Elektromobilität und die Autobatterie von A bis Z

AC steht für "Alternating Current", was auf Deutsch Wechselstrom bedeutet. AC ist eine Art von elektrischer Energie, die regelmäßig ihre Richtung ändert. DC steht für "Direct Current", was auf Deutsch Gleichstrom bedeutet. Hierbei fließt der Strom immer in dieselbe Richtung. Beim Laden einer Autobatterie kann sowohl AC als auch DC verwendet werden, abhängig von der Art des Ladegeräts.

Die Batterie ist der Energiespeicher und somit das Herzstück und zugleich das teuerste Einzelbauteil eines Elektrofahrzeugs. Die Batteriekapazität ist ein ausschlaggebender Faktor für die Reichweite. Batterien altern – auch dann, wenn sie nicht genutzt werden. Ihre maximale Speicherkapazität reduziert sich über die Zeit (kalendarische Alterung) sowie in Abhängigkeit von der Anzahl der Ladungen (zyklische Alterung). Um Verwechslungen mit der Starterbatterie zu vermeiden, redet man auch von der Traktions-, Antriebs- oder Hochvoltbatterie.

Das Batteriemanagementsystem (BMS) ist für die Steuerung und Überwachung der Traktionsbatterie sowie der Lade- und Entladevorgänge verantwortlich. Es kann die Leistung bei Bedarf reduzieren, zum Beispiel bei niedrigem Ladezustand oder sehr niedriger Temperatur der Traktionsbatterie.

Die Abkürzung "BEV" steht im Englischen für "Battery Electric Vehicle" und wird von Herstellern bereits seit längerem für Elektroautos verwendet. Hiervon zu unterscheiden sind „PHEV“ (Link zu entsprechendem Eintrag)

Erste Elektrofahrzeuge verfügen bereits über die Technologie des bidirektionalen Ladens, was bedeutet, dass sie nicht nur Strom aufnehmen, sondern auch zurück ins Netz einspeisen können. Mit dieser Fähigkeit planen Hersteller, Elektrofahrzeuge als Teil von intelligenten Stromnetzen ("Smart Grids") zu nutzen. Ein Beispiel wäre das Zwischenspeichern von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Solaranlagen in der Batterie des Elektrofahrzeugs, um ihn bei Bedarf entweder ins Stromnetz oder zurück ins Haus zu liefern.

Um das Elektrofahrzeug mit Strom aus dem Netz zu laden, ist ein Bordladegerät notwendig, welches den Wechselstrom in Gleichstrom für die Batterie umwandelt. Je nach Leistung des Ladegeräts kann der Ladevorgang schneller oder langsamer vonstattengehen. Ein 11-kW-Bordladegerät kann beispielsweise auf drei Phasen mit je 16 Ampere laden, während ein 3,7-kW-Bordladegerät lediglich eine Stromphase mit 16 Ampere nutzt. Das einphasige Laden mittels des schwächeren Ladegeräts dauert dementsprechend länger im Vergleich zum dreiphasigen Laden.

Das Schnellladesystem Chademo basiert auf dem japanischen Standard und ermöglicht überwiegend Ladeleistungen von bis zu 50 kW, In Deutschland bieten nur noch Nissan und Mitsubishi dieses System an, während neu vorgestellte Elektrofahrzeuge in Europa auf den CCS-Standard setzen. Aus diesem Grund bieten immer mehr Schnellladesäulen kein Chademo-Ladekabel mehr an.

Das Combined Charging System ist eine Ladetechnologie für Elektroautos, die in Europa weit verbreitet ist und mittlerweile als Standard gilt. Dabei werden in einer Buchse Stecker für schnelles und langsames Laden kombiniert. Zum Laden mit Wechselstrom wird nur der obere Teil der Buchse mit dem Typ-2-Stecker benötigt. Für das Schnellladen an entsprechenden Gleichstrom-Ladesäulen wird zusätzlich ein deutlich größerer Stecker in die beiden DC-Pole unterhalb der Typ-2-Buchse gesteckt. CCS 2.0 ermöglicht Ladeströme von bis zu 350 kW.

Hochleistungsladestationen oder auch Ultraschnellladestationen können Ladeströme von 150 bis 350 kW bereitstellen. Diese Ladestationen arbeiten mit Spannungen von bis zu 1000 Volt und bieten Ladeströme von bis zu 500 Ampere an. Allerdings hängt die tatsächlich nutzbare Ladeleistung letztendlich vom Elektrofahrzeug ab. Seit 2019 ist das Netzwerk der Hochleistungsladestationen entlang der Autobahnen und zunehmend auch in den Städten rapide gewachsen. Inzwischen gibt es zahlreiche Fahrzeuge auf dem Markt, die zwischen 100 und 270 kW Ladestrom aufnehmen können.

Hybridfahrzeuge nutzen mindestens zwei verschiedene Antriebstechnologien und haben separate Energiespeicher, wie zum Beispiel einen Verbrennungs- und einen Elektromotor. Diese Technologien können entweder unabhängig voneinander oder in Kombination betrieben werden, um das Fahrzeug anzutreiben.

Die Einheit Kilowatt (kW) beschreibt die elektrische Leistung, welche durch das Produkt aus Spannung (Volt) und Stromstärke (Ampere) definiert ist. Bei Elektroautos kann damit sowohl die Antriebsleistung des Fahrzeugs als auch die Ladeleistung quantifiziert werden. Die Umwandlung in die Einheit PS, die bei Verbrennungsmotoren üblich ist, bleibt jedoch weiterhin möglich: 1 kW entspricht 1,36 PS.

Die Einheit zur Messung der elektrischen Arbeit ist die Kilowattstunde (kWh). Im Bereich der Elektromobilität wird auch der Energieinhalt der Antriebsbatterie in Kilowattstunden angegeben. Der Stromverbrauch des Fahrzeugs wird daher in kWh pro 100 Kilometer angegeben.

Man unterscheidet zwischen öffentlicher und privater Ladeinfrastruktur. Private Lademöglichkeiten sind nur für eine begrenzte Gruppe von Nutzern zugänglich, wie z.B. zu Hause oder in einem Unternehmen. Öffentliche Ladeinfrastruktur hingegen steht grundsätzlich der Öffentlichkeit zur Verfügung und muss den technischen Mindestanforderungen an den sicheren und interoperablen Aufbau und Betrieb der Ladesäulenverordnung entsprechen.

Die Ladekurve beschreibt den Verlauf der Ladeleistung in Abhängigkeit vom Ladezustand der Batterie. Insbesondere beim Schnellladen auf Langstrecken ist die Ladekurve von Bedeutung, da das Batteriemanagementsystem die Ladeleistung mit zunehmendem Ladestand reduziert. Ein Elektroauto ist umso besser für Langstrecken geeignet, je höher und gleichmäßiger die Gleichstrom-Ladekurve ist.

Die Ladeleistung bezieht sich auf die elektrische Leistung in Kilowatt (kW), die zum Laden einer Antriebsbatterie verwendet wird. Wenn diese Leistung mit der Ladezeit multipliziert wird, ergibt sich die in der Batterie gespeicherte Energie in Kilowattstunden (kWh). Beim Laden mit Wechselstrom (AC) bleibt die Ladeleistung normalerweise konstant und wird erst kurz vor Ende des Ladevorgangs reduziert. Beim Laden mit Gleichstrom (DC) variiert die Ladeleistung jedoch in Abhängigkeit von Faktoren wie dem Ladezustand, der Temperatur der Batterie und anderen Faktoren.

Man kann die Ladesäulen als die Tankstellen der Elektromobilität bezeichnen, an denen Elektrofahrzeuge mit Wechsel- oder Gleichstrom (AC/DC) aufgeladen werden können.

Es gibt zwei Möglichkeiten, ein Auto aufzuladen: über Wechselstrom (AC) oder über Gleichstrom (DC). In Europa sind der Typ-2-Stecker für das AC-Laden und der CCS-Stecker für das DC-Laden Standard. Öffentliche Wechselstrom-Ladesäulen verfügen immer über eine Typ-2-Ladebuchse. Falls das Fahrzeug einen älteren Typ-1-Anschluss hat, sind entsprechende Adapterkabel erhältlich. Einige Fahrzeuge haben auch noch den japanischen Standard Chademo zum Schnellladen. Allerdings ist kein Adapter erhältlich, um Fahrzeuge mit Chademo-Anschluss an CCS-Stationen zu laden.

Aktuell ist die Lithium-Ionen-Batterie der gängige Energiespeicher für Elektroautos, da sie im Vergleich zu früheren Modellen eine höhere Energiedichte aufweist und nicht unter dem Memory-Effekt leidet. Der Memory-Effekt tritt auf, wenn die Batterie wiederholt nicht vollständig entladen und aufgeladen wird, was dazu führen kann, dass ihre Kapazität mit der Zeit abnimmt.

Das Ladekabel für die Haushaltssteckdose, das oft als Zubehör eines Elektrofahrzeugs mitgeliefert wird, wird als Notladekabel bezeichnet. Der fachliche Begriff dafür lautet In-Cable Control and Protection Device (IC-CPD) oder früher auch In-Cable Control Box (ICCB).

Obwohl Elektrofahrzeuge tatsächlich keinen unmittelbaren CO₂-Ausstoß haben und von Herstellern oft mit 0 g/km angegeben werden, wird diese Angabe oft mit dem Zusatz "lokal emissionsfrei" versehen. Dies liegt daran, dass für die Stromerzeugung, die den Elektromotor antreibt, Emissionen anfallen können. Mit zunehmendem Einsatz erneuerbarer Energiequellen zur Stromerzeugung wird die Ökobilanz von Elektrofahrzeugen jedoch immer besser.

Ähnlich wie bei einem Vollhybrid arbeiten beim Plug-in-Hybrid auch ein Elektro- und ein Verbrennungsmotor zusammen. Dadurch kann der Plug-in-Hybrid während der Fahrt Bremsenergie zurückgewinnen und sie später wieder nutzen (Rekuperation). Im Gegensatz zum Vollhybrid kann die Batterie eines Plug-in-Hybrids aber auch während des Stillstands über einen Stecker wie ein reines Elektrofahrzeug aufgeladen werden und somit mehr Energie speichern. Das bedeutet, dass Plug-in-Hybride eine größere rein elektrische Reichweite haben als beispielsweise Vollhybride.

Der Range Extender (REX) ist ein kleiner Benzinmotor, der Strom für den Elektromotor über einen Generator erzeugt, wenn die Traktionsbatterie leer ist. Dadurch ist man im Notfall für eine gewisse Strecke unabhängig von einer Ladestation und kann weiterfahren, obwohl die Batterie leer ist. Allerdings ist die Verwendung von REX-Technologie heutzutage sehr selten.

Die Reichweite eines Elektroautos gibt an, wie weit es mit einer einzigen Ladung fahren kann. Allerdings variiert die Reichweite stark je nach individueller Fahrweise. Die Hersteller geben meist Werte bei gemäßigter Fahrweise und unter optimalen klimatischen Bedingungen an.

Die Rekuperation beschreibt die Rückgewinnung von Bremsenergie. Im Gegensatz zu einem Verbrennungsmotor, der bei einem Bremsvorgang die Bewegungsenergie in nicht weiter nutzbare Wärme umwandelt, kann ein E-Auto - ob als Hybrid oder Vollstromer - diese Energie als Strom zurück in den Akku speisen. Hierbei fungiert der Elektromotor wie ein Generator und erzeugt Strom.

Schnellladen bezeichnet das Laden mit Ladeleistungen von mehr als 22 kW und wird in der Regel mit Gleichstrom durchgeführt.

Der Akkuladestand wird oft als SoC abgekürzt, was für "State of Charge" steht und aus dem Englischen stammt. Der SoC wird normalerweise in Prozent angegeben.

Eine Traktionsbatterie, auch bekannt als Antriebsbatterie, Hochvoltspeicher oder Zyklenbatterie, ist eine Art von Akkumulator, der meist dazu dient, Elektromotoren in Elektrofahrzeugen mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Batterie besteht aus einer Reihe von parallel und seriell verbundenen Akkumulator-Zellen oder Zellenblöcken, die die erforderliche Spannung und Kapazität liefern.

Der Verbrauch wird bei Elektroautos in Kilowattstunden pro 100 Kilometer angegeben. Dabei orientieren sich die Herstellerangaben am WLTP-Zyklus, einem standardisierten Testverfahren für den Verbrauch, das auch bei Verbrennungsmotoren eingesetzt wird. Allerdings ist der tatsächliche Verbrauch stark vom individuellen Fahrprofil und äußeren Einflüssen abhängig.

Es ist grundsätzlich möglich, jedes Elektroauto an einer herkömmlichen Haushaltssteckdose aufzuladen. Allerdings ist aufgrund der äußerst langen Ladezeiten und der Tatsache, dass Steckdosen nicht für Dauerbelastungen ausgelegt sind, empfehlenswert, eine Wallbox zu installieren. Ein weiterer Vorteil der Wallbox besteht darin, dass die Ladeverluste deutlich geringer ausfallen als bei einer Schutzkontaktsteckdose (Schuko). Eine Wallbox stellt eine Art privater Ladestation dar, die in der Regel mit dreiphasigem Strom betrieben wird. Die Ladeleistung einer aktuellen Wallbox kann je nach Stromstärke zwischen 11 und 22 kW liegen, wobei Modelle mit einer Ladeleistung von über 11 kW genehmigungspflichtig sind. Die Stecker und Leitungen von Wallboxen sind auf hohe Leistungen und Dauerbelastungen ausgelegt. Moderne Modelle bieten außerdem intelligente Funktionen wie beispielsweise das automatisierte Laden mit überschüssigem Strom aus Photovoltaikanlagen.

Die Worldwide Harmonized Light Vehicles Test Procedure (WLTP) ist ein standardisierter Testzyklus zur Messung des Kraftstoff- oder Stromverbrauchs von Fahrzeugen. Elektroauto-Hersteller nutzen die Ergebnisse des WLTP-Tests oft zur Bestimmung der Reichweite ihrer Fahrzeuge. Allerdings sind die tatsächlichen Reichweiten in der Realität, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, in der Regel deutlich niedriger als die theoretischen Werte.