Elektroauto

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Flocken Elektrowagen von 1888, das erste Elektroauto der Welt.[1] Das Bild zeigt die Rekonstruktion von Franz Haag (Flocken)
Camille Jenatzy in seinem Elektroauto La Jamais Contente, 1899
heutiges Elektroauto beim Aufladen
Ein Boeing Lunar Roving Vehicle, eines der drei Mondautos der NASA, ein Elektroauto; Eugene Cernan, Apollo 17-Mission am 11. Dezember 1972
Bergmann Paketzustellwagen BEM 2500 mit Elektromotor, gebaut zwischen 1922 und 1927, Leistung 20 PS, Geschwindigkeit 20 km/h, Nutzlast 2,5 t, im Museum für Kommunikation in Nürnberg

Ein Elektroauto (auch E-Auto, E-Mobil oder Elektromobil) ist nach amtlicher Definition ein Kraftfahrzeug zur Personenbeförderung mit mindestens vier Rädern (Pkw) der EG-Fahrzeugklasse M, das von einem Elektromotor angetrieben wird und die zu seiner Fortbewegung nötige elektrische Energie in einer Batterie speichert. Davon zu unterscheiden sind die Leichtelektromobile der EG-Fahrzeugklasse L (Vierrädriges Leichtkraftfahrzeug), für die sich noch kein eindeutiger umgangssprachlicher Begriff etabliert hat. Sie machen mit über einer halben Million Fahrzeugen den größten Anteil an Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb aus.[3] Da das Elektroauto im Betrieb (Tank-to-Wheel) keine relevanten Schadstoffe emittiert, wird es auch als Zero Emission Vehicle (ZEV) eingestuft.

Elektrisch angetriebene PKW, die ihre Antriebsenergie aus einer Brennstoffzelle gewinnen, sind kaum verbreitet.

Zu Beginn der Entwicklung des Automobils spielten elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge eine wichtige Rolle. Schon in den 1920er Jahren wurden sie fast vollständig von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor verdrängt. Erst in den 1990er Jahren wurde die Entwicklung und Produktion von Elektro-Kraftfahrzeugen wieder in Angriff genommen, seither verbreiten sie sich in zunehmendem Maße.

Inhaltsverzeichnis

Grundlegendes[Bearbeiten]

Alle Elektroautos treiben Räder über Elektromotoren an:

Diese konstruktiven Entscheidungen sind Sache des Herstellers oder Umrüsters, wenn von konventionellem Antrieb mit Verbrennungsmotor auf Elektroantrieb umgerüstet wird.

Die Antriebsenergie wird im Fahrzeug mitgeführt, in der Regel als aufladbare Akkumulatoren in einer Traktionsbatterie, auch in Kombination mit Kondensatoren mit hoher Energiedichte. Nichtwiederaufladbare Batterien sind eine seltene Ausnahme für einmalige Anwendungen, zum Beispiel beim Mondauto. Ebenso sind zur Gewinnung der elektrischen Energie Brennstoffzelle kaum verbreitet.

Serielle Hybridelektrokraftfahrzeuge mit Range Extender, ebenso Brennstoffzellenfahrzeuge oder Fahrzeuge mit dieselelektrischem Antrieb, nutzen verschiedene Kraftstoffe als Primärenergie, um daraus den Antriebsstrom herzustellen. Beim selten anzutreffenden Gyroantrieb wird die Antriebsenergie mechanisch in einem Schwungrad gespeichert, bis sie wieder mechanisch verwendet wird oder von einem Generator in elektrische Energie für die Fahrmotoren umgewandelt wird. Solarfahrzeuge gewinnen den Strom mittels Solarzellen auf ihren Oberflächen direkt aus Sonnenlicht.

Inzwischen investieren viele Autohersteller und einige Markteinsteiger weltweit und auch in Deutschland erhebliche Entwicklungsressourcen in Elektroautos[4][5]. Seitens der deutschen Legislative wurde 2009 mit dem nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität[6] 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.“[7] Gründe hierfür bestehen in der gewünschten Reduzierung der Abhängigkeit vom Erdöl sowie in der Verminderung der verkehrsbedingten CO2-Emissionen[6].

Auch die österreichische Bundesregierung möchte die Anzahl der Elektroautos auf Österreichs Straßen erhöhen, bis 2020 auf 200.000.[8] Aus heutiger Sicht scheinen sowohl die deutschen als auch die österreichischen Ziele nicht erreichbar zu sein.[9]

Vorteile zum Antrieb mit Verbrennungsmotor[Bearbeiten]

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. Im Vergleich zu vergleichbaren Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren verfügen aktuell ausgeführte Elektrofahrzeuge zwar meist über geringere Reichweiten, dies ist im Alltagsgebrauch jedoch für viele Nutzungen unerheblich: Statistisch gesehen betragen die zurückgelegten Wege eines Automobils an über 90 Prozent der Tage weniger als 50 km.[10] Dennoch können längere Strecken im Allgemeinen nicht in vergleichbaren Zeiten zu Verbrennungsmotor-KFZ zurückgelegt werden. Die Energiedichte von Akkumulatoren ist immer noch deutlich unter der von Flüssigbrennstoffen wie Benzin bei gleichgroßer mitgeführter Masse.

Hochpreisige Elektrofahrzeuge, wie zum Beispiel das Tesla Model S, erreichen Reichweiten bis zu 500 km und eine Ladezeit von 30 Minuten an geeigneten Ladestationen.[11][12] Vereinzelt wurde geplant, Stationen für den schnellen Akkuwechsel aufzubauen, anstatt den Akkumulator Fahrzeug-intern aufzuladen.

Nicht mehr benötigte Bauteile[Bearbeiten]

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 das Getriebe), Kraftstofftank und -versorgung, Anlasser und Lichtmaschine sowie Abgasanlage einschließlich Katalysator und Rußpartikelfilter.

Umweltbilanz[Bearbeiten]

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

Die CO2-Bilanz von Elektroautos ist Well-to-Wheel betrachtet in Deutschland auch mit Strom aus dem Strommix derzeit (Stand 2012) 30 bis 70 % besser als die von Autos mit üblichem Verbrennungsmotor.[13] Mit dem weiteren Ausbau der regenerativen Stromerzeugung ergeben sich deutliche Vorteile der Elektroautos gegenüber üblichem Verbrennungsmotorbetrieb bei den ganzheitlich betrachteten CO2-Emissionen. Auch Verbrennungsmotoren können rein regenerativ betrieben werden (siehe Biokraftstoff, aber auch Nachteile von Bioenergie[14][15] ), ebenso kann aus Sonnenenergie gewonnene elektrische Energie als Wasserstoff gespeichert und dann verbrannt werden (s.a. Power-to-Gas) - ein Verbrennungsmotor kann so ebenfalls CO2-neutral betrieben werden.

Positive Effekte im Stromnetz würden entstehen, wenn Elektroautos ihre Batterien 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. Wenn die Anzahl von einer Million Fahrzeuge erreicht werden sollte, würde dies eine Erhöhung der Stromnachfrage von 0,5 % bedeuten.

Das Öko-Institut in Freiburg hat dazu im Auftrag des Bundesumweltministeriums im mehrjährigen Projekt OPTUM einen Abschlussbericht erarbeitet.[16][17][18] Unter Bezug auf die Untersuchungen im Projekt OPTUM wurde unter anderem festgestellt, dass bei derzeit über 40 Millionen Kraftfahrzeugen mit Verbrennermotor in Deutschland gegenüber einer geringen Anzahl (Ende 2011 etwa 4500) Elektroautos in Deutschland das CO2-Einsparpotential durch Verbesserung der Verbrennertechnik anfangs größer ist.

Anfang 2012 wurden, ausgehend von einem Bericht in der taz unter der Schlagzeile Die Ökolüge vom E-Auto[19], die Aussagen der Studie zeitgleich in vielen Pressemedien falsch wiedergegeben und der Umweltnutzen der Elektroautos in Frage gestellt.[13][20][21] Auch die Organisation Greenpeace nutzte die Studie für ihre Kritik.[22] Gegen das Infragestellen der Umweltvorteile der Elektromobilität hat das Öko-Institut mit seiner Pressemitteilung Elektromobilität: taz auf Boulevard-Kurs? eindeutig Stellung bezogen.[23]

Zwar würde der Umbau der Infrastruktur CO2-Emissionen mit sich bringen, doch würde die langfristige Nutzung von Elektroautos zur Verminderung des Treibhauseffekts beitragen.[24] 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.[25]

Die Beratungsgesellschaft Automotive Science Group (ASG) aus Santa Rosa, Kalifornien (USA), 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.[26] 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. [27]

Einsatzgebiete und Fahrzeugkonzepte[Bearbeiten]

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:
  • 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[28] (ca. 17.000 Fahrzeuge weltweit pro Jahr),[29] 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.
  • 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.

Geschichte[Bearbeiten]

1839 wurde das erste Elektrofahrzeug von Robert Anderson in Aberdeen gebaut. Das erste bekannte deutsche Elektroauto baute 1888 die Coburger Maschinenfabrik A. Flocken,[30] die den Flocken Elektrowagen herstellte. Es wird vermutet, dass es sich bei diesem vierrädrigen Elektroauto um den weltweit ersten elektrisch angetriebenen Personenkraftwagen (PKW) handelt. Etwa zeitgleich konstruierten die Russen Jablotschkow und Romanow erste PKW mit Elektromotor.[31] In der Frühzeit der Kraftfahrzeuge, nach den Dampfkraftwagen, aber noch vor den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor, die heute als Basis unserer Automobile gelten, waren die Elektrofahrzeuge insgesamt überlegen.[32]

Die wachsende Luftverschmutzung in den Ballungszentren durch die massenhafte Verbreitung von Fahrzeugen mit Verbrennermotoren sowie Versorgungsprobleme mit Erdöl in den siebziger Jahren und der Entwicklung des Katalysators in den achtziger Jahren führte in den neunziger Jahren zur Verstärkung der Forschung an neuen Akkutechnologien und Elektroantrieben, die sich in einer Reihe von Prototypen, Kleinserienfahrzeugen und neuen Modellreihen zeigte.

Anfänge (ab 1821)[Bearbeiten]

Die Entwicklung des Elektroantriebs bestimmte die Anfänge der Elektroautos wesentlich. Michael Faraday zeigte 1821, wie mit dem Elektromagnetismus eine kontinuierliche Rotation erzeugt werden konnte. Ab den 1830er Jahren entstanden aus den unterschiedlichsten Elektromotoren-Typen 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 einen "Elektrokarren" gebaut haben.

Der Schotte Robert Davidson (1804–1894) erprobte 1842 auf der Bahnstrecke zwischen Edinburgh und Glasgow ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, das eine Geschwindigkeit von vier Meilen pro Stunde erreichte, wobei jedoch keine weiteren Lasten gezogen oder Passagiere befördert werden konnten. In Frankfurt am Main gelang es 1840 Johann Philipp Wagner, einen kleinen, mit einem Elektromotor getriebenen Wagen mit Anhänger auf einem Schienenkreis von 20 Metern Umfang fahren zu lassen.

Die batteriebetriebene Lokomotive von Charles Page (1851)

Der US-amerikanische Patentamtsangestellte Charles Grafton Page (1812–1868) begann 1850 nahe Washington, D.C. mit einem staatlichen Zuschuss von 20.000 Dollar den Bau einer von zwei Elektromotoren getriebenen Lokomotive. Die 15 Kilowatt starken „reciprocating“-Motoren bestanden prinzipiell aus zwei Elektromagneten, die einem Eisenstab durch wechselweises Einschalten der Spulen wie in einer Kolbendampfmaschine hin und her bewegten, diese Bewegung wurde über ein Kurbelgetriebe auf die Räder übertragen. Am 29. April 1851 führte man eine Probefahrt mit dieser von einer voluminösen Batterie gespeisten Maschine mit einer Spitzengeschwindigkeit von bis zu 31 km/h durch, die von der Lok jedoch nur vorübergehend erreicht wurde. Eine 1836 erfundene Batterie war das Daniell-Element, 1839 folgte die verbesserte Batterie von William Grove und ab 1860 gab es wiederaufladbare Bleiakkumulatoren. Sie gehen auf die Erfindung durch den Franzosen Gaston Planté im Jahr 1859 zurück.

Elektrische Ausstellungsbahn von Siemens

Werner Siemens ließ 1879 in Berlin eine zweiachsige Elektrolokomotive auf der damaligen Gewerbeausstellung auf einem 300 Meter langen Rundkurs drei Wagen mit Holzbänken für je sechs Fahrgäste ziehen. Ähnliche Ausstellungsbahnen wurden bald darauf auch anderenorts präsentiert. So ließ auf der Wiener Gewerbeausstellung von 1880 Béla Egger, ein früherer Mitarbeiter von Werner Siemens, auf einer 200 Meter langen Strecke einen motorisierten Plattformwagen hin und her fahren, der für fünf bis sechs stehende Personen geeignet war und zusätzlich einen angehängten Sitzwagen hinter sich her zog.[33]

Erste Elektro-Straßenfahrzeuge (ab 1881)[Bearbeiten]

Trouvé[Bearbeiten]

Das erste „offiziell“ anerkannte Elektrofahrzeug stammt von M. Gustave Trouvé in Paris aus dem Jahr 1881 (und wird oft mit dem nachfolgenden Fahrzeug von Ayrton und Perry verwechselt).[34]

Gustave Trouvé fuhr 1881 mit einem dreirädrigen Fahrrad (Starley Coventry) durch Paris, das er als Prüfstand für die Elektromotoren, die er baute, verwendete. Er benutzte Bleiakkumulatoren von Gaston Planté, bei denen die Bleiplatten spiralförmig angeordnet waren. 12 km/h fuhr dieses weltweit erste Gefährt seiner Art bei einer Reichweite von 14–26 km.

Das Trouvé Tricycle wurde 1881 auf der „exposition de l’électricité“ (Internationale Elektrizitätsausstellung) in Paris ausgestellt. Trouvé war damit dem einige Monate später vorgestellten Elektrofahrzeug von Ayrton & Perry, das mit einer Weiterentwicklung des Bleiakkumulators Plantés durch Camille Alphonse Faure ausgestattet war, voraus.

Trouvé schuf mit seinem Elektrodreirad 112 Jahre nach dem ersten dreirädrigen Dampfwagen von Nicholas Cugnot von 1769 die zweite maschinelle Antriebsart von Fahrzeugen, während erst fünf Jahre später Carl Benz mit seinem dreirädrigen Benz Patent-Motorwagen Nummer 1 mit Verbrennungsmotor die dritte Antriebsart erfand, die sich in heutiger Zeit fast vollständig durchsetzte.

Siemens[Bearbeiten]

Elektromote von Werner Siemens, Berlin 1882, erster Oberleitungsbus der Welt

Am 29. April 1882 führte Werner Siemens in Halensee bei Berlin einen elektrisch angetriebenen Kutschenwagen, Elektromote genannt, auf einer 540 Meter langen Versuchsstrecke vor. Es war an eine zweipolige Oberleitung gebunden und gilt als weltweit erster Vorläufer heutiger Oberleitungsbusse.

Ayrton & Perry[Bearbeiten]

Wenige Monate später bauten zwei englische Professoren, William Edward Ayrton und John Perry, ein elektrisches Dreirad[35] mit zwei großen Rädern an der Vorderachse, einem kleinen Rad hinten. Sie verwendeten für ihr Elektrofahrzeug ein Dreirad von Howe Machine Company aus Glasgow[36]. Die Geschwindigkeit wurde durch einzelnes Zu- und Abschalten der zehn Akkumulatorzellen von Camille Alphonse Faure[37] geregelt. Diese hatten eine Kapazität von 1,5 kWh und eine Spannung von 20 Volt. Der Motor leistete 0,37 kW (1/2 PS). Dieses Fahrzeug hatte eine Reichweite von bis zu 40 Kilometern und erreichte eine Höchstgeschwindigkeit von circa 14 km/h.[38] Zudem besaß es – im Gegensatz zu Trouvès Fahrzeug – keine Pedale mehr und war somit vollständig auf den Elektroantrieb angewiesen. Im Oktober 1882 fuhren sie mit ihrem Elektrofahrzeug erstmals auf der Queen Victoria Street.[37] Das Ayrton & Perry Electric Tricycle ist das erste Fahrzeug mit elektrischem Licht. Eine Rekonstruktion dieses Fahrzeuges ist im Museum Autovision ausgestellt.[39]

Jeantaud[Bearbeiten]

Der Pariser Wagenbauer Charles Jeantaud baute 1881 mit Unterstützung von Renier und Faure eine Tilbury (Kutsche) mit einem Gramme Elektromotor und stellte diese auf der „exposition de l’électricité“ (Internationale Elektrizitätsausstellung) aus. Der Tilbury ist ein leichter, einachsiger Gig, der für diesen Zweck vermutlich, ähnlich dem 1887 Volk Electric Dog-Cart, mit einem dritten Rad und einer Lenkung versehen wurde. Die Vorstellung war nicht überzeugend. Der Durchbruch kam etwas später.

Das erste Experiment (Datum nicht bekannt) führte Jeantaud vor seiner Werkstätte durch. Er fuhr ein paar Meter bis durch einen Kurzschluss die Batterien entleert wurden und das Fahrzeug stehen blieb.[40]

Volk[Bearbeiten]

1887 Volk Electric Dog-Cart

Magnus Volk aus Brighton baute 1887 seine erste Elektrokutsche. Der dreirädrige dog-cart hatte einen Elektromotor von Acme & Immisch aus London, dieser leistete ½ PS. Der Wagen fuhr auf Asphalt neun Meilen pro Stunde. Im Jahr 1895 baute Volk ein vierrädriges Elektroauto für H. M. Sultan Abdul Hamid aus der Türkei.[41]

Andrew L. Riker[Bearbeiten]

Der erste Amerikaner folgte mit seinem Elektrofahrzeug 1890 – auch wieder ein Dreirad. Vier Batterien gaben dem Fahrzeug eine Leistung von 1/6 PS. Da die Reisegeschwindigkeit nur 12 km/h betrug, war die maximale Reichweite mit 48 Kilometern weiter als die des Trouvé Tricycle.

Riker war 1896 der Gewinner des ersten Rundstreckenrennens in den USA in Providence (Rhode Island) vor einem weiteren Elektroauto.

Erste Elektroautos (ab 1888)[Bearbeiten]

Autos, technisch Personenkraftwagen genannt, sind Fahrzeuge zur Personenbeförderung mit mindestens vier Rädern.[42] Als Erfinder des vierrädrigen Kraftwagens (1886), also des Automobiles heutiger Definition gilt Gottlieb Daimler.

Parker[Bearbeiten]

Elektrisch angetriebenes Auto von Parker, ca. 1895 vor seinem Haus in Tettenhall.

Laut einem Artikel in The Telegraph von 2009 hat Thomas Parker schon 1884 das erste Elektroauto erfunden.[43] Historische Nachweise fehlen jedoch.

Flocken[Bearbeiten]

1888 Flocken-Elektrowagen (Rekonstruktion)

Das erste bekannte deutsche Elektroauto baute 1888 die Coburger Maschinenfabrik A. Flocken[44]. Es wird vermutet, dass es sich bei diesem vierrädrigen Elektroauto um den weltweit ersten elektrisch angetriebenen Personenkraftwagen handelte.[45]

Morrison[Bearbeiten]

Unter den weiteren Herstellern von Elektroautos ist der US-Amerikaner William Morrison hervorzuheben. Er baute 1890 das erste wirklich erfolgreiche elektrisch angetriebene Auto. Seine an einer Kutsche orientierten Fahrzeuge fanden eine größere Verbreitung. Acht Batterien lieferten Strom für einen 2,5 PS starken Elektromotor, ausreichend für ein Tempo von 10–12 km/h.[46]

Kriéger[Bearbeiten]

Die Marke Kriéger war einst die am weitesten verbreitete bei den Elektrofahrzeugen in Europa, vor allem im Taxigewerbe. Die von dem Franzosen Louis Antoine Kriéger (1868-1951) im Jahre 1897 in Courbevoie bei Paris gegründete Société des Voitures Electriques stellte anfangs Vorspannwagen mit Radnaben-Elektromotoren (avant-trains) für Pferdekutschen her, ab 1898 auch komplette Fahrzeuge[47].

Die große Zeit der Elektroautos (1896–1912)[Bearbeiten]

Elektrische Droschke, Höchstgeschwindigkeit: 25 km/h
Der Allrad-Rennwagen von Lohner-Porsche, im selben Jahr aufgebaut wie der Star der Weltausstellung in Paris 1900
EV-Opera-Car, Modell 68/17 B, Detroit Electric, Michigan (USA), Baujahr 1909
Hansa-Lloyd Elektro-Lastwagen CL5 oder DL5, Baujahr 1923

1897 fand die Gründungsversammlung des Mitteleuropäischen Motorwagen-Vereins in Berlin statt. Dessen Präsident Oberbaurat a. D. Klose, führte am 30. September 1897 aus: „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.“[48] Die Reichweite der historischen Fahrzeuge ist mit knapp über hundert Kilometern ähnlich hoch wie in der Gegenwart. 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 massiv zurück.[49] Zwischen 1896 und 1939 registrierte man weltweit 565 Marken von Elektroautos.[50]

Deutschland[Bearbeiten]

Elektroautohersteller: Andreas, Dixi/Wartburg, Elektra, Fahrzeugfabrik Eisenach, Fiedler, Flocken, Geha, Geist, Hagen, Henschel, Hercules, KAW, KEW/ABAM, Kliemt, Kruse, Kühlstein, Lloyd, Lux, Maier, Maxwerke, Messerschmitt-Bölkow-Blohm, Namag, Pflüger, Scheele, Siemens, Slaby-Beringer, Stoewer, Talbot (Berlin), Vulkan. Siehe auch: Liste von Elektroautos in Serienproduktion

Dem ehemaligen Mitarbeiter von Lanz, Mannheim und Erfinder Andreas Flocken ist es zu verdanken, dass Deutschland 2013 „125 Jahre Elektroauto“ feiern kann.

USA[Bearbeiten]

Um 1900 waren in den USA 40 % der Automobile Dampfwagen, 38 % Elektrowagen und 22 % Benzinwagen. In New York gab es 1901 sogar 50 % Elektroautos und 30 % Dampfwagen; die restlichen waren Naphta-, Acetylen- und Pressluftwagen. Der Höhepunkt der Elektroautowelle wurde 1912 erreicht: 20 Hersteller bauten 33.842 Elektroautos.[51]

Bekannte US-Elektroautohersteller dieser Zeit waren Detroit Electric, Columbia Automobile Company, Baker Motor Vehicle und Studebaker Electric. Henry Ford entwickelte auf Basis eines Ford Model T einen Elektroprototypen. Es kam aber nicht zur Serienproduktion, während zwischen 1908 und 1927 in den USA 15 Mio. Stück des benzingetriebenen T-Modells gebaut wurden.

Allein die Firma Detroit Electric produzierte von 1907 bis 1941 insgesamt 12.348 Elektroautos und 535 Elektro-LKW.[52] Die breite Verwendung schlug sich unter anderem bei Comics nieder, indem Oma Duck ein solches Auto fährt.[53]

Österreich[Bearbeiten]

1899 stellten die Lohner-Werke auf der Automobilausstellung in Berlin den Egger-Lohner C.2 vor. Im Jahr 1900 trat auch der in der Elektrobranche tätige Ferdinand Porsche auf der Weltausstellung in Paris mit einem Elektrowagen in das Rampenlicht der Öffentlichkeit, den er im Auftrag von Lohner konstruiert hatte. Der Lohner-Porsche verfügte über Radnabenmotoren an den Vorderrädern. Porsche sah den größten Vorteil des Elektroantriebs darin, dass weder Getriebe noch sonstige mechanische Elemente zur Kraftübertragung erforderlich waren. Auch die ansonsten geringe Reichweite des Autos hatte ihn gedanklich beschäftigt, weshalb er funktional einen Elektro- mit einem Verbrennungsmotor verband. Der Benzinmotor lieferte über einen Generator Strom für den Akkumulator, der seinerseits den Elektromotor speiste. Noch im selben Jahr 1900 wurde auch eine Rennversion gebaut, die mit einem 1800 kg schweren Akku ein Spitzentempo von 60 km/h erreichte. Diese Variante besaß an allen vier Rädern den Radnabenmotor.[54]

Italien[Bearbeiten]

1905 wurde in Turin die Società Torinese Automobili Elettrici (STAE) gegründet, die eine Lizenz der Compagnie Parisienne des Voitures Electriques nutzte.[55]

Historische Geschwindigkeitsrekorde[Bearbeiten]

Den ersten 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, Departement Yvelines nahe Paris auf. Die erreichte Geschwindigkeit war 62,78 km/h. Dieser wurde am 17. Januar 1899 von dem Belgier Camille Jenatzy am selben Ort mit dem Elektroauto CGA Dogcart mit 66,66 km/h gebrochen. Am selben Tag, am gleichen Ort, holte Gaston de Chasseloup-Laubat mit der Duc und 70,31 km/h den Rekord für sich und Jeantaud zurück. Zehn Tage später ging der Geschwindigkeitsrekord in Achères wieder an den CGA Dogcart, der nun von Camille Jenatzy gefahren wurde, und zwar mit 80,35 km/h. Am 4. März holte Gaston de Chasseloup-Laubat mit dem Jeantaud Duc Profilée sich und Jeantaud zum dritten Mal den Rekord mit 92,78 km/h. Dieser Rekord ging an Camille Jenatzy verloren, der mit seinem Elektroauto La Jamais Contente als erster Mensch über 100 km/h, nämlich 105,88 km/h fuhr.[56]

Verdrängung des Elektroautos nach 1900[Bearbeiten]

Der Niedergang der Elektroautos setzte ab etwa 1910 ein, als das Starten von Benzinern durch das Betätigen eines Anlassers anstelle des Ankurbelns viel bequemer wurde.[57] Die sehr viel größere Reichweite[57] und das Angebot billigen Öls für Vergaserkraftstoffe waren weitere Faktoren für den Nachfragerückgang bei den laufruhigen elektrischen Transportmitteln mit ihren „hochsensiblen Akkus“[57]. 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[58]. In einigen wenigen Tourismusregionen, (beispielsweise im schweizerischen Zermatt seit 1931) beherrschen Elektroautos zeitweise den gesamten Verkehr. Schon in den 1920ern spielten Kraftfahrzeuge mit Elektromotor jedoch keine ernstzunehmende Rolle mehr.

Nische (1912–1990)[Bearbeiten]

Die jahrzehntelange Stagnation bei der Entwicklung der Elektromobilität ist aus wissenschaftlich-technologischer Sicht nicht erklärbar. Diese Position vertritt unter anderem der niederländische Technikhistoriker, Literaturwissenschaftler und Ingenieur Gijs Mom. Er legte dar, dass vor allem kulturelle Faktoren die Verbreitung von elektrisch angetriebenen Autos verhinderten.[59] Schon im 19. Jahrhundert war bekannt, dass die Stärken der batteriebetriebenen Elektrofahrzeuge im Nahverkehr liegen, [48] wo sie den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor sogar überlegen sind, wie etwa eine technische Fachzeitschrift 1958 klarstellte. Man schlussfolgerte nach Darlegung der Vorzüge des Elektroantriebs, "daß man alle Wirtschaftszweige im Interesse der Volkswirtschaft dafür interessieren sollte, Elektrofahrzeuge überall dort einzusetzen, wo entsprechende betriebliche Voraussetzungen gegeben sind." [60] Doch selbst die Ölkrisen der 1970er Jahre konnten das Umdenken hin zum Elektroantrieb nicht auslösen.

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 der Bundesrepublik Deutschland baute unter anderem Auto Union im Jahre 1956 Elektrofahrzeuge auf Basis des DKW-Schnelllasters, [60] die unter anderem von Elektrizitätswerken zum Zähleraustausch genutzt wurden. Später gab es diverse Probeversuche mit Hybrid- und Duo-Bussen. Die Entwicklungen fußten auf politischen Förderprogrammen und endeten mit Auslaufen dieser Programme recht bald wieder. In der DDR wurden 1953 Elektrofahrzeuge für die Post in Berlin in Betrieb genommen. [61] Diese stammten ursprünglich von Bergmann aus den 1920er Jahren und wurden in der DDR mit modernem Aufbau versehen und für Briefkastenentleerung und Paketzustellung genutzt. [60] [62]

In den Vereinigten Staaten überlebten Elektrofahrzeuge als so genannte Nachbarschaftsfahrzeuge. Hier handelt es sich um kleine Fahrzeuge, die wegen geringer Geschwindigkeit erleichtert zugelassen werden.[63] Von 1960 bis 1964 baute Henney mit dem Kilowatt eine Elektro-Version des Kleinwagens Renault Dauphine. Ein großer US-Hersteller für leichte Personentransporter ist die Firma Global Electric Motorcars.

Der Enfield 8000 von Enfield-Neorion wurde 1969 entwickelt und von 1972 bis 1975 gebaut, davon 120 im Vereinigten Königreich. Bestückt war der Wagen mit einer 48 V 30 kWh Batterie. Die Hälfte der Fahrzeuge wurden an ein Elektrizitätsunternehmen verkauft, ein kommerzieller Erfolg blieb aus.

Bei einem Carsharing-Versuch in Amsterdam, der 1974 gestartet wurde, waren Elektroautos des Erfinders Luud Schimmelpennink als Transportmittel im Einsatz. Das dreirädrige Zwei-Personen-Auto erzielte 30 km/h, und seine Batterien konnten an Stationen binnen sieben Minuten aufgeladen werden. Das „Witkar“-Projekt blieb indessen ohne nachhaltige Resonanz und wurde mangels Zielerreichung 1986 aufgegeben.

In Dänemark wurden in der Zeit von 1981 bis 1986 mehrere Prototypen des Hope Whisper in zwei Ausführungen gefertigt. Zu einer Serienfertigung kam es allerdings nie. Bei der Premiere der ersten Generation kam es vor den Augen von 3000 geladenen Gästen, darunter dem damaligen dänischen Ministerpräsidenten Poul Schlüter, zu einem Unfall mit einem Prototypen des Whisper W1.

Renaissance (1990–2003)[Bearbeiten]

General Motors EV1, der in dem Dokumentarfilm Who Killed the Electric Car? verewigt wurde
Antriebssatz wie er in den 10.000 Elektroautos der PSA verwendet wurde
Tatra Beta, Anfang der 1990er Jahre entwickelt

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 (siehe Liste von Elektroautos in Serienproduktion). 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). Natürlich braucht ein solches Fahrzeug ein klares Konzept und trägt nicht jeden möglichen Luxus mit sich herum.

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 220Stück 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[64].

Der Hotzenblitz, ein kleines in Deutschland entwickeltes 2+2-sitziges Elektroauto, wurde von 1993 bis 1996 in kleiner Stückzahl produziert und gilt als konsequentestes deutsches Elektrofahrzeuges aus jener Zeit.

Mit dem Golf CitySTROMer versuchte VW sich zwischen 1992 und 1996[65] an einer Elektroversion des Golfs. Es wurden nur 120 Exemplare hergestellt und an große Energieversorger geliefert[66]. Das Fahrzeug war nicht frei käuflich. Die technischen Daten wurden von der Forschungsstelle für Energiewirtschaft geprüft und ein Wirkungsgrad von 49 % festgestellt. Der Energieverbrauch ab Steckdose lag bei rund 25 kWh/100 km[67]. Ursache für den recht hohen Energieverbrauch war vor allem das hohe Fahrzeuggewicht durch die ursprüngliche Basis als Verbrennerauto sowie die verwendeten Bleiakkumulatoren und der schlechte Wirkungsgrad des Ladegerätes.

Von 1994 bis 2012 wurde der CityEL von dem Vorläufer der Smiles AG in Aub bei Würzburg produziert. Die Anfänge des Fahrzeugs liegen sogar noch weiter zurück, schon 1987 wurde das Fahrzeug entworfen und erste Modelle des Vorläufers MiniEL in Dänemark produziert. 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 von der FINE Mobile GmbH hergestellt wird.

Das Elektrofahrzeug SAM ist ursprünglich ein Entwicklungsprojekt einer Schweizer Fachhochschule und wurde zuerst mit Bleiakkumulatoren verkauft. Seit einer Neuentwicklung mit Lithiumbatterien vor wenigen Jahren ist der Relaunch erfolgreich gestartet, heute wird das Fahrzeug in Polen produziert, unter anderem ist ein Schweizer im dreiköpfigen Konsortium der Eigentümer vertreten. Generalimporteur in Deutschland ist die Firma Elemo.[68]

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.

Elektroautos, die nicht zur Serienfertigung gelangten:

  • Arton Birdie, von dem 200 Exemplare hergestellt werden sollten.
  • BMW entwickelte den BMW E1 mit Natrium-/Schwefel-Batterie, stellte das Projekt aber vor der Markteinführung wieder ein. Die Angaben zur Akkukapazität (19 kWh) und Reichweite (bis 250 km) für das ca. 900 kg schwere Fahrzeug sind dabei widersprüchlich. Übernommen wurde für die neue Modellgeneration E36 lediglich die Formensprache (aerodynamisch verglaste Scheinwerfer, …).
  • A-Class electric[69] von der Daimler AG entwickelte bis 1997 zur Serienreife gebracht. Die eingesetzte Zebra-Traktionsbatterie sorgte für eine Reichweite von 200 km. Die A-Klasse wurde nach der Lockerung des „Clean Air Act und Zero Emission Mandate“ jedoch nur mit Verbrennungsmotor auf den Markt gebracht und ist in der Elektroversion in Deutschland weitgehend unbekannt.
Ein Mahindra REVA NXG Elektrofahrzeug in Indien
elektrischer Kleinstbus mia

Entwicklungen seit 2003[Bearbeiten]

AIXAM MEGA eCity auf der Umweltmesse FIMA in Lima/Peru, November 2011
Renault Twizy, Juli 2012

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

Ab 2007 ging der Kleinwagen „Mega e-City“ des französischen Kleintransporterherstellers AIXAM mit einer Bleibatterie in Serie, der eine max. Reichweite von ca. 65 km aufweist. Viele etablierte Hersteller kündigten Neuentwicklungen an (siehe auch Liste von Elektroauto-Prototypen).

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

2009 geriet General Motors nicht zuletzt wegen einer zu verbrauchsintensiven Flotte in finanzielle Probleme und kündigte an, wie weltweit auch andere Autohersteller, ab 2010 Hybridautos[70] zu fertigen. Als Ergebnis dieser Entwicklung ist das Mischhybridauto[71][72][73] Chevrolet Volt seit Dezember 2010 auf dem US-amerikanischen Markt erhältlich.[74]

2010 wird in Russland erstmals das ё-mobil vorgestellt, ein Hybridfahrzeug, dessen E-Motor von einem Generator versorgt wird, der von einem (Verbrenner-) Rotationskolbenmotor angetrieben wird (Serialhybrid). Ein Supercap-Kondensator dient dabei zur Pufferung kurzer Last-/Ladungs-Spitzen. Die Serienfertigung soll 2012 beginnen.

Der Sportwagenbauer Ruf stellte 2009 einen Elektro-Porsche, den (Greenster) vor und fertigt ihn seit 2011 in Kleinserie.

Die mia, ein ursprünglich von Heuliez als Friendly entwickeltes konsequentes Elektroauto wird seit 2011 gefertigt.

Der Cobus 2500e ist ein seit 2011 produzierter Omnibusmodell mit reinem Elektroantrieb der Firma Contrac Cobus Industries aus Wiesbaden für 23 Fahrgäste und einer Reichweite von 150 Kilometern.[75]. Er ist 2012 zwischen Mühlheim am Main, Offenbach am Main und Frankfurt-Bornheim praxisnahen Probebetrieb eingesetzt.

Ein neues Berlingo-Modell mit elektrischem Antrieb wurde bereits von der Kooperation PSA mit Venturi 2009 realisiert[76] und in einer Auflage von 1000 Stück für die französische Post produziert.[77] Ab Ende 2011 wird PSA einen leicht modifizierten Mitsubishi i MiEV, der seit Juni 2009 in Japan in Serie hergestellt wird, in Europa als Peugeot iOn und Citroën C-ZERO – lediglich für gewerbliche Kunden – verkaufen bzw. verleasen.[78]

Seit Ende 2011/Anfang 2012 produziert Renault drei verschiedene Elektrofahrzeuge in Serie: Die Stufenhecklimousine Fluence Z.E., den Stadtlieferwagen Kangoo Z.E. und die futuristische Mischung aus Roller und Miniauto: den seitlich offenen Twizy; außerdem wurde die Serienproduktion des Kleinwagen ZOE angekündigt.[79][80][81]

Einige der Elektroautos von Renault konnten auch am Wechselakkusystem von Better Place teilnehmen. Weiterentwickelt wird auch das Hybridauto, das einen Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor kombiniert. Einige Fachleute sehen diese Technik jedoch nur als Übergangslösung hin zum reinen Elektromotor.

Seit Mitte 2012 wird das Tesla Model S ausgeliefert. Seit Ende 2012 wird der Renault ZOE zu einem Preis von etwa 22.000 Euro zzgl. Batteriemiete angeboten. Seit November 2013 ist der VW E-up! ab 26.900 Euro ohne Batterie und der BMW i3 zu einem Preis ab 35.000 Euro im Verkauf. Bis Oktober 2013 wurden weltweit mehr als 83.000 Nissan Leaf verkauft und bis Januar 2014 100.000 Nissan Leaf.[82]

Elektroautos wie Tesla S, Renault Zoe, i3 usw. können ihre Akkus an Schnellladestationen innerhalb von 30 Minuten zu 80 Prozent aufladen.[83][84]

Neben Elektroautos gibt es auch Elektromotorräder, Batteriebusse, Elektrolastkraftwagen[85]

Man plant auch mit Hilfe der Akkus von Elektroautos die Nutzung von regenerativer Energie einfacher zu machen, da regenerative Energie nur unregelmäßig vorhanden ist. Daher ist es von großer Relevanz diese regenerativ erzeugte Energie zu speichern um diese so besser ausnutzen zu können. Deshalb sollen die Akkus der Elektroautos als flexible Energiespeicher zur Verfügung stehen, wenn man den Akku seines Autos auflädt. Wenn Energie ins Netz eingespeist wird, aber wenig benötigt wird, nimmt der Akku Energie auf. Wird Energie benötigt, aber wenig ins Netz eingespeist, gibt der Akku Energie ab. Damit man aber nicht mit leerem Akku losfährt, weil gerade wenig Energie ins Netz eingespeist wurde, stellt man die Uhrzeit ein, wann der Akku voll sein soll. Dies könnte eventuell übers Internet geschehen.[86]

Es gibt auch Ideen, die Autos während der Fahrt oder beim Warten an Kreuzungen aufzuladen, indem man mit Hilfe in der Straße eingebauter, induktiver Ladestationen die Akkus nachlädt.[87] Allerdings sinkt der Wirkungsgrad dieser Version des Ladens mit steigender Geschwindigkeit. So wäre ein Aufladen des Akkus während der Fahrt nur bei sehr niedriger Geschwindigkeit oder im Stand rentabel.[88] Als erstes in Deutschland straßenzugelassenes Kfz mit induktiver Lademöglichkeit gilt ein für die Lufthansa modifiziertes Elektroauto Citysax.[89]

Auch im Motorsport wird über Elektrifizierung nachgedacht: Zum 24-Stunden-Rennen am Nürburgring 2008 gingen Heinz-Harald Frentzen, Dirk Müller, Marcel Engels und Dominik Schwager mit einem Gumpert Apollo mit Hybridantrieb an den Start. Neben einem 3,3-Liter-V8-Biturbo mit 382 kW (520 PS) besaß der Apollo noch einen ca. 100-kW-Elektromotor[90]. Ab 2009 wird in der Formel 1 das KERS-System zur Bremsenergierückgewinnung eingesetzt. 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.[91] Die Formel E nimmt 2014 den Rennbetrieb auf. Beim legendären Bergrennen Pikes Peak war 2013 erstmalig ein Elektromotorrad (Lightning Electric Superbike) mit einer Zeit von 10:00,694 Minuten Sieger in der Gruppe aller Motorräder.

Heutige Verkaufsergebnisse zeigen, dass darum Leichtelektromobile und E-Bikes von der Kundschaft eher angenommen werden. Mit über 500.000 Fahrzeugen auf den Straßen sind die Leichtkraftfahrzeuge die weltweit erfolgreichste Fahrzeugklasse von Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb.[3] Nach Meinung von Greenpeace-Verkehrsexperte Wolfgang Lohbeck sind nur leichte Elektrofahrzeuge ökologisch sinnvoll.[92]

Zu Ehren des ersten deutschen Elektroautos wurde 2013 das Themenjahr "125 Jahre Elektromobilität in Deutschland" ins Leben gerufen. Es werden mit einer Reihe von Veranstaltungen und Ausstellungen die Verdienste des Coburger Ingenieurs Andreas Flocken gewürdigt.[93]

Im Mai 2014 gab Google bekannt, dass 100 Testfahrzeuge gebaut werden sollen. Dabei soll auf Lenkrad, Bremse und Gaspedal verzichtet werden. Die Fahrzeuge sind Elektroautos. Die Fahrzeuge sollen nicht in Privatbesitz wechseln sondern quasi als führerlose Taxis dienen. In einem Video zeigt Google wie Privatperson den Prototyp testen (s.a. Autonomes Landfahrzeug).[94][95]

Marktentwicklung[Bearbeiten]

Dieser Abschnitt bedarf einer Überarbeitung: Sprachliche und stilistische Mängel. Hilf mit, ihn zu verbessern, und entferne anschließend diese Markierung.

Ausgewählte Studien gehen davon aus, dass die Ära des Verbrennungs-PKWs aus Kostengründen zu Ende geht[70][96] und bereits 2018 und 2019 würden fast keine Autos mit Verbrennungsmotor mehr verkauft. Hauptsächlicher Grund sei der starke Preisverfall bei Akkus, der im Jahr 2011 noch bei 500 Euro pro kWh lag, heute (11/2013) bereits unter 200 USD pro kWh liegt und für 2014 auf unter 120 USD pro kWh geschätzt wird. Damit würden zwei wesentliche Probleme von Elektroautos gegenüber Autos mit Verbrennungsmotor (Preis und Reichweite) ausgeräumt sein, behauptet derzeit ein Zukunftsforscher. Es 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.[97][98] Der Vorstandsvorsitzende von VW, Martin Winterkorn, sah 2008 im Elektroauto die Zukunft der Automobilindustrie, jedenfalls unter der Voraussetzung, dass Atomstrom, also Elektrokraft aus nuklearen Quellen zur Verfügung stehe.[99] Teilweise wird schon ein Elektroauto-Boom gesehen, wobei der prognostizierte Marktanteil bei VW für 2020 auf nur 2 bis 3 % geschätzt wird.[100] Auch Daimler-Entwicklungsvorstand Thomas Weber meinte noch 2008, dass der Elektroantrieb die Zukunftstechnologie schlechthin sei.[5] 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.[101][102] Tatsächlich liegt heute (11/2013) der Kraftstoffpreis in vielen Ländern über 1 USD pro Liter und der Akkupreis unterhalb von 200 USD pro kWh.[103]

2013 fuhren vier von zehn 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.[104]

Aufgrund umfangreicher Subventionen waren in Norwegen 2013 neun Prozent aller verkauften Neuwagen Elektroautos.[105] Im Dezember 2013 waren in Norwegen 11 Prozent aller verkauften Neuwagen Elektroautos und in den Niederlanden 23,8 Prozent aller verkauften Neuwagen Elektroautos.[106]

Zu Verkaufsbeginn (11/2013) lagen für das Elektroauto i3 von BMW bereits 10.000 Bestellungen vor, weshalb die Produktionskapazitäten ausgeweitet werden mussten. [107]

Deutschland[Bearbeiten]

Smart fortwo electric drive von Car2Go beim Aufladen in Stuttgart
PKW-Bestand in Deutschland nach Treibstoffart

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.

Im Jahr 2013 wurden in Deutschland laut Kraftfahrt-Bundesamt 6.051 Elektro-PKW neu zugelassen, d. h. ihr Anteil an den PKW-Neuzulassungen lag bei ca. 0,205 %.[108] Am 1. Januar 2014 waren in Deutschland 12.156 Elektro-PKW angemeldet, d. h. ihr Anteil am PKW-Bestand lag bei ca. 0,028 %.[109] Eine Übersicht über am Markt befindliche Elektrofahrzeuge findet sich in der Liste von Elektroautos in Serienproduktion. Da die Markteinführung schleppend verläuft, fordern mehrere Politiker ein Marktanreizprogramm durch privilegierte Parkplätze und Öffnung von Busspuren[110]. Bei der Ladeinfrastruktur zeigt sich aktuell folgendes Bild: Nach Angaben des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) kommt derzeit eine öffentliche Ladestation auf etwa zwei Elektrofahrzeuge (für 5.960 zugelassene Elektrofahrzeuge standen zur Jahresmitte 2012 in 491 Städten und Gemeinden insgesamt knapp 2.821 öffentlich zugängliche Ladepunkte zur Verfügung). Diese Ladestationen befinden sich jedoch überwiegend in Ballungsgebieten und größeren Städten[111].

Künftig sollen nach dem Willen der Bundesregierung bis zum Jahr 2020 eine Million Elektroautos fahren. Eines der Projekte zur Umsetzung ist das Schaufenster Elektromobilität, bei dem sich mehrere Bundesländer zusammen mit Unternehmen und Hochschulen bewerben konnten. Es sind folgende vier Bewerbungen angenommen worden[112]:

  • Living Lab BW E-Mobil (Baden-Württemberg),
  • Internationales Schaufenster der Elektromobilität (Berlin/Brandenburg),
  • Unsere Pferdestärken werden elektrisch (Niedersachsen)
  • Elektromobilität verbindet (Bayern/Sachsen).

Vereinigtes Königreich[Bearbeiten]

Die britische Labour-Regierung verkündete 2009 einen Plan, der die Einführung von Elektroautos durch massive staatliche Fördermaßnahmen unterstützen und damit die CO2-Ziele erreichen helfen soll.[113]

China[Bearbeiten]

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.[114] Führend sind in China dabei die Unternehmen BYD (Shenzhen) mit den Modellen f3DM (Dualmodus) und e6 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.[115] 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.[116]

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.[117]

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.[118]

Israel[Bearbeiten]

Das US-Unternehmen Better Place löst das Problem der Akku-Aufladung anders: Die Akkus werden gegen Gebühr gemietet und können z. B. an speziellen Batteriewechselstationen gegen einen vollen Akku eingetauscht werden. Im Januar 2012 wurden die ersten 100 Testfahrzeuge in Israel in Betrieb genommen.[119] 2013 stellte das Unternehmen einen Insolvenzantrag. [120]

Vereinigte Staaten[Bearbeiten]

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.“[121]

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[Bearbeiten]

In Norwegen waren 2013 neun Prozent aller Neuwagen Elektroautos. Die norwegische Regierungen hat eine Reihe von staatlichen Vergünstigungen und finanziellen Anreizen geschaffen, unter anderem freie Fahrt auf den Busspuren.[122]

Fahrzeugtechnik[Bearbeiten]

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 viele Aggregate jeweils über eigenständige (als elektrische Aktoren fungierende) Elektromotoren bewegt und nicht über einen mechanischen Abtrieb vom Hauptmotor. Ein Grund dafür ist, dass im Stillstand oder Freilaufbetrieb der Elektromotor im Unterschied zur Verbrennungskraftmaschine nicht läuft und daher keine Energie den Hilfsaggregaten zur Verfügung stellen kann.

Ein zweiter wesentlicher Punkt betrifft das sogenannte „Packaging“, die Anordnung der Komponenten. Beim Fahrzeugaufbau mit Verbrennungsmotor werden viele Komponenten um den Antrieb herum angeordnet, während beim Elektroauto der Motor wesentlich weniger Volumen beansprucht, die Luftkühler kleiner sind und das Akkusystem flach in den untersten Bereich der Karosserie integriert werden kann. Dadurch ergeben sich wesentliche Unterschiede für die Fahrzeugtechnik:

  • aerodynamischere Frontpartie dank kleinerer Lufteinlässe für Kühler möglich[123]
  • Platz für eine Crash-freundliche Ausgestaltung des Vorderwagens (Raum für Verstrebungen und Kontakt-Platten)
  • tieferer Schwerpunkt durch schweres Akkusystem im Unterboden[124]
  • keine Kardantunnel bei Hinterradantrieb nötig, da der Motor nicht vorne sein muss (allerdings wird der Akku in nicht wenigen Modellen gerade dorthin platziert.[125])
  • Wegen fehlender Abwärme muss das Fahrzeug besser isoliert bzw. Wärme aus der Abluft zurückgewonnen werden,[126] um die Reichweite durch eine elektrische Beheizung nicht zu stark zu verringern.[127] 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.[128]
  • Es ist kein Ölwechsel nötig, weil ein Elektromotor kein Öl braucht, da gerade ein Drehstrommotor, wie er in den meisten Elektroautos verwendet wird, mit nur sehr wenig Reibung arbeitet.

Angesichts der vorangehend angedeuteten konstruktiven Randbedingungen ist die Umrüstung eines herkömmlichen PKW zum Elektroauto keine sinnvolle Lösung im Hinblick auf Sicherheit und Wirtschaftlichkeit.

Umstritten sind folgende Konstruktionsthesen:[129]

Behauptet wird,

  • die geringere Lebensdauer des Akkusystems im Vergleich zu vielen anderen nicht verschleißenden Fahrzeugkomponenten erfordere eine Austauschbarkeit des Akkusystems;
  • das Fahrwerk mit Antrieb, als Einheit gesehen, könne verschiedene Aufbauten während seiner Nutzungsdauer zulassen, ggf. auch saisonal, etwa innerhalb von Zeitabschnitten eines Jahres;
  • die Grenzen des Elektroantriebs hinsichtlich Geschwindigkeit und Reichweite ließen eine niedrigere bauartbedingte Höchstgeschwindigkeit zu und ermöglichten mildere Sicherheitsstandards, was zu geringerer Masse und damit zu geringerer Akkusystemgröße führe;
  • die Autonomie des Fahrers (Leistungsanforderung) könne während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs zugunsten der Reichweite, aber auch zugunsten der Haltbarkeit des Akkusystems beschnitten werden;
  • das Integrieren des Akkusystems in den Fahrzeugaufbau (Platz- und Gewicht-sparend) würde infolge der unterschiedlichen Lebenserwartungen der Komponenten das Fahrzeug frühzeitig in Summe obsolet machen; Beispiel: Der Akku muss nach 6 Jahren getauscht werden, das restliche Fahrzeug ist noch recht gut (Kleinwagen, Restwert ohne Akku 2.000–3.000 Euro). Ob in ein Fahrzeug mit 2.500 Euro Wert ein Besitzer nochmals 8.000–10.000 Euro für einen neuen Akku investiert, sei jedoch fraglich.
  • die Ausgestaltung der Fahrzeugoberfläche als photovoltaischer Energieerzeuger würde die Integration von kleinen und kostengünstigen Leistungsoptimierern in einzelnen Modulen (von sogenannten „Maximum Power Trackern“) erforderlich machen;
  • Ultraleichtfahrzeuge könnten auch von einer Verschieblichkeit des Akkusystems profitieren, um den Schwerpunkt zu verschieben und den Komfort (Querneigung) zu verbessern;
  • der Wegfall der Kardanwelle (Mitteltunnel), die geringere Bauart-bedingte Höchstgeschwindigkeit und die bessere (nämlich elektrische) Regelbarkeit des Fahrwerks würden es erlauben, die Fahrzeuge schmaler zu bauen.

Antrieb inklusive Steuerungs- und Regelungselektronik[Bearbeiten]

Elektromotoren stellen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren ihre Nennleistung über einen weiten Drehzahlbereich stufenlos zur Verfügung. Im Vergleich zu Verbrennungsmotoren steht in vielen Fällen in der Praxis bereits bei Stillstand und kleinen Drehzahlen (also beim Anfahren) ein großes Drehmoment zur Verfügung. Ein Drehmoment kann bis zu einer durch die Bauart und Betriebsspannung bestimmten Maximal-Drehzahl am Elektromotor abgegriffen werden. Der Verlauf des Drehmoments ist der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie des jeweiligen Elektromotortyps beziehungsweise der Antriebseinheit aus Elektromotor plus Regelungs- und Leistungselektronik-Einheit zu entnehmen. Infolge des großen Drehzahlbereichs werden prinzipiell weder ein manuell betätigtes Schaltgetriebe noch ein Automatikgetriebe oder eine Kupplung benötigt, da Elektromotoren ohne Probleme in zwei Richtungen laufen können. Auch das Rückwärtsfahren ist ohne Schaltgetriebe möglich. Elektromotoren laufen selbstständig an. Ein gesonderter Anlassermotor ist daher genauso wenig erforderlich wie ein Generator („Lichtmaschine“). Allerdings werden Getriebe, insbesondere unter Last schaltbare Zwei-Gang-Getriebe, für eine optimale Drehmomentübertragung auf die Antriebsräder, insbesondere bei Fahrzeugen mittleren und größeren Gewichts (ab etwa 700 Kilogramm aufwärts), durchaus in Betracht gezogen.[130]

Elektromotoren sind einfacher aufgebaut und besitzen erheblich weniger bewegliche Teile als Verbrennungsmotoren. Ölwechsel sind nicht notwendig. Üblicherweise werden als mechanische Lager zur drehbaren Lagerung der Läufer in den E-Motoren Wälzlager mit Fettschmierung vorgesehen. Daher arbeiten elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge hinsichtlich der Antriebseinheit in der Regel wartungsarm. Elektromotoren werden meist luftgekühlt, in einigen Fällen kommt auch Wasserkühlung zur Anwendung. Ein Elektrofahrzeug benötigt keinen Kraftstofftank und keine Kraftstoffpumpe, jedoch einen Fahrregler (Leistungselektronik) und, sofern das Wiederaufladen des Akkusystems an Stromtankstellen für das Fahrzeug vorgesehen ist, einen Akku-Schnelllader.

Die Einsparung an Gewicht durch den Wegfall diverser Baugruppen gegenüber dem Verbrennungskraftmaschinenantrieb wird überkompensiert durch das hohe Gewicht der Akkus. Die Energiedichte eines Akkus ist erheblich geringer als die von Kraftstoff (circa ein Hundertstel).

Ein Konzept für den Antrieb ist der Radnabenmotor. Dabei ist jedes Rad mit einem eigenen Motor ausgestattet, der sich in der Regel innerhalb der Felge befindet. Bei dieser Art des Antriebes entfallen die zentrale Motoreinheit sowie die Antriebsstränge hin zu den Rädern, was den Gesamtaufbau vereinfacht. Jedoch wird dabei eine höhere ungefederte Masse in Kauf genommen und die Motoren sind stärker den Umwelteinflüssen ausgesetzt.

Als Antrieb für Elektroautos kommen verschiedene Antriebstypen in Frage. 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.[131] 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 400V-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[132] 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.[Anmerkung 1] Die Elektromotoren, genauer gesagt, die permanentmagneterregten Synchronmaschinen, gelten als ausgereift. Alternativ zum umrichtergeführten Synchronmaschinenantrieb kommen als Antrieb in Kleinfahrzeugen auch bürstenlose Gleichstrommotoren mit Regelung zum Einsatz. Dabei muss dann die Kommutierung durch eine elektronische Schaltung bewerkstelligt werden. 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.
Da die Läufer permanenterregter Synchronmaschinen Seltene-Erden-Legierungen benötigen, die zum Teil Seltene-Erden-Metalle wie etwa Neodym oder Samarium enthalten, deren Preise auf den Weltmärkten stark schwanken, und da der Antrieb das Elektroauto nicht zu teuer geraten lassen darf, da die Traktionsbatterie ohnehin sehr teuer ist, werden in jüngster Zeit noch weitere Antriebskonzepte ins Gespräch gebracht, die darauf abzielen, die Permanentmagneterregung zu umgehen. So wird als Alternative die fremderregte Synchronmaschine vorgeschlagen.[133] 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.[134][135][136] Letzteres Konzept besitzt den Vorzug, dass dabei im Vergleich zum Synchronantrieb ein gewisser Betrag an Gewicht eingespart werden kann, besitzt im Vergleich zum permanentmagneterregten Synchronantrieb aber auch den Nachteil, dass der elektrisch-mechanische Wirkungsgrad etwas schlechter wird. Als noch andere Alternative 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.[137]

Nutzbremsung[Bearbeiten]

Elektromotoren eignen sich im Generatorbetrieb zur Rückwandlung der kinetischen Energie (Bewegungsenergie) in elektrische Energie. Diese Funktion als Nutzbremse, auch Rekuperation genannt, spart bei häufigem Starten und Stoppen sowie beim Bergabfahren Energie, 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 innerstädtisch bis zu 30 % Energie eingespart werden.[138]. Dieser Wert wird auchbei 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[139]. Kondensatoren können kurzfristig sehr hohe Energiemengen aufnehmen. Ein Verschleiß der Kondensatoren findet dabei nicht statt.

Verbrauch und Wirkungsgrad[Bearbeiten]

Die Menge der nötigen Antriebsenergie eines Fahrzeuges ist vor allem von den Parametern Luft- und Rollwiderstand sowie der Fahrzeugmasse abhängig. Die Antriebsart ist ebenfalls relevant, da sie erheblichen Einfluss auf die Fahrzeugmasse hat (bei gleicher Reichweite der Fahrzeuge; siehe auch Energiedichte von Energiespeichern).

Elektromotoren haben einen sehr hohen Wirkungsgrad und daher weniger Energieverluste als Verbrennungsmotoren. 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 keine Energie; Verbennungsmotoren sind daher zunehmend mit Start-Stopp-Systemen gekoppelt. Elektrofahrzeuge besitzen häufig die Fähigkeit, beim Bremsen durch Nutzbremsung einen Teil der Antriebsenergie zurückzugewinnen; bei Verbrennungsmotor-Antrieben ist dies sehr selten (Beispiel: Mazda 3 (seit 2013)).

Zur Betrachtung der Betriebskosten wird oft der Wirkungsgrad der Fahrzeuge in Bezug zur direkt zugeführten Energie (zum Beispiel ab Tankstelle beziehungsweise Steckdose) gesetzt, dies nennt man „Tank-to-Wheel“.

Über den Wirkungsgrad entscheidet hierbei die Effizienz der im Fahrzeug erfolgten Energieumwandlungen. Vor allem diese können vom Hersteller konstruktiv beeinflusst werden und werden in den Herstellerangaben (Verbrauch) zum Fahrzeug ausgewiesen. Allgemein weisen Elektromotoren typischerweise Wirkungsgrade von 90 bis 98 % auf. Bis auf Ausnahmen ist in der Europäischen Union ab 2011 ein Wirkungsgrad >94 % für Elektromotoren vorgeschrieben. Da auch die zugehörige Elektronik Wirkungsgrade um 95 % aufweist und moderne Akkusysteme 90 bis 98 % Energieumsatz erreichen, besitzen Elektroantriebe einen viel höheren Tank-to-Wheel-Wirkungsgrad als Antriebe mit Verbrennungsmotor.

Der Wirkungsgrad von Benzinmotor beträgt maximal 35 %, der von Dieselmotoren maximal 45 %, da bei einem Verbrennungsmotor ein Großteil der Energie in Wärme umgewandelt wird.[140] Dazu kommt, dass im praktischen Betrieb dieser optimale Wirkungsgrad nur selten erreicht wird und durch mehrstufige Getriebe bei Antrieben mit Verbrennungsmotor weitere Verluste entstehen. Deshalb wird bei einem Verbrennungsfahrzeug im Durchschnitt weniger als 25 % der Energie des Treibstoffes in Bewegungsenergie umgewandelt.[141] In Fahrzeugen verwendete Elektromotoren zeigen dagegen über die ganze Lastkurve einen sehr guten Wirkungsgrad, während bei Verbrennungsmotoren im Teillastbereich der Wirkungsgrad besonders stark sinkt. 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.[142]

Diese Sichtweise berücksichtigt jedoch noch nicht die Verluste bei der Bereitstellung der Antriebsenergie (Well-to-Tank), die in eine ökologische Gesamtbetrachtung einbezogen werden müssen. Will man den Wirkungsgrad des Gesamtsystems „Auto“ (Well-to-Wheel) betrachten, muss man auch die vorgelagerten Verluste bei Energiewandlungen und von Energieübertragungen betrachten. 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) weit höher als der Stromverbrauch „ab Steckdose“. Der Primärenergiefaktor (also die Angabe um wie viel mehr Primärenergie eingesetzt wird, als elektrische Energie genutzt werden kann) liegt in Deutschland gemäß Energieeinsparverordnung bei 2,7.

Noch geringer ist der Wirkungsgrad von Elektrofahrzeugen mit Wasserstoffspeicher, da sowohl zur Gewinnung des Wasserstoffes (derzeit 2012 vorrangig aus fossilem Erdgas), als auch zur Speicherung (bis 700 bar Kompression oder Verflüssigung ca. -253 °C) extrem energieaufwendig ist. 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 %.[143] Zusammen mit dem Stromerzeugungswirkungsgrad der Brennstoffzelle von etwa 60 %[143] ergeben sich Verluste von etwa 61 % auf dem Weg vom Stromerzeuger bis zum Antriebsmotor im Fahrzeug. Für den selben Weg betragen die Lade- und Entladeverluste eines Lithim-Ionen-Akkumulators lediglich 10 bis 20 %[144] Da ein Großteil der Lade- / Entladeverluste auch bei einem Brennstoffzellenfahrzeug bei der Traktionsbatterie anfallen, sind die Energieverluste tatsächlich noch höher als bei einem Elektroauto. Aus diesen Gründen sind die Betriebskosten eines Elektrofahrzeugs stets deutlich geringer als bei einem Brennstoffzellenfahrzeug, wenn die Wasserstofferzeugung über elektrischen Strom (Elektrolyse) erfolgt. Wasserstoff kann jedoch über große Entfernungen mit niedrigem Verlust transportiert werden; auch ein Zwischenspeichern ist sehr viel einfacher als für elektrischen Strom. Bei obiger Rechnung ist für den Transport des elektrischen Stroms nur eine typische innerdeutsche Entfernung zugrundegelegt (Primärenergiefaktor=2,7).

Berücksichtigt man die Verluste bei Gewinnung, Raffinierung, Erkundung, Bohrung und Transport der fossilen Kraftstoffe, so ergibt sich ein Wirkungsgrad von <90 % bei der Herstellung von Benzin. Unter Berücksichtigung des Tank-to-Wheel-Wirkungsgrads ergibt sich auch nach Berücksichtigung der Primärenergie laut Energieeinsparverordnung ein Wirkungsgrad für Elektroautos von etwa 30 % und für Benzinfahrzeuge von etwa 13 %.

Batterie-Management-System[Bearbeiten]

Für die Akkumulatoren werden Batteriemanagementsysteme (BMS) verwendet, die die „Lade- und Entladesteuerung, Temperaturüberwachung, Reichweitenabschätzung und Diagnose“[145] übernehmen.

Energiespeicher[Bearbeiten]

Zentraler Punkt in der Entwicklung von Elektroautos ist der Energiespeicher, da ein Automobil – anders als etwa Schienenfahrzeuge – während der Fahrt normalerweise nicht mit dem allgemeinen 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.[146][147][148][149] In wenigen Jahren möchte Tesla seine Autos innerhalb von 5 bis 10 Minuten wiederaufladen können.[150] Die Preise für Akkumulatoren sind in letzter Zeit (Stand Anfang 2014) stark gefallen, Tendenz fallend (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[Anmerkung 2] Wasserstoffspeicherung
Brennstoffzelle PEMFC
Elektromotor

60 %[151]
95 %
3 (+125[152] 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[Bearbeiten]

Hauptartikel: Traktionsbatterie

Für den Energiespeicher bei Elektroautos gibt es verschiedene Konzepte: Durchgesetzt hat sich bis auf weiteres (2014) der Lithium-Ionen-Akkumulator (s. Tesla Model S, BMW i3, Renault Zoe, Nissan Leaf, VW E-up! usw.).

Übliche Bleiakkumulatoren, die als Starterbatterien für Verbrennungsmotoren dienen, sind nicht auf hohe Zyklenfestigkeit optimiert und besitzen eine zu geringe Energiedichte - sie sind zu schwer für den gebotenen Energieinhalt. Daher sind sie für Antriebszwecke kaum geeignet. Zeitweise wurden speziellfür Traktionszwecke entwickelte Bleiakkumulatoren verwendet, sie haben aber immer noch zu geringe Zyklenfestigkeit.

Zur Lebensdauer siehe: Haltbarkeit der Akkusysteme

Reichweiten von 300 km bis 500 km und mehr werden durch den Einsatz von Akkumulatoren auf Lithiumbasis (Lithium-Ionen-Akku bzw. Lithium-Polymer-Akku und in Zukunft Lithium-Luft-Akkumulator) möglich, die eine wesentlich höhere Energiedichte bei gleichzeitig reduziertem Gewicht haben. Theoretisch kann zwar bei jedem Fahrzeug, das bisher mit Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkumulatoren fährt, diese gegen Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgetauscht und das entsprechende Ladegerät nachgerüstet werden, um ein Vielfaches der ursprünglichen Reichweite zu erzielen. 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 €.[153] Jedoch sind mittlerweile die Preise für Akkumulatoren stark gefallen (s. Akkupreise).

Bei Defekten braucht nicht die gesamte Traktionsbatterie getauscht zu werden, meist genügt ein Austausch der defekten Zellen oder Zellblöcke. Durch das Batteriemanagementsystem (BMS) werden einzelne defekte Teilblöcke erkannt und gemeldet. Ein Austausch einzelner Zellen wegen Alterung und Verschleiß ist dagegen selten zweckmäßig, da in einem Traktions-Akkumulator in Reihenschaltung dann die nächst-schwächere Akkuzelle den begrenzenden Faktor für die nutzbare Kapazität des gesamten Akkusatzes darstellt.

Während bei NiCd-, NiMH-, und Bleiakkumulatorsätzen oft nur Teilblöcke aus mehreren Zellen überwacht werden, werden bei Lithium-Akkumulatoren die Zellen meist einzeln überwacht. Grund ist neben der geringeren Zellspannung (z. B. 1,2 V bei Nixx-Akkus erfordert eine sehr hohe Zahl an Einzelzellen) auch die Empfindlichkeit der Lithium-Akkumulatoren gegen Überladung und Tiefentladung, die durch das BMS verhindert werden muss.

Die meisten Elektrofahrzeuge eignen sich hauptsächlich für den Einsatz in der Stadt und auf Kurzstrecken, was jedoch nicht mehr für den Tesla Model S gilt, welcher eine Reichweite von bis zu 500 km hat und in 30 Minuten geladen werden kann. In der Vergangenheit nutzten die meisten Elektroautos Akkumulatortypen (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. Um diese Reichweiten zu erzielen, wurden Energiesparmaßnahmen wie Leichtbau und der Verzicht auf Sonderausstattungen eingesetzt.

Rekordfahrt[Bearbeiten]

Am 26. Oktober 2010 ist erstmals ein alltagstaugliches Elektroauto von München nach Berlin gefahren, teilten das Technologieunternehmen DBM Energy und der Stromanbieter lekker Energie in Berlin mit. Die 605 Kilometer, die der speziell umgebaute Audi A2 mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 98 km/h bei niedrigen Temperaturen zurücklegte, sind (unter den vorliegenden Bedingungen) die weiteste jemals ohne Ladestopp gefahrene Strecke. Forschern der in Berlin ansässigen DBM Energy GmbH sei es gelungen, einen neuartigen Hochleistungsakku zu entwickeln,[154] der im Bereich leistungsorientierter Anwendungen neue Maßstäbe setzt. Laut DBM kann im Vergleich zu traditioneller Akkutechnik eine Leistungssteigerung von bis zu 400 % erreicht werden. Mit einem garantierten Wirkungsgrad über 95 % ist eine Energiekostenersparnis von bis zu 70 % möglich.[155] Der ADAC äußert jedoch ernsthafte Zweifel an der Seriosität der Behauptungen bezüglich dieser Testfahrt und des verwendeten Akkus,[156] zumal das „Lekker-Mobil“ im Dezember unter bis dato nicht geklärten Umständen verbrannte.[157] Dazu hat im Kontrast zur Sensationspresse DBM-Energy-Chef Mirko Hannemann auch seine Wahrnehmung der Geschehnisse dargelegt.[158] Die Zweifel an der Batterie gründen unter anderem auch auf der behaupteten Energiedichte von weit über 300 Wh/kg. Zur Klärung des Zuverlässigkeitsverhaltens sowie der Lade- und Kapazitätseigenschaften der Batterie hat der seinerzeitige Bundeswirtschaftsminister Rainer Brüderle eine Untersuchung durch die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) angeordnet.
Etwa um den 30. März 2011 sind die Untersuchungsergebnisse der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und der DEKRA zum Akkusystem von DBM-Energy vorgelegt worden. Danach hat das sogenannte „Kolibri-Akkusystem“ die sicherheitstechnischen Tests sowie die Reichweitentests im eingebauten Zustand in einem Fahrzeug seitens der beiden Institutionen bestanden.[159][160] Prof. Dr. Volkmar Schröder von der BAM bestätigte die Ergebnisse in puncto Sicherheit des Akkusystems.[161] Die Zeitschrift „AutoBILD“ hält dagegen die Zweifel an der Rekordfahrt des sogenannten „Lekker-Mobils“ für noch nicht entkräftet, da im Versuchsfahrzeug der DEKRA nicht ein Akkusystem mit gleicher, sondern kleinerer Ladekapazität als beim „Lekker-Mobil“ verwendet wurde und die Ladekapazitäten nicht einfach hochgerechnet werden können, so AutoBILD.[162]

Das Versuchsfahrzeug der DEKRA hat mit ca. 36 % kleinerer Akkuladekapazität (ca. 63 kWh an Stelle von ca. 99 kWh) eine Reichweite von 454,82 km auf dem Rollenprüfstand erbracht. Bei Annahme einer linearen Skalierung würde dies bei dem größeren Akku eine Reichweite von über 714 km und somit 18 % mehr als bei der Rekordfahrt entsprechen.[163]

Japan[Bearbeiten]

In der Zeit vom 18.–20. Januar 2011 hat der japanische Kleinserienhersteller TGMY auf der Dritten Elektro- und Hybridantriebssystem-Technikausstellung in Tokio sein neuestes Modell, den TGMY Himiko, vorgestellt. Dieser Roadster, der aus einem umgebauten Mitsuoka Himiko (aufbauend auf dem Mazda NC MX-5-Fahrgestell) hervorgegangen ist, ist mit einem System aus Lithium-Polymer-Akkus bestückt und erreicht eine Reichweite von 550 km.[164][165] Dies übertrifft den 2012 in Großserie gehenden Tesla Model S, der in seiner Langstreckenvariante eine Reichweite von bis zu 300 Meilen (= 482 km) erreicht.[166]

Kondensatoren[Bearbeiten]

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

In Shanghai (China) gibt es experimentelle Batteriebusse, die Superkondensatoren als einzigen Speicher der Antriebsenergie verwenden und in den Haltestellen aufladen. Der MAN Lion’s City wird in einer Hybridversion in einer Kleinserie produziert, wobei ebenfalls Kondensatoren eingesetzt werden. Es gibt seit einigen Jahren Versuche, Kondensatoren und Akkumulatoren zu kombinieren.[167] Der Kondensator übernimmt hierbei die Spitzenlast und schont damit den Akkumulator. Doppelschicht-Kondensatoren sind als Energiespeicher dem Akkumulator zwar insbesondere in der Leistungsdichte und praktisch allen Kennwerten außer der Energiedichte weit überlegen, sie erreichen jedoch nur etwa 5 Wh/kg und sind damit etwa um den Faktor zehn schlechter als Akkumulatoren. Kondensatoren haben kaum eine Beschränkung beim Lade- und Entladestrom. Dies ist beim Nutzbremsen und Anfahren ein Vorteil. Der Wirkungsgrad eines Kondensators beträgt nahezu hundert Prozent, da keine chemische Umwandlung stattfindet, jedoch gibt es eine ständige Selbstentladung, die typischerweise höher als die von Akkumulatoren ist. Es gibt keinen Memory-Effekt oder Beschränkung der Anzahl der Ladezyklen, und es kann in jedem Ladezustand geladen oder entladen werden. Wegen des anderen Spannungsverlaufes eines Kondensators (lineare 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[Bearbeiten]

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 noch keine großen Reichweiten erlaubt, die Ladezeiten pro Vollaufladung bis zu acht Stunden dauern und die Stromtankstellendichte noch sehr gering ist, werden mitunter Zusatzgeräte zur Erzeugung von elektrischem Strom im Fahrzeug eingesetzt, sogenannte „(Reichweiten)verlängerer“ (häufig engl.: Range Extender). Im einfachsten Fall wird dabei ein Notstromaggregat im Fahrzeug mitgeführt. Nach genau dem gleichen Prinzip arbeitet der serielle Hybridantrieb, jedoch mit fest installiertem Stromerzeuger. Die Kombination von Elektroantrieb, Generator, Akkumulator und Verbrennungsmotor erlaubt eine große, von Aufladepunkten unabhängige Reichweite. Mitunter kann der Akkumulator auch direkt am Stromnetz aufgeladen werden (Plug-in-Hybrid). Lösungsansätze, um diese Zusatzlast im Kurzstreckenbetrieb zu vermeiden, gibt es zum Beispiel von Mindset oder AC Propulsion. Sie setzen beide auf Generatoren, die bei Bedarf in oder an das Elektroauto angebaut werden können, wobei Mindset die Entwicklung seines Elektroautoprojektes 2009 weitgehend eingestellt hat.[168][169][170]

Als Alternative zu Benzin- oder Dieselgeneratoren werden Brennstoffzellen als Energielieferant gesehen. Dieser stehen gegenwärtig aber die Nachteile der Brennstoffzelle wie geringe Lebensdauer, hohe Kosten, fehlendes Tankstellennetzwerk und geringe Reichweite entgegen (siehe auch Brennstoffzellenfahrzeug). Beim Einsatz von Brennstoffzellen wird zusätzliche Energie in Form von Wasserstoff oder niedermolekularen Alkoholen (Methanol, Ethanol) im Fahrzeug mitgeführt. Da Brennstoffzellen nur schlecht geregelt werden können und keine Energie aus einer Rekuperation aufnehmen können, wird die Energie in einer Traktionsbatterie teilweise zwischengespeichert.

Bei Niedrigenergiefahrzeugen kann auch über Solarzellen die Reichweite vergrößert werden. Ein zusätzlicher Pedalantrieb bei Leichtfahrzeugen kann einen reinen Elektroantrieb unterstützen (zum Beispiel Twike).

Fahrzeugemissionen[Bearbeiten]

Elektroautos sind als emissionsfreie Fahrzeuge insbesondere dort sinnvoll, wo es gilt, lokale Schadstoffemissionen zu reduzieren (z. B. zur Bekämpfung von Smog). Sie erfüllen die „zero emission“-Vorschriften, die in Kalifornien seit 1990 zur Luftreinhaltung gelten.[171]

Beim Verkehrslärm lassen sich zum Teil Lärmminderungen erreichen. Elektromotoren sind zumeist sehr leise, was daran liegt, dass sie keine lauten explosionsartigen Verbrennungen zur mechanischen Energieerzeugung, wie zum Beispiel Dieselmotoren, nutzen. Lärmreduzierungen machen sich hier vor allem bei Lastkraftwagen und motorbetriebenen Zweirädern bemerkbar. Die zunehmend 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.[172] Da aber Elektroautos im Geschwindigkeitsbereich bis etwa 40 km/h von anderen Verkehrsteilnehmern wie Kindern, Radfahrern und sehbehinderten Fußgängern nicht rechtzeitig akustisch wahrgenommen werden können, haben Fahrzeughersteller wie Nissan 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.[173]

Feinstaub-Emissionen entstehen bei Elektroautos nur im geringen Umfang durch Reifenabrieb und Bremsvorgänge. Letztere werden teilweise durch Energie-Rückgewinnungs-Systeme vermindert. Doch ein großer Teil würde durch die fehlenden Abgase der Verbrennungsmotoren verschwinden, die zu schweren Atemwegserkrankungen führen können.[172]

Elektrofahrzeuge können je nach Primärenergieeinsatz Emissionen für ihren Betrieb vom Fahrzeug weg zu den Kraftwerken verlagern, in denen der Strom für ihren Betrieb produziert wird. Die Emissionen können auch insgesamt stark verringert werden, wenn emissionsfreie oder regenerative Primärenergien wie Windenergie, Photovoltaik oder Bioenergien eingesetzt werden.

Bei Betrachtungen zur Umwelt- und CO2-Belastung muss die Produktion des für das Auto verwendeten Stroms betrachtet werden. Beispielsweise bedeutet der deutsche Strommix 2007 eine CO2-Emission von 550 Gramm CO2 pro kWh. Schon beim Betanken mit dem Strommix erreicht das Elektrofahrzeug bei einer Well-to-Wheel-Betrachtung eine günstigere CO2-Bilanz als Autos mit Verbrennungsmotor. „Selbst wenn Kohlekraftwerke zum Einsatz gelangen, macht man in Bezug auf die Klimabilanz keinen Rückschritt und erschließt zugleich andere Vorteile der Elektromobilität“.[174] Bei zunehmender Verwendung von Ökostrom schneiden alle Elektroautos zunehmend besser ab.

Wirtschaftlichkeit[Bearbeiten]

Den sehr niedrigen Betriebskosten von Elektrofahrzeugen standen 2012 noch hohe Anschaffungskosten infolge teurer Kleinserienfertigung gegenüber. 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 €.

Preise für Akkumulatoren sind stark gefallen (s. Akkupreise).

Durch die gesunkenen Preise für Lithiumakkumulatoren (2012 ab etwa 300 €/kWh[175], Juni 2013: 200 €/kWh[176] weitere Preissenkungen werden erwartet[177][176] (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 (kein komplizierter Motor mit Anbauteilen, kein Getriebe, usw.).[178][179]

Insbesondere für Gewerbe und Transport gibt es (03/2014) bereits kleine Kastenwagen ab einem Preis von 20.000 Euro zzgl. Batteriemiete.[180][181][182]

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.[101][102] 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.[183] Dies ist jedoch nicht direkt auf Deutschland oder die EU übertragbar und berücksichtigt keine Sekundäranforderungen oder -effekte. Beispielsweise ist die BRD auf die Mineralölsteuer angewiesen und müsste bei starker Verbreitung von Elektroautos zum Ausgleich entsprechender Steuerausfälle andere Steuern einführen oder erhöhen, um ihre Steuereinnahmen auf demselben Niveau zu halten.

Haltbarkeit der Akkusysteme[Bearbeiten]

Die Wirtschaftlichkeit des Elektroautos hängt auch von der Haltbarkeit der Traktionsbatterie ab. Dabei müssen zwei verschiedene Aspekte unterschieden werden:

  • kalendarische Alterung (Verschleiß auch ohne Nutzung, begünstigt oft durch ungünstige Temperaturen)
  • Zyklenhaltbarkeit (Anzahl der Lade- /Entladezyklen bis zur definierten Verringerung von der Ausgangskapazität, meist auf 80 %)
Hotzenblitz-Traktionsbatterie (180 V) aus 56 einzelnen Zellen Thunder Sky LPF60AH, BMS-Modul für jede Einzelzelle und Busverkabelung

Plug in America hat unter Fahrern des Tesla Roadster eine Umfrage durchgeführt bezüglich der Lebensdauer der verbauten Akkus. Teilgenommen haben 4% der Tesla-Roadster-Besitzer. Dabei ergab sich, dass nach 100.000 Meilen = 160.000 km die Akkus noch eine Restkapazität von 80 bis 85 Prozent hatten. Dies war unabhängig davon, in welcher Klimazone das Fahrzeug bewegt wurde.[184]

Bezüglich der Akku-Haltbarkeit gibt zum Beispiel Tesla (für das Model S) acht Jahre Garantie mit unbegrenzter Laufleistung für seine 85 kWh Akkus.[185]

Lithium-Eisenphosphat-Akkumulatoren, welche auch als Traktionsbatterien eingesetzt werden, erreichen nach Herstellerangaben mehr als 5000 Zyklen bei jeweiliger Entladetiefe von 70 % (Depth of Discharge, DOD). [186] Wenn man 300 Ladezyklen pro Jahr für ein Auto annimmt (also etwa ein Ladevorgang pro Tag), könnte dies für ein Autoleben ausreichend sein, zumal selten an einem Tag die volle Kapazität eines Akkus genutzt wird und flachere Ladezyklen allgemein zu einer längeren Lebensdauer führen (s. Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator).

Batteriemanagementsystem (BMS)[Bearbeiten]

Erfahrungen mit Akkus im schnurlosen Telefon und in Laptops haben gezeigt, dass die Haltbarkeit wesentlich von den Einsatzbedingungen und guter Beschaltung abhängt. Batteriemanagementsysteme (BMS) inklusive Temperaturmanagement sind bei Traktionsbatterien mit vielen einzelnen Zellen unabdingbar. Sie verhindern die schädliche und eventuell sicherheitskritische Überladung oder Tiefentladung der Akkuzellen und kritische Temperaturzustände. Sehr zu empfehlen ist die Überwachung jeder einzelnen Zelle, damit reagiert werden kann, bevor weitere Zellen geschädigt werden. Damit beim Ausfall einer einzelnen Zelle nicht das gesamte Akkusystem erneuert werden muss, sollte diese einzeln austauschbar sein.

Entladetiefe[Bearbeiten]

Zu beachten ist außerdem, dass im Traktionsbetrieb in der Regel nicht die gesamte Nennkapazität genutzt werden sollte. 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.

Temperaturabhängigkeit von Akkusystemen[Bearbeiten]

Verschiedene Akkumulatorsysteme (NiMh, Lithium-Polymer) müssen bei sehr tiefen Temperaturen gewärmt werden, da unterhalb ca. -20 °C die Gefahr des Einfrierens (z. B. bei geparkten Elektroautos) besteht. Die mittlerweile veralteten Bleiakkumulatoren sind bei tiefen Temperaturen fast unbrauchbar im Traktionsbetrieb. Nasse NiCd-Zellen der Firma Saft sind dagegen recht unempfindlich gegenüber tiefen Temperaturen. Allen Akkusystemen ist gemein, dass sich bei tieferen Temperaturen (unterhalb ca. 10 °C) die Leistungsabgabe verschlechtert, da die Beweglichkeit der Ladungsträger abnimmt. 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. Niedrige Temperaturen erhöhen dabei die kalendarische Lebensdauer.

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

Hersteller temperieren deshalb die Akkus mitunter in ihren Fahrzeugen.[187]

Internationale Übereinkünfte[Bearbeiten]

Die Europäische Union, die USA und Japan möchten eine weltweite Angleichung der Vorschriften für Elektrofahrzeuge erreichen. 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 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.[188][189]

Obwohl alle Ladesysteme auf der Vereinbarung IEC 62196 aufbauen, existieren bei Ladesteckern länderspezifisch unterschiedliche Typen. Für den Anschluss an Ladestellen mit Wechsel- oder Drehstrom bis 43 kW ist der "Mennekes Stecker" IEC Typ2 der EU-Standard.[190] Für die Schnellladung mit Gleichstrom wird neben dem eingeführten japanischen CHAdeMO-System ein einheitlicher Standard auf Basis des Combined Charging System (CCS) angestrebt. 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.[191] Allerdings fertigen diese Hersteller vor 2014 nur wenige käufliche Elektroautos, erst Ende 2013 kamen Fahrzeuge mit einem CCS-Anschluss auf den Markt.

Energiewirtschaftliche Aspekte und Elektromobilität[Bearbeiten]

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 (Stromtankstellen) genutzt wird. Das Wort Elektromobilität ist auch ein Sammelbegriff für die Besonderheiten (z. B. Einschränkungen), die Elektrofahrzeuge im Alltag bislang haben.

Weltweit gibt es einige Orte, in denen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren nicht zugelassen sind und die oft als autofrei bezeichnet werden. Dazu zählen beispielsweise verschiedene schweizerischen 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 der Insel verkehren dürfen, sind überwiegend Elektrofahrzeuge.

Ladestationen und Infrastruktur[Bearbeiten]

ältere Stromtankstelle in Freiburg im Breisgau
Stromtankstelle in Reykjavík
Verkehrsschild: Hinweis auf Stromtankstelle (Reykjavík)

Prinzipiell können die meisten Elektroautos (in einem langsamen Lademodus) an jeder Steckdose aufgeladen werden. In Industrie und Gewerbe- Elektroinstallationen sind Schuko-Steckdosen zwar meist für den 16-Ampere-Dauerbetrieb ausgelegt. Eine übliche Haushalts- Schukosteckdose liefert hingegen durch die dort gewählte Leitungsdimension und Leitungsschutzschalter charakteristisch nur 10A bis 13A und nur kurzzeitig bis 16 Ampere x 230 Volt = ca. 3,6 kW (Ausnahmen sind dezidierte Stromkreise für Haushalts-Elektro- Großgeräte wie Trockner, Waschmaschinen, Herde etc.). Da der Schuko-Standard an der Steckdose keinen Hinweis auf den 16-Ampere-Betrieb kennt, muss allgemein davon ausgegangen werden, dass Schuko-Anschlüsse daher lediglich mit 10A -12 A belastbar sind; dies erklärt auch die geringere Leistung der üblichen Bordlader für Schukoanschluss von ca. 2500 W. Zudem muss beim Laden an der Haushaltssteckdose beachtet werden, dass man diesen Stromkreis eventuell bereits mit anderen Verbrauchern im Haushalt teilt. Es muss also beim Laden eines Elektrofahrzeuges im Haushalt darauf geachtet werden, dass ein eigener Stromkreis verwendet wird (was meist auf Steckdosen für Trockener, Waschmaschinen, Herde, und Steckdosen im Hobby- oder Werkraum zutrifft). Dauerhaft (6 Stunden) mit 16 A belastbar ist der einphasige blaue CEE-Cara "Campingstecker" nach IEC 60309, die auch die roten, sogenannten "Drehstrom"-Steckersystem spezifiziert. Die sogenannte Drehstrom- oder Kraftsteckdose mit drei Phasen kann in der Ausführung 16 A das Dreifache, ca. 11 kW übertragen, bei 32 A ca. 22 kW. Vereinzelt werden auch noch stärkere Anschlüsse (63 A, 125 A) angeboten. Diese bedingen eine sehr leistungsfähige Ladetechnik oder sind für Mehrfachanschlüsse ausgelegt.

Es ist damit zu rechnen, dass mit steigender Verbreitung von Elektroautos Arbeitgeber, Restaurants und größere Einzelhändler Lademöglichkeiten anbieten werden, die eine standardisierte Abrechnungsmöglichkeit nutzen. Das Netz von öffentlich zugänglichen Akkuladestellen für Elektrofahrzeuge war 2012 in Deutschland nicht gleichmäßig ausgebaut und erfordert bei längeren Reisen eine sorgfältige Weg- und Zeitplanung. Einen umfassenden Überblick über die europäische Ladeinfrastruktur bietet das LEMnet.[192]

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[193] als Ladenetz auf Gegenseitigkeit ermöglicht das Nachladen von Elektrofahrzeugen ohne vorherige Anmeldung. Durch die mind. 10 kW starken Drehstromanschlüsse mit den genormten, weit verbreiteten roten CEE-Steckverbindungen ist vor allem auf längeren Reisen ein beschleunigtes Nachladen möglich.

Wechselakkusysteme wurden nur in seltenen Fällen eingerichtet, meistens für lokal gebundene Flottenfahrzeuge. Jedoch gibt oder gab es in Ländern wie Israel und Dänemark große Projekte für ein Netz von Ladestationen und Akkuwechselstationen, beispielsweise das der Firma Better Place. Die Akkus gehören hier den Akkuwechselstationen und werden auf Basis eines Pfandsystems ausgetauscht.[194]

Eine Vision ist, das Ladesystem für Elektroautos in die Fahrbahn einzubauen. Während der Fahrt oder beim Parken könnte mittels Induktion Energie berührungslos übertragen werden. Diese Systeme werden bisher nur im geschlossenen industriellen Bereich realisiert.[195]

Für Flottenfahrzeuge ist auch eine automatische berührungshafte (Oberleitung) oder berührungslose (induktiv) Ladung an Haltepunkten möglich, z. B. an Bushaltestellen. Dies wäre gerade im städtischen ÖPNV mit festen Haltestellen eine Option, da auf diese Weise die notwendige Akkukapazität und damit die Kosten deutlich verringert werden könnten, ohne die Autonomie der Fahrzeuge zu stark zu beschränken, die dort ja ohnehin Standzeiten verbringen. (Siehe z. B. Batteriebus, Gyrobus bzw. Oberleitungsbus.)

In Deutschland gab es Mitte 2012 rund 2200 öffentlich zugängliche Ladesäulen.[104]

Beispiel Tesla[Bearbeiten]

Tesla Model S beim Aufladen an Tesla Supercharger. Ladezeit: 30 min, Reichweite: 500 km.

Die Autos von Tesla können an einer herkömmlichen Haushaltssteckdose geladen werden, was jedoch wegen der geringen Ströme lange dauert. Auch können die Akkumulatoren an den von Tesla betriebenen 90-kW-„Supercharger“-Stromtankstellen in 20 Minuten zur Hälfte, in 40 Minuten zu 80% und in 75 Minuten vollständig geladen werden. Die Ladeleistung der Stromtankstellen wird derzeit auf 135 kW gesteigert, was die Ladezeiten weiter verkürzt.[196] Nach eigenen Angaben arbeitet Tesla an einem Ladesystem mit einer Ladezeit von 5 bis 10 Minuten.[150] Beim Laden am „Supercharger“ wird mit einem fest an der Ladesäule installierten Kabel unter Umgehung des internen Ladegeräts die Traktionsbatterie direkt mit Gleichstrom geladen.[197] Das Aufladen an den Tesla Superchargern ist für Teslafahrzeuge kostenlos.[198] Da sich die Akkumulatoren unter dem Boden des Fahrzeugs befinden, können sie auch in einem einfachen Verfahren in 90 Sekunden ausgetauscht werden.[199] Tesla möchte bis Ende 2014 in Europa und den USA ein flächendeckendes Netz an Superchargern installieren.[200][201]

Energieversorgung[Bearbeiten]

2006 verbrauchte der gesamte deutsche Personenverkehr auf der Straße 488 TWh Primärenergie.[202] 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[203] 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.[204]

Eine Elektromobilität, die auf erneuerbare Energien gestützt ist, kann die Umweltbelastung durch den Straßenverkehr deutlich verringern. Eine binnengestützte Windkraftanlage speist pro Jahr etwa 1,75 GWh pro MW Nennleistung ins Netz ein. Bei einem Verbrauch eines Elektrofahrzeugs von 15  kWh auf 100 km[205] kann eine 2 MW-Anlage den Energiebedarf von 1400 bis 1600 Elektrofahrzeugen decken. Bei Baukosten von Windkraftanlagen von etwa 1 Mio. € pro MW Nennleistung belaufen sich die einmaligen anteiligen Kosten für jedes Elektrofahrzeug auf 1200 bis 1400 €, jedoch ohne Netzausbaukosten zu berücksichtigen.

„Vehicle to Grid“[Bearbeiten]

Hauptartikel: Vehicle to Grid

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, sofern entsprechend viele gleichzeitig zur Verfügung stehen. So können die Schwankungen bei der Erzeugung von Elektrizität aus erneuerbaren Energien gepuffert, oder Spitzenlasten ausgeglichen werden. Dies erhöht allerdings den Akkumulatorenverschleiß, was durch ein entsprechendes Abrechnungsmodell ausgeglichen werden kann. Das Modell erfordert jedoch die gleichzeitige Nutzung von Ladestationen, eine Nutzung nacheinander verschlechtert die Pufferungsmöglichkeit.

Um damit die Gesamt-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.[Anmerkung 3] 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[206] auf Elektroautos würde also diese Pufferkapazität schon ergeben, wenn im Schnitt jedes Fahrzeug nur 1 kWh (entsprechend 6,5 km Reichweite) als Puffer im Netz zur Verfügung stellt.[Anmerkung 4]

Allerdings werden auch Solarbatterien und Batterie-Speicherkraftwerke eingesetzt, um Schwankungen im Stromnetz, die vermehrt durch erneuerbare Energien auftreten, auszugleichen. Durch stark fallende Akkupreise könnten sich daher eventuell Überlegungen zu „Vehicle to Grid“ erübrigen.

Verkehrsfinanzierung und Steuern[Bearbeiten]

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 (bezogen auf den Heizwert Hu) oder rund 80 Ct/kg. Um diese Steuereinnahmen zu erhalten, müsste auch für Strom, der zum Antrieb von Fahrzeugen verwendet wird, eine entsprechende Steuer erhoben werden. Strom ist in Deutschland heute zu etwa 40 % mit Steuern und Abgaben belastet, was bei Haushaltsstrom etwa 8 Ct/kWh entspricht. Aufgrund des geringeren Energiebedarfs des Elektrofahrzeugs ergibt sich eine deutliche Verringerung der Steuereinnahmen pro gefahrenem Kilometer.

Bei steigendem Bestand an Elektrofahrzeugen ergeben sich mit den derzeitigen Steuersätzen also geringere Einnahmen für den 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.

Energieautark[Bearbeiten]

Autos mit Verbrennungsmotoren brauchen Benzin oder Diesel. Das Erdöl muss in den meisten Ländern importiert werden. Ein Elektroauto benötigt elektrischen Strom. Dieser kann lokal z. B. durch erneuerbare Energien erzeugt werden. So kann z. B. ein Hausbesitzer seinen Energiebedarf selbst produzieren (s. a. Energieautarkie).[207] Aber auch ganze Staaten wie Norwegen wollen den selbst produzierten Strom - im Fall Norwegen aus Wasserkraft - nutzen.[208]

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Andreas Reif: Entwicklung eines integrierten automatisiert schaltenden Getriebes zum Einsatz in Elektrostraßenfahrzeugen. VDI-Verlag, Düsseldorf 2001, ISBN 3-18-347712-2 (= Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 12, Bd. 477, zugleich Dissertation an der TU Kaiserslautern 2000).
  • Günter Götting: Dynamische Antriebsregelung von Elektrostraßenfahrzeugen unter Berücksichtigung eines schwingungsfähigen Antriebsstrangs. Shaker, Aachen 2004, ISBN 3-8322-2804-7 (= Aachener Beiträge des ISEA, Band 34, zugleich Dissertation an der TH Aachen).
  • Oskar Wallmark: Control of permanent-magnet synchronous machines in automotive applications. Dissertation. Chalmers University of Technology, Göteborg 2006, ISBN 91-7291-846-2 (englisch).
  • Klaus Hofer: Elektrotraktion: elektrische Antriebe in Fahrzeugen. VDE, Berlin 2006, ISBN 978-3-8007-2860-2.
  • Markus Lienkamp: Elektromobilität. Hype oder Revolution? Springer Vieweg, Berlin / Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-28548-6.
  • Marcus Keichel, Oliver Schwedes: Das Elektroauto: Mobilität im Umbruch. Springer Vieweg, Wiesbaden 2013, ISBN 978-3-658-00795-9 (= ATZ/MTZ-Fachbuch).
  • Katharina Vera Boesche: Berliner Handbuch zur Elektromobilität. Beck, München 2013, ISBN 978-3-406-64862-5 (Die Bundesregierung hat einen Nationalen Entwicklungsplan Elektromobiltät erstellt).
  • Christian Milan: Geschäftsmodelle in der Elektromobilität: Wirtschaftlichkeit von Elektroautos und Traktionsbatterien. tredition, Hamburg 2013, 978-3-8495-5184-1
  • Achim Kampker, Dirk Vallée, Armin Schnettler (Hrsg.): Elektromobilität: Grundlagen einer Zukunftstechnologie Springer Vieweg, Berlin / Heidelberg 2013, ISBN 978-3-642-31985-3.
  • 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, Bd. 131).

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Elektroauto – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Elektroautos – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wikinews: Portal:Elektroautos – in den Nachrichten

Anmerkungen[Bearbeiten]

  1. Fachleute wie Dr. Martin März vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie Nürnberg empfehlen daher, Schnellladesysteme vorzugsweise in Fahrzeug-externen Ladesäulen unterzubringen. Vgl. hierzu: Power an Bord In: „Beilage Elektromobilität“ des Periodicums „Weiter vorn“ des Forums Elektromobilität e.V., S. 16, auch online zugänglich: http://www.fraunhofer.de/Images/Beilage-Elektromobilitaet_tcm7-85075.pdf (PDF).
  2. Rückgerechnet aus: 50 kWh mit 3 kg Masse und 0,6- und 0,95-fachem Wirkungsgrad. Daher Energiedichte \mathrm {\rho_{\epsilon}} = \frac{50\,\mathrm{kWh}}{3\,\mathrm{kg} \cdot 0,6 \cdot 0,95} = 29{,}2\,\mathrm{kWh/kg}
  3. 3,77 Mio * 10 kWh = 37,7 GWh
  4. 42Mio * 1kWh = 42GWh > 37,7 GWh

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Hans Roth: Das erste vierrädrige Elektroauto der Welt 2011, S. 2–3.
  2. http://www.franz-haag.de/streetscooter.html
  3. a b http://www.pikeresearch.com/wordpress/wp-content/uploads/2011/06/NEV-11-Executive-Summary.pdf
  4. Spiegel online, 16. Juni 2008: Winterkorn hält Elektroauto für den Wagen der Zukunft, aufgerufen 12. März 2012
  5. a b Wirtschafts Woche, 28. Juni 2008: Das ist die Zukunftstechnologie schlechthin, aufgerufen 12. März 2012.
  6. a b BMWi, August 2009: Nationaler Entwicklungsplan Elektromobilität (PDF; 240 kB), eingefügt 12. März 2012.
  7. Dr. Norbert Röttgen, Bundesminister für Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit, zitiert nach: Erneuerbar mobil, Marktfähige Lösung für eine klimafreundliche Elektromobilität S. 6, BMU, 1. Auflage, Berlin März 2011.
  8. DiePresse.com, 3. Juni 2010: 200.000 E-Autos: Ziel der Regierung nur schöner Traum, aufgerufen 12. März 2012
  9. Spiegel online, 13. Mai.2011:Regierung droht E-Auto-Ziel klar zu verfehlen
  10. Nutzung des Automobils im Jahr 2007
  11. autobild.de Tesla Model S: Von Amsterdam nach München — 20. Dezember 2013 Deutschlands erste E-Autobahn im Test, abgerufen am 6. April 2014
  12. manager-magazin.de Test der Supercharger: Was taugt Teslas elektrischer Highway? , abgerufen am 6. April 2014
  13. a b zeit.de 30. Januar 2012: Wirbel um Studie zur Klimabilanz von Elektroautos
  14. Bundesministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (Hrsg.) Seite 47: "Im Unterschied zu Solar-, Wasser- oder Windkraftwerken läuft die Energieerzeugung auf der Basis von Biomasse nicht automatisch auf eine Senkung der Treibhausgas-Emissionen hinaus. Die Bioenergie nimmt unter den regenerativen Energien insofern eine Sonderstellung ein, als neben den positiven Klimawirkungen (Ersatz fossiler Energieträger) auch negative Klimawirkungen (Treibhausgas-Emissionen der Landwirtschaft) in Rechnung zu stellen sind. ", eingefügt 5. April 2014
  15. energiezukunft.eu "Denn ein beeindruckender Zusammenschluss von 400 europäischen Forschern hat in einem aufwendigen Projekt etwas ganz anderes herausgefunden. Unter der Führung des Max-Planck-Instituts in Jena wühlten sich Wissenschaftler durch Wiesen und Felder, vor allem aber europäische Wälder. Ihr Ergebnis: Wälder sind keine Kreisläufe von Werden und Vergehen, ganz im Gegenteil. Durchschnittlich 50 Prozent des aufgenommenen Kohlendioxids bleibt dauerhaft im Wald gespeichert und wird nicht wieder freigesetzt. Ob in lebenden Bäumen, vermoderndem Holz oder dem Erdreich, stetig wird in einem intakten Wald CO2 gebunkert. Denn die Kleinstorganismen verwerten nicht alles, so dass die Kohlenstoffvorräte ständig steigen. Wälder sind also natürliche Kohlenstoffsenken. Dies gilt allerdings nur, solange sie unberührt sind. ", abgerfufen 5. April 2014
  16. Öko-Institut, Oktober 2011: Abschlussbericht OPTUM: Optimierung der Umweltpotentiale von Elektrofahrzeugen, PDF, eingefügt 20. Februar 2012
  17. Öko-Institut, 2012: Hintergrundpapier Elektromobilität des Öko-Instituts (PDF; 199 kB), eingefügt 20. Februar 2012
  18. Öko Institut 2012: Autos unter Strom, PDF, eingefügt 20. Februar 2012
  19. taz.de, 30. Januar 2012: Die Ökolüge vom E-Auto, eingefügt 6. März 2012
  20. Zeit online, 30. Januar 2012: Öko-Institut bemängelt Klimabilanz von Elektroautos, aufgerufen 6. März 2012
  21. Spiegel online, 30. Januar 2012: Die schlechte Klimabilanz der Elektroautos, eingefügt 20. Februar 2012
  22. Greenpeace, 1. Februar 2012: Wunschvorstellung Elektroautos, eingefügt 18. April 2012
  23. Öko-Institut 31. Januar 2012: Elektromobilität: taz auf Boulevard-Kurs?
  24. Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn, Berlin 2010: Elektromobilität – das Auto neu denken, aufgerufen 12. März 2012
  25. Paul Scherer Institut PSI, 7. April 2010: Ökobilanz der Elektromobilität (PDF; 361 kB), eingefügt 27. Februar 2012
  26. Toyota Prius+ Homepage: (Weitere Highlights/Fahrdynamik:) rein elektrisch bis ca. 2 km, unter 50 km/h; (Technische Daten:) Verbrauch (kombiniert): 4,1 l/100 km
  27. wiwo.de Umweltranking: Elektroautos am grünsten, eingefügt 10. März 2014
  28. Mitsubishi i-MiEV betritt die europäische Bühne, offizielle Pressemeldung vom 31. August 2010
  29. Mitsubishi i-MiEV#Fertigung und Modellpflege: ca. 34.000 Autos weltweit verkauft in 24 Monaten
  30. AUTO-PRESSE.de, 10. August 2012: das erste wirkliche Auto mit Elektroantrieb , aufrufen 22. August 2012
  31. Aus der Entwicklungsgeschichte des Automobils In: Kraftfahrzeugtechnik 4/1954, S.97
  32. Der Tagesspiegel, 26. März 2012: Als die Stromer laufen lernten, aufgerufen 12. September 2012
  33.  Rainer Leitner: Wie von Zauberkraft gezogen..
  34. 2007–2011 Achmed A. W. Khammas In: Buch der Synergie.
  35. feelgreen.de, 19. April 2012: Das erste Elektroauto der Welt, aufgerufen 7. Februar 2013
  36. The Wheelman, Vol II, April–September, 1883
  37. a b The Telegraph Journal and Electrical Review on October 28, 1882
  38. Michael Hereward Westbrook: The Electric Car: Development and Future of Battery, Hybrid and Fuel-cell Cars. Institution of Electrical Engineers, Society of Automotive Engineers, 2001, ISBN 0-85296-013-1
  39. Museum Autovision: Erstes Elektroauto der Welt fährt wieder
  40. Pierre Souvestre: Histoire de l'Automobile, Paris 1907, auf Seite 120
  41. The National Motor Museum, Beaulieu, Brockenhurst, Hampshire
  42. Richtlinie 2007/46/EG
  43. World's first electric car built by Victorian inventor in 1884 The Telegraph (Online), 24. April 2009
  44. Aufgeladen! Elektromobilität zwischen Wunsch und Wirklichkeit, Deutsches Museum Verlag, 1. Auflage, 2012, ISBN 978-3-940396-40-2
  45. Halwart Schrader: Flocken. In: Deutsche Autos 1885–1920. Band 1, Erste Auflage 2002, S. 182.
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  53. calisota online: Grandma Duck's Car – Grandma's car is a Detroit Electric, aufgerufen 12. März 2012
  54. Autowallpaper.de: Lohner-Porsche – mit elektrischem Radnabenantrieb, aufgerufen 12. März 2012
  55. Hugo Wyss: Alpine Sections celebrate 125 years with transport analysis, IEEE region 8 News, August 2009
  56. Elektroauto. In: Römpp Online. Georg Thieme, abgerufen am 20. Juni 2011.
  57. a b c http://einestages.spiegel.de/static/topicalbumbackground/24973/summsumm_statt_brummbrumm.html
  58. http://de.wikipedia.org/wiki/Ethanol-Kraftstoff
  59. Prof. Ing. Gijs Mom, 15. Mai 2011 in Stuttgart: Avantgarde – Elektroautos um 1900, Mitschnitt Vortrag und Diskussion, aufgerufen 12. September 2012
  60. a b c Bedeutung gleisloser Elektrofahrzeuge im Transportwesen. In: Kraftfahrzeugtechnik 5/1958, S. 168-172.
  61. Fotobeschreibung aus dem Bundesarchiv: … eine Konstruktion von Ingenieur Rebbel- wurden bei IFA-Werdau gebaut … Datei:Bundesarchiv Bild 183-21519-0005, Neue Fahrzeuge der Deutschen Post.jpg
  62. Kraftfahrzeugtechnik 6/1958, S.234.(Foto)
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