies ist weniger technisch unbedingt notwendig, sondern hat zumeist zulassungsrechtliche Gründe. Wird das Getriebe ebenfalls getauscht, so muss das gesamte Fahrzeug neu zugelassen werden, was erheblichen Aufwand nach sich zieht und für geringe Stückzahlen nicht wirtschaftlich ist. In Deutschland beschäftigen sich beispielsweise Citysax und die German E-Cars GmbH mit Umrüstungen oder der Nutzung von Serienfahrzeugen als Basismodell.

Angesichts der vorangehend angedeuteten konstruktiven Randbedingungen ist die Umrüstung eines herkömmlichen Pkw zum Elektroauto jedoch im Hinblick Wirtschaftlichkeit (Umbaukosten) nur bedingt abhängig von weiteren Umständen (Ladeinfrastruktur, Fahrzeugverfügbarkeit etc.) sinnvoll. Die Nutzung von Gebrauchtfahrzeugen kann die Kosten deutlich senken.

Ladestandards

Obwohl alle Ladesysteme auf der Vereinbarung IEC 62196 aufbauen, existieren bei Ladesteckern unterschiedliche Typen, die speziell für Elektrofahrzeuge geschaffen wurden.

• Der "Mennekes Stecker" IEC Typ2 ist der EU-Standard für den Anschluss an Ladestellen mit Wechsel- oder Drehstrom bis 43 kW.
• Das Combined Charging System (CCS) erweitert den "Menneskes"-Stecker mit zusätzlichen Kontakten um die Möglichkeit der Gleichstromladung und soll einen einheitlichen Steckerstanddard in Europa schaffen. Die deutschen und US-amerikanischen Automobilkonzerne VW, BMW, Daimler, Chrysler, Ford und General Motors haben angekündigt, ab 2017 nur noch diesen in ihre Modelle einzubauen. Ende 2013 kamen die ersten Fahrzeuge mit einem CCS-Anschluss auf den Markt.
• Das CHAdeMO-System für Gleichstromladung ist ebenfalls genormt und wird vor allem von japanischen Automobilherstellern genutzt. Auch in Europa wurden entsprechende Ladesäulen eingeführt.
• Tesla baut mit seinem Supercharger-System ein ungenormtes proprietäres System auf.

Neben diese Standards sind auch normale Steckdosen von der einfachen 203-Volt-Haushaltstecksdose bis hin zum CEE-Drehstromanschlüssen fahrzeugabhängig und teilweise mit Adaptern nutzbar. Die nutzbaren Ladeoptionen werden, teilweise gegen Aufpreis, auch in die Fahrzeuge integriert.

Internationale Normierung und Fahrzeugstandards

Durch einheitliche Vorschriften soll die internationale Wettbewerbsfähigkeit und damit auch die Wirtschaftlichkeit und Verbreitung von Elektrofahrzeugen erhöht werden. Die EU, die USA und Japan haben daher ihre Pläne für eine internationale Übereinkunft am 17. November 2011 in Brüssel vorgestellt und wollen nun auch andere Länder für das Projekt gewinnen. Konkret sollen zwei informelle Arbeitsgruppen für Elektrofahrzeuge im Rahmen des Übereinkommens über globale technische Regelungen von 1998 eingerichtet werden, die sich jeweils mit Sicherheits- und Umweltaspekten der Fahrzeuge befassen und internationale Regelungsansätze austauschen und ausarbeiten sollen.

Die deutsche Nationale Plattform Elektromobilität hat eine umfangreiche Roadmap für die anstehenden Normierungen im Elektrofahrzeugbereich ausgearbeitet.

Wirtschaftlichkeit

Elektrofahrzeuge weisen durch den um mehr als Faktor drei energieeffizienteren Antriebsstrang einen deutlich niedrigeren Energieverbrauch auf als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Bei einem Treibstoffverbrauch von 6 Litern und einem Benzinpreis von 1,40 €/Liter betragen die Energiekosten eines Mittelklassewagens etwa 8,4 €/100 km. Ein vergleichbares Elektrofahrzeug benötigt für die gleiche Fahrleistung etwa 16 kWh, womit bei diesem Benzinpreis die Energiekosten eines Elektrofahrzeug bis zu einem Strompreis von etwa 50 ct/kWh günstiger sind als bei einem Benzinfahrzeug. Dem stehen höhere Anschaffungskosten von Elektrofahrzeugen gegenüber, an denen speziell die Akkumulatoren einen großen Anteil haben. Renault und Smart bieten für die Akkus Mietmodelle an. Damit soll den Kunden das Risiko und vor allem die Angst vor frühzeitig verschleißenden Energiespeichern genommen werden. Außerdem wird der Kaufpreis des Fahrzeugs reduziert, jedoch bewegen sich bei höheren Grundinvestitionen die kilometerabhängigen Mietpreise oft in den gleichen Größenordnungen, wie die Kraftstoffkosten vergleichbarer Modelle.

Insbesondere für Gewerbe und Transport gibt es (03/2014) bereits kleine Kastenwagen ab einem Preis von 20.000 Euro zzgl. Batteriemiete.

Der Energiebedarf des I-MiEV betrug im Betrieb 10,7 kWh pro 100 km. Diese Energiemenge kostete 2012 bei einem Strompreis von etwa 25 Ct/kWh 2,68 €.

Durch sinkende Preise für Lithiumakkumulatoren (2012 ab etwa 300 €/kWh, Juni 2013: 200 €/kWh (s. Akkupreise)) nimmt die Wirtschaftlichkeit immer weiter zu.

Die Reparatur- und Wartungskosten von Elektroautos liegen deutlich unter den entsprechenden Kosten bei Autos mit Verbrennungsmotor, weil Elektroautos wesentlich einfacher aufgebaut sind und beispielsweise keinen Auspuff- oder Motorölwechsel benötigen. Auch die Abgasuntersuchung entfällt. Es gibt Bestrebungen für Elektro- und Hybridfahrzeuge angepasste Hauptuntersuchungen anzubieten, die auch die elektrischen Antriebssysteme abdeckt.

In einer Studie von 2011 stellte das Beratungsunternehmen McKinsey grafisch dar, welcher Fahrzeugtyp bei welchem Benzinpreis bzw. Akkupreis jeweils am wirtschaftlichsten ist. Demnach wäre bei einem Kraftstoffpreis von über 1 USD pro Liter und einem Akkupreis unter 300 USD pro kWh das batterieelektrische Auto am wirtschaftlichsten. Tatsächlich liegt heute (11/2013) der Kraftstoffpreis in vielen Ländern über 1 USD pro Liter, und der Akkupreis liegt unterhalb von 200 USD pro kWh. Dies ist jedoch nicht direkt auf Deutschland oder die EU übertragbar und berücksichtigt keine Sekundäranforderungen oder -effekte.

Haltbarkeit der Akkusysteme

Die Wirtschaftlichkeit des Elektroautos hängt auch von der Haltbarkeit der Traktionsbatterie ab. Sie wird in der Regel von den Akkuherstellern so definiert, dass sie als verschlissen gilt, wenn sie nur noch 80 % ihrer Nennkapazität bietet. Die Batterie ist auch dann noch nutzbar. Grundsätzlich werden bei der Alterung zwei verschiedene Aspekte unterschieden:

• kalendarische Alterung (Verschleiß auch ohne Nutzung, begünstigt oft durch ungünstige Temperaturen)
• Zyklenhaltbarkeit (Anzahl der Lade- /Entladezyklen bis zur definierten Verringerung von der Ausgangskapazität)

Hotzenblitz-Traktionsbatterie (180 V) aus 56 einzelnen Zellen Thunder Sky LPF60AH, BMS-Modul für jede Einzelzelle und Busverkabelung

Eine Studie von Plug in America unter 126 Fahrern des Tesla Roadsters (entspricht etwa 5 % der verkauften Fahrzeuge) bezüglich der Lebensdauer der verbauten Akkus ergab dass nach 100.000 Meilen = 160.000 km die Akkus noch eine Restkapazität von 80 bis 85 Prozent vorhanden war. Dies war unabhängig davon, in welcher Klimazone das Fahrzeug bewegt wurde. Bezüglich der Akku-Haltbarkeit gibt zum Beispiel Tesla (für das Model S) acht Jahre Garantie mit unbegrenzter Laufleistung für seine 85-kWh-Akkus.

Zu beachten ist außerdem, dass im Traktionsbetrieb in der Regel nicht die gesamte Nennkapazität genutzt wird. Vor allem moderne Lithium-Ionen-Akkumulatoren altern bei hohen Entladetiefen deutlich schneller. Zugunsten der Lebensdauer wird daher durch das BMS die entnehmbare Energiemenge meist auf 60 bis 80 % der Nennkapazität begrenzt. Auch bei Verbrauchsberechnungen und Vergleichen von verschiedenen Traktionsbatterien müssen diese Umstände beachtet werden.

Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren, welche auch als Traktionsbatterien eingesetzt werden, erreichen nach Herstellerangaben mehr als 5000 Zyklen bei jeweiliger Entladetiefe von 70 %. Bei 300 Ladezyklen pro Jahr für ein Auto, also etwa ein Ladevorgang pro Tag, liegt dies in der Größenordnung, die für ein durchschnittliches Autoleben ausreicht, zumal selten an jedem Tag die volle Kapazität eines Akkus genutzt wird und flachere Ladezyklen allgemein zu einer längeren Lebensdauer führen.

Kaufpreis

Im Juli 2015 kostet ein Nissan Leaf in Deutschland ab 18.590 Euro. Alternativ kann das Auto bei einer Anzahlung von 3.188 Euro sowie einer Vertragslaufzeit von 48 Monaten für 99 Euro monatlich geleast werden. Hinzu kommt dann noch die Mietgebühr für die Batterie. Der Renault Zoe kostet im Juli 2015 in Deutschland ab 16.500 Euro und ein Elektro-Smart ab 18.910 Euro.

Energiewirtschaftliche Aspekte und Elektromobilität

→ Hauptartikel: Elektromobilität

Elektromobilität ist ein politisches Schlagwort, das vor dem Hintergrund der Nutzung von Elektrofahrzeugen für den Personen- und Güterverkehr sowie der Bereitstellung der zum Aufladen am Stromnetz benötigten Infrastruktur genutzt wird. Das Wort Elektromobilität ist auch ein Sammelbegriff für die Besonderheiten sowie alternative Fahrzeug- und Verkehrskonzepte, aber auch Einschränkungen, die bei Elektrofahrzeugen im Alltag auftreten.

Weltweit gibt es einige Orte, in denen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren nicht zugelassen sind und die oft als autofrei bezeichnet werden. Dazu zählen beispielsweise verschiedene schweizerische Orte. Zugelassen sind dort häufig nur Elektrofahrzeuge. Von diesen zumeist kleinen und schmalen Elektrofahrzeugen sind jedoch viele unterwegs, für Handwerker, als Lieferfahrzeuge, als Taxis oder Hotelzubringer. Auch auf den deutschen Nordsee-Inseln Helgoland, Juist und Wangerooge besteht gemäß StVO ein grundsätzliches Fahrzeugverbot. Die wenigen Fahrzeuge, die auf den Inseln verkehren dürfen, sind überwiegend Elektrofahrzeuge.

Ladestationen und Infrastruktur

Stromtankstelle in Reykjavík

Verkehrsschild: Hinweis auf Stromtankstelle (Reykjavík)

Die meisten Elektroautos können prinzipiell an jeder Steckdose aufgeladen werden. Dabei dauert der Ladevorgang jedoch durch die begrenzte Leistungsfähigkeit normaler Haushaltssteckdosen mehrere Stunden. Da Privatfahrzeuge bei Nichtnutzung häufig in Garagen oder auf abgeschlossenen Parkplätzen untergebracht sind und Firmenfahrzeuge auf Firmenparkplätzen abgestellt werden, bieten sich diese Stellplätze grundlegend auch als Ladeplatz an. Zudem ist dort meistens zumindest ein normaler Netzstecker-Anschluss für das Niederspannungsnetz vorhanden. Die Fahrzeughersteller bieten mittlerweile auch Wand-Ladestationen an. Damit lassen sich durch eigens zu installierende stärkere Anschlüsse, ähnlich einem Herdanschluss, auch deutlich kürzere Ladezeiten erzielen.

Aufladen an der Steckdose

Bei dem CEE-Drehstromsteckverbindern mit drei Außenleitern kann bei einer Absicherung von 16 A ca. 11 kW übertragen werden, bei 32 A ca. 22 kW. Vereinzelt sind auch CEE-Drehstromanschlüsse mit einer Absicherung von 63 A für eine Maximalleistung von ca. 43,5 kW vorhanden. Diese bedingen eine leistungsfähige Ladetechnik oder sind für Mehrfachanschlüsse ausgelegt. Zum Vergleich: Eine im Haushaltsbereich übliche einphasige Steckverbindung mit einer Absicherung von 10 A erlaubt maximal die Übertragung von ca. 2,3 kW.

Bei dem Laden an der Haushaltssteckdose muss beachtet werden, dass an diesen Stromkreis eventuell bereits andere Verbraucher im Haushalt angeschlossen sind. Dauerhaft über 6 Stunden mit 16 A belastbar ist der einphasige blaue CEE-Cara „Campingstecker“.

Öffentlich zugängliche Ladestellen

→ Hauptartikel: Stromtankstelle

öffentliche Ladesäule

Das Netz von öffentlich zugänglichen Akkuladestellen für Elektrofahrzeuge, so genannte Stromtankstellen, in Deutschland wird ausgebaut, erfordert jedoch bei längeren Reisen eine entsprechende Ladeplanung. Neben den Reichweitengrenzen der Elektroautos behindern vor allem unterschiedliche Zugangsvoraussetzungen das einfache Aufladen. Viele Ladestellen erfordern eine vorherige Anmeldung beim Betreiber oder Betreibernetzwerk oder sind nicht rund um die Uhr zugänglich. Auch die verfügbaren Anschlüsse/Steckersysteme vor Ort gilt es zu berücksichtigen. Zudem hängt die Ladezeit stark von der Leistungfähigkeit der Ladesäule ab, was vor allem auf längeren Fahrten mit Ladestopps sehr stark zum Tragen kommt.

Verschiedene Webseiten wie z. B. das GoingElectric oder LEMnet bieten diesbezüglich Hilfestellung. Seit einigen Jahren gibt es auch in Deutschland das ursprünglich in der Schweiz entstandene Park & Charge-System der öffentlichen Stromtankstellen für E-Mobile. Die Tankstellen sind über einen europaweit einheitlichen Schlüssel zugänglich und liefern je nach Ausführung und Absicherung standardmäßig 3,5 kW oder 10 kW. Eine Authentifizierung über weit verbreitete Bankomatkarten ist jedoch auch eine mögliche Lösung. Auch das nichtkommerzielle Drehstromnetz.de als Ladenetz auf Gegenseitigkeit ermöglicht das Nachladen von Elektrofahrzeugen ohne vorherige Anmeldung. Die Ladepunkte verfügen über mindestens 10 kW starke Drehstromanschlüsse mit den genormten roten CEE-Steckverbindungen.

In Europa wird der Ladestandard CCS (Combined AC/DC-Charging System) eingeführt. Damit ist das Aufladen mit hohen Leistungen und kurzen Ladezeiten möglich. Es wird von den europäischen Automobilherstellern – die Gleichstromladung teilweise nur gegen Aufpreis – unterstützt. Eine erste öffentliche Ladestation mit 50 kW Gleichstrom wurde im Juni 2013 in Wolfsburg eingeweiht. Es gibt auch Überlegungen den europäischen CCS- und den japanischen CHAdeMO-Standard an kombinierten Ladesäulen anzubieten.

Am 9. Januar 2015 stellte das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie einen Entwurf für die Verordnung über technische Mindestanforderungen an den sicheren und interoperablen Aufbau und Betrieb von öffentlich zugänglichen Ladepunkten für Elektromobile (Ladesäulenverordnung – LSV) vor. Die dort vorgestellten Regelungen für die Errichtung und den Betrieb von Ladesäulen werden kontrovers diskutiert.

Einige Arbeitgeber, Restaurants, Parkhausbetreiber, Einkaufszentren und Einzelhändler bieten bereits heute Lademöglichkeiten an, die entweder kostenloses Laden ermöglichen oder ein standardisiertes Abrechnungsverfahren über Ladeverbünde nutzen.

Induktives Laden und Oberleitungen

Busladestation an einer Haltestelle

Ein berührungsloses (ohne offene Kontakte) jedoch kabelgebundenes induktives Ladesteckersystem war bereits in den 1990er Jahren beim General Motors EV1 realisiert worden.

Eine Vision ist, das Ladesystem für Elektroautos in die Fahrbahn einzubauen. Während der Fahrt oder beim Parken kann dann mittels Induktion Energie berührungslos übertragen werden. Diese Systeme werden bisher nur im geschlossenen industriellen Bereich realisiert.

Das induktive Aufladen an Haltestellen wird seit März 2014 bei Braunschweiger Verkehrsbetrieben an einer Batteriebuslinie mit Fahrzeugen von Solaris in der Praxis erprobt. Auch die US-Firma Proterra testet Batteriebusse mit Aufladestationen an den Haltstellen.

Bei Versuchen mit Kondensatorspeichern in Shanghai wurden kurze Oberleitungsstücke an den Haltstellen installiert, die vom Bus mit ausfahrbahren Bügeln erreicht werden. Ein ganz ähnliches Prinzip gab es in den 1950ern bereits mit den Gyrobussen, jedoch wurde dort die Energie in Schwungrädern gespeichert. Gerade beim ÖPNV mit festen Haltestellen bietet dieses Verfahren der kurzen Zwischenlandungen gut planbar die Möglichkeit, die notwendige Akkukapazität und damit die Fahrzeugkosten deutlich zu verringern, ohne die Autonomie der Fahrzeuge zu stark zu beschränken.

Auch Oberleitungsnetze sind im städtischen Personennahverkehr nicht unbekannt. Einige Verkehrsunternehmen können auf eine lange Geschichte beim Einsatz von Oberleitungsbussen zurückblicken. In neuerer Zeit gibt es Vorschläge derartige Systeme z.B. für LKWs auf den Lastspuren auf Autobahnen einzusetzen.

Wechselakkusysteme

Gabelstapler mit Wechselakku

Wechselakkusysteme wurden nur in seltenen Fällen eingerichtet, meistens für lokal gebundene Flottenfahrzeuge, beispielsweise Gabelstapler oder Elektrokarren. Dieses Verfahren setzt standardisierte Bauformen, Anschlüsse und eine entsprechend genormte Aufnahme an den Fahrzeugen voraus. Es gibt und gab in Ländern wie Israel und Dänemark Projekte für ein allgemein zugängliches Netz von Ladestationen und Akkuwechselstationen, beispielsweise das der Firma Better Place mit Fahrzeugen von Renault. Die Akkus gehören hier nicht dem Fahrzeugbesitzer, sondern werden auf Basis eines Pfandsystems ausgetauscht. Auch Tesla kann die Akkus seiner Fahrzeuge in kurzer Zeit wechseln.

Beispiel Tesla

Tesla Model S beim Aufladen an Tesla Supercharger.

Die Autos von Tesla können an einer herkömmlichen Haushaltssteckdose geladen werden, was jedoch wegen der geringen Stromstärke relativ lange dauert. Tesla betreibt ein eigenes Netz von sogenannten „Tesla Supercharger“-Stromtankstellen mit bis zu 135 kW Leistung, an denen die eigenen Fahrzeuge in ca. 20 Minuten zur Hälfte, in 40 Minuten zu 80 % und in 75 Minuten vollständig geladen werden können. Nach eigenen Angaben arbeitet Tesla an einem Ladesystem mit einer Ladezeit von 5 bis 10 Minuten. Beim Laden am „Supercharger“ wird mit einem fest an der Ladesäule installierten Kabel mit einem klassischen Mennekes Typ 2-Stecker die Traktionsbatterie direkt mit Gleichstrom geladen. Dieses System ist jedoch proprietär, also nicht mit den internationalen Standards IEC62196-3 oder CHAdeMO kompatibel und kann somit von anderen Marken nicht genutzt werden. Für Teslafahrzeuge der Modellreihe S mit 85 kWh Akkukapazität ist die kostenlose Nutzung der Supercharger-Säulen im Kaufpreis inbegriffen, für das Modell S mit 60 kWh wird diese Lademöglichkeit als Sonderausstattung angeboten. Da sich die Akkumulatoren unter dem Boden des Fahrzeugs befinden, können sie auch in einem einfachen Verfahren in 90 Sekunden ausgetauscht werden. Tesla baut sein Netz in Europa und den USA vor allem entlang der Autobahnen aus.

Energiebedarf: Anteil am Stromverbrauch

2006 verbrauchte der gesamte deutsche Personenverkehr auf der Straße 488 TWh Primärenergie. Wegen der Wirkungsgradverluste beim Verbrennungsmotor entspricht dies etwa einer Elektroenergiemenge von rund 163 TWh für eine vollständige Elektrifizierung des Pkw-Parks. Im Vergleich dazu betrug die gesamte Bruttostromerzeugung 2009 in Deutschland 597 TWh. Ohne Leitungs- und weitere Verteilverluste zu berücksichtigen, müsste die Stromerzeugung um etwa 27 % gesteigert werden.

Im Falle der von der Bundesregierung für 2020 angestrebten Zahl von einer Million Elektroautos, was einem Anteil von etwa 2 % aller Fahrzeuge entspricht, sind rund 3 TWh an elektrischer Energie aufzubringen, was einem halben Prozent des derzeitigen deutschen Strombedarfs entspricht. Der gesamte, deutschlandweite elektrobetriebene öffentliche Nah- und Fernverkehr benötigt rund 15 TWh Strom pro Jahr, entsprechend knapp 3 % des Bruttostromverbrauchs.

Positive Effekte im Stromnetz würden auch entstehen, wenn Elektroautos ihre Batterien in einem intelligenten Stromnetz gezielt nicht zu Zeiten laden, an denen der Strombedarf hoch ist und durch das Zuschalten von Spitzenlastkraftwerken (meist Kohle oder Gas) gedeckt werden muss, sondern zu Zeiten, in denen ein Überschuss an regenerativ erzeugtem Strom vorhanden ist. Dazu muss berücksichtigt werden, dass durch den bestehenden CO₂-Handel in der Stromerzeugung die Nachfrage der Antriebsenergie als neuer Stromnachfrager im Stromnetz auftritt – ohne dass dafür mehr Zertifikate zugeteilt werden würden. Mit steigender Zahl der E-Fahrzeuge wird so zukünftig der Druck im Strommarkt erhöht. Jedoch ist das erst bei größeren Fahrzeugzahlen überhaupt relevant. Das Öko-Institut in Freiburg hat dazu im Auftrag des Bundesumweltministeriums im mehrjährigen Projekt OPTUM 2011 einen Abschlussbericht erarbeitet.

Das Konzept „Vehicle to Grid“ (dt: „Fahrzeug ins Netz“) sieht vor, die Energiespeicher in Elektro- und Hybridautos für das öffentliche Stromnetz als Pufferspeicher nutzbar zu machen. Da auch Elektroautos mehr parken als fahren und die meiste Zeit mit einer Ladestation verbunden sein können, wäre es so möglich die Schwankungen bei der Erzeugung von Elektrizität aus erneuerbaren Energien zu puffern, oder Spitzenlasten auszugleichen. Nissan mit Nissan mit Leaf-to-Home in Japan und die Firma e8energy mit ihrem System DIVA in Deutschland bieten bereits derartige Systeme für die Integration in einen Haus-Batteriespeicher an. Diese Betriebsweise erhöht allerdings den Akkumulatorenverschleiß, was bei einer weitergehenden externen Steuerung durch einen Energiedienstleister oder Netzbetreiber mit einem entsprechenden Abrechnungsmodell ausgeglichen werden müsste. Um damit die gesamte Pufferkapazität aller deutschen Pumpspeicherkraftwerke (etwa 37,7 GWh) zu erreichen, müssten sich etwa 3,77 Mio. Elektrofahrzeuge gleichzeitig mit je 10 kWh ihrer Batteriekapazität beteiligen. Bei oben angegebenen 15 kWh/100 km entspricht das ca. 65 km Reichweite. Eine Umstellung des kompletten deutschen Pkw-Bestands von ca. 42 Mio. Autos auf Elektroautos würde diese Pufferkapazität schon ergeben, wenn im Schnitt jedes Fahrzeug nur 1 kWh (entsprechend 6,5 km Reichweite) als Puffer im Netz zur Verfügung stellt.

Verkehrsfinanzierung und Steuern

Mit einem zunehmenden Anteil von Elektrofahrzeugen am Straßenverkehr wird es zu einem Umbau der Straßenfinanzierung kommen. Derzeit werden in Deutschland auf Kraftstoffe Energiesteuern (früher: Mineralölsteuer) erhoben. Aufgrund des geltenden Gesamtdeckungsprinzips können diese abgeführten Steuern nicht zweckgebunden mit den Aufwendungen für die Erhaltung und/oder Modernisierung von Straßen und Infrastruktur gegengerechnet werden. Die Energiesteuern betragen bei Benzin derzeit 7,3 Ct/kWh, bei Diesel 4,7 Ct/kWh, Autogas mit 1,29 Ct/kWh. Strom ist in Deutschland heute zu etwa 40 % mit Steuern und Abgaben belastet. Bei einem durchschnittlichen Strompreis von 29,14 Ct/kWh (Stand 2014) entfallen 3,84 Ct/kWh auf allgemeine Steuern (Stromsteuer und Konzessionsabgabe). Daneben enthält der Strompreis auch noch verschiedene Abgaben in Höhe von 6,77 Ct/kWh für die Energiewende, an der sich der fossil betriebene Fahrzeugpark nicht beteiligt. Bei allen Energieformen fällt außerdem noch die Umsatzsteuer an.

Aufgrund des geringeren Energiebedarfs des Elektrofahrzeugs ergeben sich deutlich geringere Steuereinnahmen pro gefahrenem Kilometer. Bei steigendem Bestand an Elektrofahrzeugen ergeben sich mit den derzeitigen Steuersätzen also geringere Einnahmen für den allgemeinen Staatshaushalt durch das Fahren mit dem Auto. Berücksichtigt man allerdings, dass Elektroautos bis in absehbare Zeit in der Anschaffung deutlich teurer sein werden als Benziner, so nimmt die Staatskasse beim Kauf eines Elektroautos mehr Umsatzsteuer ein als beim Kauf eines Benziners. Auch arbeitet die Bundesregierung mit der Pkw-Maut bereits an neuen Einnahmemodellen.

Energieautarkie

Autos mit Verbrennungsmotoren benötigen Benzin oder Dieselöl, ein Elektroauto benötigt elektrischen Strom. Elektrischer Strom wird in den meisten Staaten in geringerem Maße importiert beziehungsweise durch einen geringeren Anteil an importierten Energieträgern erzeugt, als dies für die Herstellung von Benzin oder Dieseltreibstoff nötig ist. Einige Staaten, wie z. B. Norwegen mit hohem Wind- und Wasserkraftpotenzial, haben die Möglichkeit, theoretisch ohne den Import von Energieträgern auszukommen.

Strom kann aber eventuell auch lokal und dezentral z. B. durch erneuerbare Energien erzeugt werden. So kann beispielsweise ein Grundstücks- oder Hausbesitzer seinen Strombedarf evtl. selbst zu einem großen Teil decken (s. a. Energieautarkie).

Motorsport

Formel-E Rennwagen

Peugeot und Toyota stellten die Tauglichkeit von rein elektrisch angetriebenen Rennwagen bei Rekordfahrten auf dem Nürburgring unter Beweis. Am 27. April 2011 umrundete der Peugeot EX1 die 20,8 km lange Nürburgring Nordschleife in 9:01,338 min, der Toyota TMG EV P001 verbesserte diesen Wert am 29. August 2011 auf 7:47,794 min.

Die Formel E nahm 2014 den Rennbetrieb auf. In der Formula SAE, auch bekannt als Hochschulrennserie Formula Student, nehmen Elektrofahrzeuge seit 2010 teil.

Beim legendären Bergrennen Pikes Peak war 2013 erstmals ein Elektromotorrad (Lightning Electric Superbike) mit einer Zeit von 10:00,694 Minuten Sieger in der Gruppe aller Motorräder.

Daneben gibt es viele Wettbewerbe für elektrische Fahrzeuge, bei denen Alltagstauglichkeit und Reichweite im Vordergrund stehen, weniger das Geschwindigkeitserlebnis an sich.

Am 28. Juni 2015 konnte erstmals in der Geschichte des legendären Bergrennens am Pikes Peak ein Elektroauto das Rennen über alle Klassen gewinnen. Auch der zweite Platz wurde von einem Elektroauto errungen. Bereits im Jahr 2014 hatten Elektroautos die Plätze 2 und 3 erreicht.

Literatur

• Klaus Hofer: Elektrotraktion: elektrische Antriebe in Fahrzeugen. VDE, Berlin 2006, ISBN 978-3-8007-2860-2.
• Christian Milan: Geschäftsmodelle in der Elektromobilität: Wirtschaftlichkeit von Elektroautos und Traktionsbatterien. tredition, Hamburg 2013, ISBN 978-3-8495-5184-1.
• Heinz Schäfer (Hrsg.): Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge: das kostenoptimale elektrische Antriebssystem, mitentscheidend für den Markterfolg. expert-Verlag, Renningen 2014, ISBN 978-3-8169-3239-0 (= Haus-der-Technik-Fachbuch. Band 131).

Weblinks

Wiktionary: Elektroauto – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Commons: Elektroautos – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

 Wikinews: Portal:Elektroautos – in den Nachrichten

• dgs.de, Studie zur Elektromobilität (PDF; 124 kB)
• Forschungsstelle für Energiewirtschaft, Wissenschaftliche Analysen zur Elektromobilität (PDF; 8434 kB)
• Portal „Elektromobilität“ bei der Agentur für Erneuerbare Energie
• Elektromobilität – Informationen und Fakten
• Studie über die elektrizitätswirtschaftliche Einbindung von Elektrostraßenfahrzeugen
• Klimabilanz und Nachhaltigkeit von Elektroautos: Agenda21-Treffpunkt
• Broschüre Elektromobilität des Fraunhofer-Instituts (PDF; 2,5 MB)
• Elektroauto: Eine Kritik des BUND und der Umweltverbände
• e-Stations.de – E-Auto Datenbank mit technischen Daten, Preisen und Kostenrechner