„Elektroauto“ – Versionsunterschied

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Dem Konstrukteur eines Elektroautos steht eine Fülle von technisch ausgereiften und kostengünstigen Elektromotortypen zur Verfügung. Es gibt viele Vorteile im Vergleich zu Wärmekraftmaschinen. Weitgehend zufriedenstellend gelöst ist derzeit das Problem einer ausgereiften und kostengünstigen Speichertechnik für die elektrische Energie. Dies ist eine Voraussetzung für nicht streckengebundene Fahrzeuge. Derzeit führen Elektrofahrzeuge die [[Energie]] für den Antrieb meistens in Form von [[Akkumulator]]en mit sich. Daneben gibt es die Sonderformen, die die elektrische Energie an Bord erzeugen, jedoch meist trotzdem Akkumulatoren als Energiezwischenspeicher einsetzen und dann auch als serielle [[Hybridfahrzeug]]e eingeordnet werden können. Das [[Solarfahrzeug]] gewinnt seine elektrische Energie aus Sonnenlicht mittels Solarzellen an seiner Oberfläche. Das [[Brennstoffzellenfahrzeug]] erzeugt seine elektrische Energie mittels [[Brennstoffzelle]] direkt aus [[Wasserstoff]] oder [[Alkohole]]n. Beim [[Gyroantrieb]] wird mechanische, in einem Schwungrad gespeicherte Energie mitgeführt und mit einem Generator zu Strom für die Fahrmotoren umgewandelt.
Dem Konstrukteur eines Elektroautos steht eine Fülle von technisch ausgereiften und kostengünstigen Elektromotortypen zur Verfügung. Es gibt viele Vorteile im Vergleich zu Wärmekraftmaschinen. Weitgehend zufriedenstellend gelöst ist derzeit das Problem einer ausgereiften und kostengünstigen Speichertechnik für die elektrische Energie. Dies ist eine Voraussetzung für nicht streckengebundene Fahrzeuge. Derzeit führen Elektrofahrzeuge die [[Energie]] für den Antrieb meistens in Form von [[Akkumulator]]en mit sich. Daneben gibt es die Sonderformen, die die elektrische Energie an Bord erzeugen, jedoch meist trotzdem Akkumulatoren als Energiezwischenspeicher einsetzen und dann auch als serielle [[Hybridfahrzeug]]e eingeordnet werden können. Das [[Solarfahrzeug]] gewinnt seine elektrische Energie aus Sonnenlicht mittels Solarzellen an seiner Oberfläche. Das [[Brennstoffzellenfahrzeug]] erzeugt seine elektrische Energie mittels [[Brennstoffzelle]] direkt aus [[Wasserstoff]] oder [[Alkohole]]n. Beim [[Gyroantrieb]] wird mechanische, in einem Schwungrad gespeicherte Energie mitgeführt und mit einem Generator zu Strom für die Fahrmotoren umgewandelt.



== Geschichte ==
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== Konzepte und Einsatzgebiete ==
== Konzepte und Einsatzgebiete ==
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Die Entwicklung von Elektroautos für den Alltagsgebrauch lässt sich grob in folgende Richtungen unterteilen.
Die Entwicklung von Elektroautos für den Alltagsgebrauch lässt sich grob in folgende Richtungen unterteilen.


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* Emissonsfreiheit, gutes Drehmoment, direkte stufenlose Kraftentfaltung: Elektroautos erzeugen selbst keine klimaschädlichen [[Emission (Umwelt)|Emissionen]]. Elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge arbeiten in der Regel sehr geräusch- und wartungsarm. Elektromotoren stellen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren über einen weiten Drehzahlbereich ein gleichmäßiges [[Drehmoment]] stufenlos zur Verfügung, so dass weder ein manuell betätigtes Schaltgetriebe noch ein Automatikgetriebe oder eine Kupplung erforderlich ist. Auch das Rückwärtsfahren ist ohne Getriebe möglich.
* Emissonsfreiheit, gutes Drehmoment, direkte stufenlose Kraftentfaltung: Elektroautos erzeugen selbst keine klimaschädlichen [[Emission (Umwelt)|Emissionen]]. Elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge arbeiten in der Regel sehr geräusch- und wartungsarm. Elektromotoren stellen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren über einen weiten Drehzahlbereich ein gleichmäßiges [[Drehmoment]] stufenlos zur Verfügung, so dass weder ein manuell betätigtes Schaltgetriebe noch ein Automatikgetriebe oder eine Kupplung erforderlich ist. Auch das Rückwärtsfahren ist ohne Getriebe möglich.


* Hoher Wirkungsgrad: Elektromotoren besitzen einen hohen Wirkungsgrad und haben daher weniger Energieverluste als konventionelle Antriebe mit Verbrennungsmotoren. Das wirkt sich insbesondere bei einer Teilbelastung aus, hier ist der Wirkungsgrad im Vergleich zum Verbrennungsmotor besonders hoch. Da Automobile im Stadtverkehr fast immer mit Teillast fahren, eignen sich besonders hierfür Elektroantriebe.
* Hoher [[Wirkungsgrad]]: Elektromotoren besitzen einen hohen Wirkungsgrad und haben daher weniger Energieverluste als konventionelle Antriebe mit Verbrennungsmotoren. Das wirkt sich insbesondere bei einer Teilbelastung aus, hier ist der Wirkungsgrad im Vergleich zum Verbrennungsmotor besonders hoch. Da Automobile im Stadtverkehr fast immer mit Teillast fahren, eignen sich besonders hierfür Elektroantriebe.


* Nutzbremsung, Anlasser überflüssig, kein Leerlaufverlust: Elektrofahrzeuge besitzen die Fähigkeit, beim Bremsen durch [[Nutzbremsung]] einen Teil der Antriebsenergie zurückzugewinnen. Elektromotoren laufen selbstständig an. Ein gesonderter Anlassermotor ist daher genauso wenig erforderlich wie eine Lichtmaschine (Stromerzeuger).
* Nutzbremsung, Anlasser überflüssig, kein Leerlaufverlust: Elektrofahrzeuge besitzen die Fähigkeit, beim Bremsen durch [[Nutzbremsung]] einen Teil der Antriebsenergie zurückzugewinnen. Elektromotoren laufen selbstständig an. Ein gesonderter Anlassermotor ist daher genauso wenig erforderlich wie eine Lichtmaschine (Stromerzeuger).
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Betrachtet man zusätzlich noch die geringeren Kosten akkubetriebener Fahrzeuge gegenüber solchen mit Brennstoffzelle, erscheint somit Akkubetrieb - abgesehen von Reichweitenproblem - wesentlich günstiger als die Brennstoffzelle. Die Gesamt-Effizienz der Mobilität muss jedoch die Primärenergieträger mit einschließen. Brennstoffzellen können auch mit niedermolekularen [[Alkohole]]n ([[Methanol]], [[Ethanol]]) betrieben werden, diese können preisgünstig sowohl aus fossilen Rohstoffen als auch aus Biomasse gewonnen werden.
Betrachtet man zusätzlich noch die geringeren Kosten akkubetriebener Fahrzeuge gegenüber solchen mit Brennstoffzelle, erscheint somit Akkubetrieb - abgesehen von Reichweitenproblem - wesentlich günstiger als die Brennstoffzelle. Die Gesamt-Effizienz der Mobilität muss jedoch die Primärenergieträger mit einschließen. Brennstoffzellen können auch mit niedermolekularen [[Alkohole]]n ([[Methanol]], [[Ethanol]]) betrieben werden, diese können preisgünstig sowohl aus fossilen Rohstoffen als auch aus Biomasse gewonnen werden.


==Energiegewinn, -speicherung und Wirkungsgrade==
Bei akkubetriebenen Fahrzeugen ist dagegen die vorherige Erzeugung von Elektroenergie zwingend. Deren Erzeugung in vor allem Kohle- und Atomkraftwerken (den derzeit vorherrschenden Kraftwerkstypen) hat einen Wirkungsgrad von 25-40 %. Bei einer weiteren Verbreitung von Elektrofahrzeugen müsste die elektrische Energie allerdings durch neu zu bauende Kraftwerke bereit gestellt werden, und diese erreichen, beispielsweise in einen GuD-Kraftwerk, einen Wirkungsgrad von annähernd 60%. Alternative, nachhaltige Elektroenergiequellen (Windkraft, solarthermische Kraftwerke, Wasserkraft, Erdwärmekraftwerke, Fotovoltaik) stehen noch nicht in der erforderlichen Kapazität zur Verfügung, machen aber z.B. in Deutschland schon 12% der Gesamterzeugung aus. Der derzeitige (2006) tägliche Kraftstoffverbrauch in Deutschland von 171 Millionen Litern entspricht einem durchschnittlichen Energiebedarf für 63MW. Würde die gesamte Flotte auf Elektroautos umgestellt, so ergäben sich bei oben genannten Wirkungsgraden ein durchschnittlicher Energiebedarf von 90-135MW, welcher sich aus ca. 300 Windkraftanlagen decken ließe. Zudem ist ein Akkumulatorfahrzeug mit Lithium-Ionen-Akkumulator im Gesamtwirkungsgrad effektiver als ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, die etwa erreichbaren 40% sind vergleichbar mit dem teureren Brennstoffzellenantrieb und wegen ihres ineffizienten Teillastbetriebes auch mit Dieselfahrzeugen bei weitem nicht erreichbar.
Bei akkubetriebenen Fahrzeugen ist dagegen die vorherige Erzeugung von Elektroenergie zwingend. Deren Erzeugung in vor allem Kohle- und Atomkraftwerken (den derzeit vorherrschenden Kraftwerkstypen) hat einen Wirkungsgrad von 25-40&nbsp;%. Bei einer weiteren Verbreitung von Elektrofahrzeugen müsste die elektrische Energie allerdings durch neu zu bauende Kraftwerke bereit gestellt werden, und diese erreichen, beispielsweise in einen GuD-Kraftwerk, einen Wirkungsgrad von annähernd 60%. Alternative, nachhaltige Elektroenergiequellen (Windkraft, solarthermische Kraftwerke, Wasserkraft, Erdwärmekraftwerke, Fotovoltaik) stehen noch nicht in der erforderlichen Kapazität zur Verfügung, machen aber z.B. in Deutschland schon 12% der Gesamterzeugung aus. Der tägliche Kraftstoffverbrauch in Deutschland von 171 Millionen Litern (2006)<ref>[http://www.spiegel.de/auto/werkstatt/0,1518,438144,00.html Täglicher Kraftstoffverbrauch in Deutschland 2006]</ref> entspricht bei einem Wirkungsgrad von 25%<ref>[http://www.energie.ch/et/umwandlung/motor/index.htm Wirkungsgrad des Ottomotors]</ref> einem Energiebedarf von 63&nbsp;MW. Würde die gesamte Flotte auf Elektroautos umgestellt, so ergäben sich bei oben genannten Wirkungsgraden ein durchschnittlicher Energiebedarf von bis zu 135&nbsp;MW, welcher sich aus ca. 300 Windkraftanlagen decken ließe. Zudem ist ein Akkumulatorfahrzeug mit Lithium-Ionen-Akkumulator im Gesamtwirkungsgrad effektiver als ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, die etwa erreichbaren 40% sind vergleichbar mit dem teureren Brennstoffzellenantrieb und wegen ihres ineffizienten Teillastbetriebes auch mit Dieselfahrzeugen bei weitem nicht erreichbar.


Reichweiten von 300 bis 500&nbsp;km und mehr werden erst durch den Einsatz von Akkumulatoren auf Lithiumbasis ([[Lithium-Ionen-Akku]] bzw. [[Lithium-Polymer-Akku]]) möglich, die eine wesentlich höhere Energiedichte bei gleichzeitig reduziertem Gewicht haben. Theoretisch kann man zwar bei jedem Fahrzeug, das bisher mit Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkus fährt, die Batterien gegen Lithium-Akkumulatoren austauschen und das entsprechende Ladegerät nachrüsten, um ein Vielfaches der ursprünglichen Reichweite zu erzielen. Der Austausch ist jedoch noch sehr kostspielig: Ein Batteriesatz mit 10 kWh Kapazität kostet 2008 etwa 5.000 €, jedoch ist bei Massenfertigung der Batterien noch mit sehr erheblichen Preissenkungen zu rechnen.
Reichweiten von 300 bis 500&nbsp;km und mehr werden erst durch den Einsatz von Akkumulatoren auf Lithiumbasis ([[Lithium-Ionen-Akku]] bzw. [[Lithium-Polymer-Akku]]) möglich, die eine wesentlich höhere Energiedichte bei gleichzeitig reduziertem Gewicht haben. Theoretisch kann man zwar bei jedem Fahrzeug, das bisher mit Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkus fährt, die Batterien gegen Lithium-Akkumulatoren austauschen und das entsprechende Ladegerät nachrüsten, um ein Vielfaches der ursprünglichen Reichweite zu erzielen. Der Austausch ist jedoch noch sehr kostspielig: Ein Batteriesatz mit 10 kWh Kapazität kostet 2008 etwa 5.000 €, jedoch ist bei Massenfertigung der Batterien noch mit sehr erheblichen Preissenkungen zu rechnen.

Version vom 24. Januar 2008, 11:39 Uhr

Camille Jenatzy in seinem Elektroauto La Jamais Contente, 1899
Tesla Roadster

Ein Elektroauto ist ein Auto, das durch einen oder mehrere Elektromotoren angetrieben wird. Es fällt in die Gruppe der Elektrofahrzeuge.

Dem Konstrukteur eines Elektroautos steht eine Fülle von technisch ausgereiften und kostengünstigen Elektromotortypen zur Verfügung. Es gibt viele Vorteile im Vergleich zu Wärmekraftmaschinen. Weitgehend zufriedenstellend gelöst ist derzeit das Problem einer ausgereiften und kostengünstigen Speichertechnik für die elektrische Energie. Dies ist eine Voraussetzung für nicht streckengebundene Fahrzeuge. Derzeit führen Elektrofahrzeuge die Energie für den Antrieb meistens in Form von Akkumulatoren mit sich. Daneben gibt es die Sonderformen, die die elektrische Energie an Bord erzeugen, jedoch meist trotzdem Akkumulatoren als Energiezwischenspeicher einsetzen und dann auch als serielle Hybridfahrzeuge eingeordnet werden können. Das Solarfahrzeug gewinnt seine elektrische Energie aus Sonnenlicht mittels Solarzellen an seiner Oberfläche. Das Brennstoffzellenfahrzeug erzeugt seine elektrische Energie mittels Brennstoffzelle direkt aus Wasserstoff oder Alkoholen. Beim Gyroantrieb wird mechanische, in einem Schwungrad gespeicherte Energie mitgeführt und mit einem Generator zu Strom für die Fahrmotoren umgewandelt.

Geschichte

Elektrische Droschke, Höchstgeschwindigkeit: 25 km/h
Hansa-Lloyd Elektro-Lastwagen CL5 oder DL5, Bj.1923

In der Frühzeit der Automobile waren die Elektroautos den Autos mit Verbrennungsmotor insgesamt überlegen. Prinzipiell überlegen war und ist der hohe Wirkungsgrad von Elektromotoren verglichen mit dem Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren. Thomas Davenport baute 1835 mit dem von ihm entwickelten Elektromotor ein Modell eines elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugs. Nach verschiedenen Quellen wurde das erste Elektrofahrzeug im Jahr 1839 von Robert Anderson in Aberdeen, Schottland, gebaut. Damit wäre das Elektroauto 36 Jahre älter als das Automobil mit Verbrennungsmotor (1875).

Erst nach 1900 wurden die Autos mit Elektromotor von solchen mit Verbrennungsmotor immer mehr und bald völlig verdrängt, weil Elektrowagen, angewiesen auf die schweren Batterien mit langer Ladezeit, mit der Reichweite von Wagen mit Kraftstoffmotoren nicht mithalten konnten. Bis in die 1950er Jahre gab es jedoch Elektrokarren, die wie kleine LKW dem Warentransport in Werksgeländen und auch auf der Straße dienten. Fortschritte bei der Batterietechnik und die Lage der Energiemärkte führten in den neunziger Jahren zu einem neuen Interesse an Elektroautos, die sich in einer Reihe von Prototypen und sogar neuen Modellreihen niederschlägt. Die Umweltfreundlichkeit von Elektroautos hängt dabei in erster Linie von der Umweltfreundlichkeit der Erzeugung des benötigten Stroms ab.

Die große Zeit der Elektroautos

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

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 gleichen Ort mit dem Elektroauto CGA Dogcart mit 66,66 km/Stunde gebrochen. Am gleichen 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 des Jahres in 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 verloren an Camille Jenatzy, der mit seinem Elektroauto La Jamais Contente, als erster Mensch über 100 km/h, nämlich 105,88 fuhr.

Am 29. April 1882 führte Werner von Siemens in Halensee bei Berlin einen elektrisch angetriebenen Kutschenwagen, Elektromote genannt, auf einer 540 Meter langen Versuchsstrecke vor. Es war der erste Oberleitungsbus der Welt.

Großbritannien und Vereinigte Staaten

Eine Nische fanden Elektroautos in den kleinen Lieferwagen für die tägliche Anlieferung von Milchflaschen in Großbritannien und Teilen der Vereinigten Staaten, den milk floats, wörtlich „Milchflößen“. Vor allem in Großbritannien fuhren über Jahrzehnte einige zehntausende dieser Wagen im ganzen Land. Die führenden Hersteller von milk floats in Großbritannien im 20. Jahrhundert waren Smith's, Wales & Edwards, Osborne, Harbilt, Brush, Bedford and Leyland. Mit dem Rückgang der Hauslieferungen blieben nur Bluebird Automotive, Smith Electric Vehicles und Electricar Limited übrig.

In den Vereinigten Staaten überlebten Elektrofahrzeuge als so genannte Nachbarschaftsfahrzeuge. Hier handelt es sich um kleine Fahrzeuge, die wegen geringer Geschwindigkeit erleichtert zugelassen werden.[1]

Renaissance

Bestrebungen, Elektromotoren im Automobilbau einzusetzen, wurden verstärkt nach der durch den Golfkrieg ausgelösten Ölkrise der neunziger Jahre und dem danach wachsenden Umweltbewusstsein in Angriff genommen, unterstützt von neuen Batterien, die die Zink-Kohle-Batterien ablösen konnten.

Mit dem Golf CitySTROMer versuchte VW sich zwischen 1992 und 1996[2] an einer Elektroautoversion des Golfs. Er war für die großen Energieversorger gedacht und wurde nach nur 120 Stück eingestellt.[3] Die Daten wurden von der Forschungsstelle für Energiewirtschaft geprüft und ein Wirkungsgrad von 86% kinetischer Energie festgestellt.[4]

Der EV1 von General Motors, 1996 bis 1999 gebaut (bis 130km/h, mit 140PS und einer Reichweite von 180km).[5]

Von 1996 bis 1999 baute General Motors mit dem General Motors EV1 ein Serien-Elektromobil in einer Auflage von etwa 1.100 Stück. Nicht nur diese beiden, sondern auch andere Elektroautos wurden, so die Behauptung der jeweiligen Hersteller, aus „mangelnder Nachfrage“ eingestellt. Im Widerspruch dazu steht das Angebot von Naturschutzorganisationen und Aktivisten, große Auflagen abzunehmen; selbst bereits hergestellte EV1 hat General Motors wieder eingezogen und geschreddert. Die Anhänger warfen der Automobilindustrie vor, von den Ölfirmen bestochen worden zu sein. Dennoch will auch General Motors, wie auch deutsche Autohersteller, ab 2010 Hybridautos fertigen.

Von kleineren, unabhängigeren Firmen werden viele Elektroautos entwickelt (wie der oben gezeigte Sportwagen Tesla Roadster), und viele Hersteller werben mit zukünftigen Entwicklungen, derzeit sind aber nur wenige auf dem Markt. Beliebter ist dagegen das Hybridauto, das einen Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor kombiniert.

Probleme bei der Einführung

Eines der Hauptprobleme bei der Einführung ist laut Befürwortern, dass die Wartung weniger Ersatzteile erfordert, was die Automobilindustrie um Einnahmen bringt, und dass vor allem der Staat Kraftstoffsteuereinnahmen einbüßt: Mineralöl- und Mehrwertsteuer bilden 64% des Kraftstoffpreises,[6], 2005 waren dies immerhin 40 Milliarden Euro, bei der Stromsteuer gewann er nur 5,5 Milliarden.[7]

Konzepte und Einsatzgebiete

Datei:TWIKE ReDesign Front.jpg
TWIKE.YOU von Fine Mobile
CityEL
Der Think City (Modell A266) auf der EXPO in Hannover

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

  • Die Entwicklung leichter Fahrzeuge, sogenannter Leichtelektromobile, die sehr sparsam mit Energie umgehen, damit befriedigende Reichweiten erzielt werden können. Beispiele: SAM, TWIKE, Think City und CityEL. Die letztgenannten sind die meistverkauften Elektromobile in Europa. Diese Fahrzeuge benötigen typischerweise im Alltag etwa 4-10 kWh elektrische Energie für eine Strecke von 100 km.
  • Umbau herkömmlicher Autos zu Elektrofahrzeugen mit dem Ziel, ähnliche Fahr- und Fahrzeugeigenschaften wie mit einem Verbrennungsmotor zu erreichen. Dieser Weg wird vor allem von französischen Herstellern (Renault und PSA (Citroën, Peugeot)) beschritten. Diese Fahrzeuge benötigen typischerweise im Alltag etwa 12-20 kWh elektrische Energie für eine Strecke von 100 km. Bereits produzierte Fahrzeuge mit hybridem Antrieb sind seit 2005 wegen ihrer Sparsamkeit im städtischen Verkehr bekannt geworden.
  • Solarfahrzeuge, etwa zu Wettbewerben, verfügen ebenfalls über einen Elektroantrieb. Berühmt geworden sind die Leistungswettbewerbe in der Schweiz und die Langsteckenrennen in der australischen Wüste und quer durch die USA.
  • Rennfahrzeuge, Rekordfahrzeuge und Dragster mit Elektroantrieb.
  • Sportwagen, die mittels modernster Batterien, wie der Lithium-Polymer-Batterie, akzeptable Reichweiten und unter Ausnutzung des extrem hohen Wirkungsgrades von E-Motoren Höchstleistungen bei Geschwindigkeit und Beschleunigung erreichen, wie der Tesla Roadster, Keio University Eliica, AC Propulsion tzero, Venturi Fétish, Lightning GT und Wrightspeed X1.

Hybridantriebe

Vor allem Konzepte mit Hybridantrieb werden für eine größere Marktverbreitung favorisiert. Die Stärken von Elektromotor und anderen Energiewandlern sollen vereint werden:
Die Kombination von Elektroantrieb, Akkumulator und Verbrennungsmotor führt bei Hybridfahrzeugen zur Vermeidung des uneffektiven Teillastbetriebes des Verbrennungsmotors, die Schadstoffemission im städtischen Verkehr wird reduziert und es wird eine größere Reichweite durch die mitgeführte Auflademöglichkeit erreicht.

Brennstoffzellen als Energielieferant sollen zukünftig die Reichweite ermöglichen, durch die Elektrofahrzeuge für manche Einsatzzwecke erst praxistauglich werden. Nachteile der Brennstoffzelle sind die bisher geringe Lebensdauer und die hohen Kosten, weshalb sie noch nicht angeboten werden.

Bei Niedrigenergiefahrzeugen kann auch über Solarzellen die Reichweite vergrößert werden. Ein zusätzlicher Pedalantrieb bei Leichtfahrzeugen kann Kosten und Gewicht gegenüber einem reinen Elektroantrieb reduzieren.

Eigenschaften

Datei:1991.jpg
Auswahl an Elektrofahrzeugen
  • Emissonsfreiheit, gutes Drehmoment, direkte stufenlose Kraftentfaltung: Elektroautos erzeugen selbst keine klimaschädlichen Emissionen. Elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge arbeiten in der Regel sehr geräusch- und wartungsarm. Elektromotoren stellen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren über einen weiten Drehzahlbereich ein gleichmäßiges Drehmoment stufenlos zur Verfügung, so dass weder ein manuell betätigtes Schaltgetriebe noch ein Automatikgetriebe oder eine Kupplung erforderlich ist. Auch das Rückwärtsfahren ist ohne Getriebe möglich.
  • Hoher Wirkungsgrad: Elektromotoren besitzen einen hohen Wirkungsgrad und haben daher weniger Energieverluste als konventionelle Antriebe mit Verbrennungsmotoren. Das wirkt sich insbesondere bei einer Teilbelastung aus, hier ist der Wirkungsgrad im Vergleich zum Verbrennungsmotor besonders hoch. Da Automobile im Stadtverkehr fast immer mit Teillast fahren, eignen sich besonders hierfür Elektroantriebe.
  • Nutzbremsung, Anlasser überflüssig, kein Leerlaufverlust: Elektrofahrzeuge besitzen die Fähigkeit, beim Bremsen durch Nutzbremsung einen Teil der Antriebsenergie zurückzugewinnen. Elektromotoren laufen selbstständig an. Ein gesonderter Anlassermotor ist daher genauso wenig erforderlich wie eine Lichtmaschine (Stromerzeuger).
  • Lange Lebensdauer: Elektromotoren sind einfacher aufgebaut als Verbrennungsmotoren und haben eine sehr viel höhere Lebensdauer, die diejenige des Fahrzeuges übertrifft.
  • Vorteile und Probleme der Energiespeicherung: Eine Abgasanlage gibt es nicht, manche Akkumulatoren benötigen jedoch eine Abführung ihrer Knallgasemissionen. Ein Elektrofahrzeug benötigt keinen Kraftstofftank und keine Kraftstoffpumpe, jedoch einen Akkumulator und einen Fahrregler (Leistungselektronik). Elektromotoren benötigen meist keine Wasserkühlung - sie können luftgekühlt werden.
  • Reichweite: Die Reichweite ist geringer als bei herkömmlichen Antrieben. Ursache hierfür ist das Fehlen leistungsfähiger Akkumulatoren. Erhältliche Akkus haben im Vergleich zu Kraftstoffen noch immer eine relativ niedrige Energiedichte und somit eine hohe Masse. Die meisten Elektrofahrzeuge eignen sich daher hauptsächlich für den Einsatz in der Stadt. Der Leichtbau dieser Fahrzeuge (Verzicht auf Sonderausstattungen) und die im Vergeich zum Tankvorgang beim Verbrennungsmotor langen Ladezeiten der Akkus sind weitere Nachteile. Mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind jedoch bereits Reichweiten von 400 km bei normalen Fahrleistungen möglich. Dabei bietet die Technologie der Lithium-Ionen-Akkumulatoren noch erheblichen Spielraum - Akkumulatoren mit der 10fachen Energiedichte der heute handelsüblichen Typen wurden bereits vorgestellt.
  • Temperaturabhängigkeit: Nachteile sind auch die Temperaturabhängigkeit der Akkumulatoren-Leistungsfähigkeit sowie die fehlende Wärmequelle zur Innenraumheizung - die Abwärme des Elektromotors ist gegenüber derjenigen eines Verbrennungsmotors verschwindend gering.
  • Fehlende Massenproduktion: Eine weite Verbreitung von Elektrofahrzeugen kann erst erreicht werden, wenn effiziente Energiespeicherung erschwinglicher wird (z. B. durch Massenproduktion großer Lithium-Akkumulatoren). Bisher haben die meisten Elektroautos einen Akkumulator (Nickel-Cadmium-Akku, oft auch noch Blei-Akkumulatoren), der lediglich für einen Betrieb von etwa einer Stunde mit Höchstgeschwindigkeit reicht oder mit dem mit einer Ladung 40 bis 130 Kilometer zurück gelegt werden können. Das hohe Gewicht der Akkumulatoren sowie die begrenzte Kapazität verhindern größere Reichweiten mit diesen Akkumulatortypen.

Vergleich des Akku mit der Brennstoffzelle

Der Wirkungsgrad der Hydrolyse (Wasserstofferzeugung) für die Brennstoffzelle beträgt ca. 70 %, und die Brennstoffzellen (PEM) schaffen im Normalbetrieb nicht über 40 %, was ohne Wasserstoff-Verluste einen Gesamtwirkungsgrad von 28 % ergibt.

Ein Akkumulator erreicht bei einem Wirkungsgrad der Netzdurchleitung von 92 % und des Ladegerätes von 85 % bei einem NiMH-Akkumulator mit 60 % eine Effizienz von insgesamt 47 %, beim Lithium-Ionen-Akkumulator(bis über 90 %) erhält man ca. 74 %.

Betrachtet man zusätzlich noch die geringeren Kosten akkubetriebener Fahrzeuge gegenüber solchen mit Brennstoffzelle, erscheint somit Akkubetrieb - abgesehen von Reichweitenproblem - wesentlich günstiger als die Brennstoffzelle. Die Gesamt-Effizienz der Mobilität muss jedoch die Primärenergieträger mit einschließen. Brennstoffzellen können auch mit niedermolekularen Alkoholen (Methanol, Ethanol) betrieben werden, diese können preisgünstig sowohl aus fossilen Rohstoffen als auch aus Biomasse gewonnen werden.

Energiegewinn, -speicherung und Wirkungsgrade

Bei akkubetriebenen Fahrzeugen ist dagegen die vorherige Erzeugung von Elektroenergie zwingend. Deren Erzeugung in vor allem Kohle- und Atomkraftwerken (den derzeit vorherrschenden Kraftwerkstypen) hat einen Wirkungsgrad von 25-40 %. Bei einer weiteren Verbreitung von Elektrofahrzeugen müsste die elektrische Energie allerdings durch neu zu bauende Kraftwerke bereit gestellt werden, und diese erreichen, beispielsweise in einen GuD-Kraftwerk, einen Wirkungsgrad von annähernd 60%. Alternative, nachhaltige Elektroenergiequellen (Windkraft, solarthermische Kraftwerke, Wasserkraft, Erdwärmekraftwerke, Fotovoltaik) stehen noch nicht in der erforderlichen Kapazität zur Verfügung, machen aber z.B. in Deutschland schon 12% der Gesamterzeugung aus. Der tägliche Kraftstoffverbrauch in Deutschland von 171 Millionen Litern (2006)[8] entspricht bei einem Wirkungsgrad von 25%[9] einem Energiebedarf von 63 MW. Würde die gesamte Flotte auf Elektroautos umgestellt, so ergäben sich bei oben genannten Wirkungsgraden ein durchschnittlicher Energiebedarf von bis zu 135 MW, welcher sich aus ca. 300 Windkraftanlagen decken ließe. Zudem ist ein Akkumulatorfahrzeug mit Lithium-Ionen-Akkumulator im Gesamtwirkungsgrad effektiver als ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor, die etwa erreichbaren 40% sind vergleichbar mit dem teureren Brennstoffzellenantrieb und wegen ihres ineffizienten Teillastbetriebes auch mit Dieselfahrzeugen bei weitem nicht erreichbar.

Reichweiten von 300 bis 500 km und mehr werden erst durch den Einsatz von Akkumulatoren auf Lithiumbasis (Lithium-Ionen-Akku bzw. Lithium-Polymer-Akku) möglich, die eine wesentlich höhere Energiedichte bei gleichzeitig reduziertem Gewicht haben. Theoretisch kann man zwar bei jedem Fahrzeug, das bisher mit Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkus fährt, die Batterien gegen Lithium-Akkumulatoren austauschen und das entsprechende Ladegerät nachrüsten, um ein Vielfaches der ursprünglichen Reichweite zu erzielen. Der Austausch ist jedoch noch sehr kostspielig: Ein Batteriesatz mit 10 kWh Kapazität kostet 2008 etwa 5.000 €, jedoch ist bei Massenfertigung der Batterien noch mit sehr erheblichen Preissenkungen zu rechnen.

Kosten

Den sehr niedrigen Betriebskosten von Elektrofahrzeugen (4-25kWh pro 100 km, die Erzeugung einer Kilowattstunde im Kraftwerk kostet im Durchschnitt 5 ct, beim Endabnehmer etwa 20 ct) stehen derzeit infolge teurer Kleinserienfertigung hohe Anschaffungskosten gegenüber. Die Akkumulatoren, die einen großen Teil der Kosten verursachen, besitzen noch eine begrenzte Lebensdauer und müssen spätestens nach einigen Jahren ersetzt werden.

Bleiakkus sind kostengünstig, besitzen allerdings die genannte beschränkte Lebensdauer (zwischen 5.000 und 50.000 km); Nickel-Cadmium-Akkus hingegen sind teuer, haben dafür aber eine sehr hohe Lebensdauer, die erfahrungsgemäß zwischen 100.000 und 250.000 km liegt. Der City-EL beispielsweise ist ein elektrisches Leichtkraftfahrzeug mit Platz für eine Person. Mit Bleiakkumulatoren beträgt die übliche Reichweite zwischen 40 und 60 km, mit Nickel-Cadmium-Akkus steigt sie auf etwa 70-80 km. Ein Versuch mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren brachte eine Reichweite von etwa 300 km. Die Anschaffungskosten dafür betrugen allerdings schon etwa 5.000 €. Bei diesem Versuch war die maximale Beladung mit Akkumulatoren jedoch noch nicht erreicht; würde man diese vollständig ausnutzen, wären etwa 450 km pro Ladung möglich.

Es werden schon jetzt bei modernen Elektrofahrzeugen mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren die erheblichen Mehrkosten für den Akkumulator durch den höheren Gesamtwirkungsgrad und die dadurch erheblich niedrigeren Energiekosten weitgehend ausgeglichen.

Entwicklungen bei der Akkumulatorentechnologie

Japanisches Elektroauto

Neuere Entwicklungen der Akkumulatoren-Technologie verringern die bisherigen Nachteile von Batterie-betriebenen Elektrofahrzeugen nachhaltig. Neuere Lithium-Titanat-Akkumulatoren von Altairnano weisen nach Hersteller-Angaben folgende Eigenschaften auf:

  • Eine Kapazität, die bei einem normalen PKW für eine Reichweite bis zu 400 km pro Batterieladung ausreicht.
  • Resistenz gegen Kälte und Wärme: Betriebstemperatur von -50 °C bis +75 °C bei noch ca. 90 % Kapazität bei extremen Temperaturen. Auch wird keinerlei Kühlung o. ä. bei der Ladung benötigt.
  • Im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien können die Batterien durch das geänderte Material weder Feuer fangen noch explodieren. Dadurch spart man ein Sicherheitssystem, wie es z. B. beim Elektrosportwagen Tesla Roadster zum Einsatz kommen muss.
  • Eine lange Lebensdauer der Batterien von mehr als 20 Jahren bzw. einer maximalen Zyklenzahl von 10.000 bis 15.000, das entspräche theoretisch 6.000.000 gefahrenen Kilometern bei einer Reichweite von 400 km pro Akkuladung. In der Praxis würde man die Batterien jedoch häufiger aufladen, womit die Batterien schneller an Kapazität verlieren.
  • Es soll damit möglich werden, die Akkus in einem Fahrzeug für eine Reichweite von 400 km in weniger als 10 Minuten aufzuladen. Für eine derart schnelle Wiederaufladung ist allerdings eine besondere Ladestation erforderlich.

Diese Akkumulatoren werden seit September 2005 in kleinen Stückzahlen an die Firma Phoenix Motorcars in Reno (Nevada, USA), die Fahrzeuge mit Platz für 5 Personen und einer Ladefläche herstellt, die von diesen Batterien angetrieben werden. Ab 2008 soll ein entsprechend angetriebenes Sportfahrzeug (Sport Utility Vehicle, kurz SUV) produziert werden.

Neuartige Kondensatoren sind ein möglicher Ersatz für Akkumulatoren. Diese haben bezogen auf das Einbaugewicht eine höhere Kapazität und können erheblich schneller geladen werden.

Energieversorgung/Logistik

Das Netz von Batterieladestellen für Elektrofahrzeuge ist noch sehr dünn, lange Ladezeiten der Akkus erfordern bei längeren Reisen eine sorgfältige Weg- und Zeitplanung. Im gedruckten oder auch im Internet zugänglichen LEM-Net (LEM steht für Leicht-Elektro-Mobil) werden für Deutschland, die Schweiz, Österreich, Liechtenstein und Frankreich öffentlich zugängliche Stromtankstellen aufgelistet. Damit wird eine Streckenplanung erleichtert.

Seit einigen Jahren gibt es das ursprünglich in der Schweiz entstandene Park&Charge-System der öffentlichen Stromtankstellen für Solar- und 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. Selbst an der 3,5 kW (230V/16A-Steckdose) können Leichtelektromobile wie das TWIKE dank ihres geringen Stromverbrauchs in rund 1 bis 2 Stunden vollgeladen werden.

Wechselakkusysteme wurden nur in seltenen Fällen eingerichtet, meistens für lokal gebundenen Flottenfahrzeuge.

Derzeit ist die in Form von Benzin umgesetzte Energie etwa so groß wie die Elektroenergie. Sobald stromtankende Elektromobile, jenseits des derzeitigen Nischendaseins, größere Anteile an der Mobilität übernehmen, ist anzunehmen, dass der größte Teil des Strombedarfs zu Akkuladezwecken verwendet würde, wodurch preisgünstige Schwachlastzeiten im Stromnetz verschwinden würden. Auch das zur Zeit noch visionäre Konzept Vehicle to Grid (Fahrzeug ans Netz) ist hier erwähnenswert. Dieses sieht vor, elektrischen Strom aus dem öffentlichen Stromnetz in Elektro- und Hybridautos zwischenzuspeichern.

In Europa verfügbare Elektroautos

Zurzeit werden hergestellt und in der EU angeboten, der Cityel, der Elektrabi, der Evergreen (ein Mini), der Kewet, der Ligier Optima E, der Mega Aixam, die mit der Cebi/MES-DEA-Zebra (NI/NaCl-Akku) angetriebenen Panda Elettrica, Smart Pure Elettrica und Twingo Quickshift Elettrica, der Open Start Lab, der Pasquali E-Setta, der Greeny von REVA und das Twike.

In der EU als Gebrauchtwagen erhältlich sind die französischen Modelle mit dem Namenszusatz electrique, von Citroen der AX, der Saxo und der Berlingo, von Peugeot der 106e und der Partner und von Renault der Kangoo und der Kangoo electrique RE. Ebenso verfügbar sind Fiat Panda Elettra und Fiat Seicento Elettra und von anderen Herstellern die Modelle Colenta, Eltra (Skoda), Erad Elektra, Helix, Horlacher GL88, Hotzenblitz, Hypermini, Isetta, Karlsruher Delphin, Larel, Messerschmitt Kabinenroller, Microcar light, Multicar, Piaggio APE 50E, Puli, SAM, Saxi Horlacher, SECMA FUN-ELEC, Sinclair C5, Smart, Skoda Favorit Eltra, Solec Riva, Solectria Sunrise, Sparrow, Tavria, Think, Trans E, Trykowski Trabbi, Trykowski Renner, Volta, Voltaire bzw. Evo-Car, VW Golf CitySTROMer, VW Polo E, Xebra und Zagatto Zele 1000.

Einzelnachweise

  1. http://www.evworld.com/evguide.cfm?evtype=nev
  2. CitySTROMer eingestellt, in: Solarmobil Aktuelle Meldungen
  3. Golf CitySTROMer
  4. FFE testet CitySTROMer
  5. EV1 Daten
  6. Kraftstoffpreis
  7. Verbrauchssteuereinnahmen
  8. Täglicher Kraftstoffverbrauch in Deutschland 2006
  9. Wirkungsgrad des Ottomotors

Siehe auch

Weblinks

Großbritannien

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