Elektroauto

Camille Jenatzy in seinem Elektroauto La Jamais Contente, 1899
Tesla Roadster
Eines der drei Mondautos der NASA, ein Elektroauto; Eugene Cernan, Apollo 17-Mission am 11. Dezember 1972Elektroauto bezeichnet ein durch einen oder mehrere Elektromotoren angetriebenes Automobil.

Die Antriebsenergie wird meist in einem Energiespeicher z.B. einem Akkumulator mitgeführt. Beim Gyroantrieb wird die Antriebsenergie mechanisch in einem Schwungrad gespeichert, bis sie von einem Generator in elektrische Energie für die Fahrmotoren umgewandelt wird. Andere Bauformen entnehmen die Elektrizität einer Oberleitung. Solarfahrzeuge gewinnen sie direkt aus Sonnenlicht mittels Solarzellen auf ihren Oberflächen. Weiter gibt es Brennstoffzellenfahrzeuge, serielle Hybridelektrokraftfahrzeuge und Fahrzeuge mit dieselelektrischem Antrieb.

Der Elektroantrieb ist dem Antrieb über einen Verbrennungsmotor in vielen Eigenschaften überlegen. Dazu zählen beispielsweise der hohe Wirkungsgrad, der einfachere Aufbau des Antriebsstrangs und die geringere Geräuschentwicklung. Im Vergleich mit konventionellen Automobilien können Elektrofahrzeuge mit den heutigen Energiespeichern allerdings noch keine vergleichbare Energiemenge mit sich führen, so dass ihre Reichweite geringer ist.

In den letzten Jahren erfuhr das Elektroauto erneut gesteigerte Aufmerksamkeit. Die Akkumulatorentechnologie entwickelte sich, z. B. durch die Anforderungen tragbarer Elektronikgeräte, weiter, so dass höhere Energiedichten, schnelleres Aufladen und höhere Sicherheit erreicht werden konnte. Zusätzlich führen die ständigen Preissteigerungen für fossile Brennstoffe (Benzin, Diesel, Gas) zur Suche nach Alternativen.[1] Viele Automobilfirmen, aber auch Markteinsteiger, widmen sich jedoch dem Elektroantrieb für Automobile und bescheinigen ihm Zukunftspotential.[2][3]

Inhaltsverzeichnis [Verbergen]
1 Geschichte
1.1 Anfänge (1820−1891)
1.2 Die große Zeit der Elektroautos (1892−1940)
1.2.1 Historische Geschwindigkeitsrekorde
1.2.2 Mitteleuropäischer Motorwagen-Verein
1.3 Übergang (1940−1990)
1.4 Renaissance (1990 bis heute)
1.5 Die Zukunft
2 Konzepte und Einsatzgebiete
3 Eigenschaften
4 Energiegewinn und Wirkungsgrade
5 Kosten
6 Fahrzeugtechnik
6.1 Energiespeicher
6.1.1 Entwicklungen in der Akkumulator-Technik
6.1.2 Vergleich zwischen Akkumulator und Brennstoffzelle
6.1.3 Kondensatoren als Energiespeicher
6.2 Extender
7 Ladestationen und Infrastruktur
8 Emissionsfreie Gemeinden
9 Verfügbare Elektroautos
10 Einzelnachweise
11 Siehe auch
12 Weblinks



Geschichte [Bearbeiten]

Elektrische Droschke, Höchstgeschwindigkeit: 25 km/h
Hansa-Lloyd Elektro-Lastwagen CL5 oder DL5, Bj. 1923In der Frühzeit der Automobile waren die Elektroautos den Autos mit Verbrennungsmotor insgesamt überlegen. So ist der Wirkungsgrad von Elektromotoren höher als der von Verbrennungsmotoren.

Erst nach 1900 wurden die Fahrzeuge mit Elektromotor von solchen mit Verbrennungsmotor schrittweise verdrängt. Elektrowagen, die auf die schweren Akkus mit langer Ladezeit angewiesen waren, konnten mit der Reichweite von Wagen mit Kraftstoffmotoren nicht mithalten. Damals wie heute gibt es Elektrokarren, die wie kleine Lkw dem Warentransport in Werksgeländen und auch auf der Straße dienen. Fortschritte bei der Akkutechnik 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.


Anfänge (1820−1891) [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 von beispielsweise Sibrandus Stratingh und Thomas Davenport. Eine 1836 erfundene Batterie war das Daniell-Element, 1839 folgte eine verbesserte Batterie von William Grove und ab 1860 gab es wiederaufladbare Bleiakkumulatoren.

Als Gustave Trouvé 1881 auf der Internationalen Elektrizitätsausstellung ein dreirädriges Automobil vorstellte, war das Elektroauto praxisreif.


Elektromote von Werner Siemens, Berlin 1882, erster Oberleitungsbus der WeltAm 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 der erste Oberleitungsbus der Welt.


Die große Zeit der Elektroautos (1892−1940) [Bearbeiten]

EV-Opera-Car, Modell 68/17 B, Detroit Electric, Michigan (USA), Baujahr 1909.Um 1900 waren in den USA 40 % der Automobile Dampfwagen, 38 % Elektrowagen und 22 % Benzinwagen. In New York gab es 1901 sogar 50 % Elektroautos, 30 % Dampfwagen und die restlichen waren Naphta-, Acetylen und Pressluftwagen. Der Höhepunkt der Elektroautowelle wurde 1912 erreicht: 20 Hersteller bauten 33.842 Elektroautos.[4]

Bekannte US-Elektroautohersteller dieser Zeit waren Detroit Electric, Columbia Automobile Company, Baker Motor Vehicle und Studebaker Electric.

Allein die Firma Detroit Electric etwa produzierte 1907−1939, mit einer kleinen Nachproduktion bis 1941, insgesamt 12.348 Elektroautos und 535 Elektro-LKW.[5]


Der Lohner-Porsche, Star der Weltausstellung 1900 in ParisIm 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 wichtigen Vorteil des Elektroantriebs darin, dass weder Getriebe noch sonstige mechanische Elemente zur Kraftübertragung erforderlich sind.


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/Stunde 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.


Mitteleuropäischer Motorwagen-Verein [Bearbeiten]
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."[6]


Übergang (1940−1990) [Bearbeiten]
Eine Nische, in der sie bis heute überlebten, fanden Elektroautos als kleine Lieferwagen für die tägliche Anlieferung von Milchflaschen in Großbritannien und Teilen der Vereinigten Staaten, den milk floats. Vor allem in Großbritannien fuhren über Jahrzehnte einige Zehntausend dieser Wagen im ganzen Land. 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 and 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 Vans und Lastkraftwagen mit Elektroantrieb.

In den Vereinigten Staaten überlebten Elektrofahrzeuge als so genannte Nachbarschaftsfahrzeuge. Hier handelt es sich um kleine Fahrzeuge, die wegen geringer Geschwindigkeit erleichtert zugelassen werden.[7] Ein großer US-Hersteller für leichte Personentransporter ist die Firma Global Electric Motorcars.


Renaissance (1990 bis heute) [Bearbeiten]

Lightning GT: 652 PS, Reichweite: 402 km, Aufladung der Akkus in 10 min möglich, in 4 s von 0 auf 100 km/h, Verbrauch: ca. 2 Euro/100km, Preis: 155.000 Euro
Generatorenanhänger als Idee von AC Propulsion zur Lösung des Reichweitenproblems an den Tagen, an denen die Batteriereichweite zu gering ist: Genset trailer
Wrightspeed X1: 0 auf 96 km/h (60 mph) in 3 Sekunden
Keio University Eliica: Maximalgeschwindigkeit: 370 km/h
Venturi Fétish: 300 PS, 4,5 s von 0 auf 100 km/h, Spitze 250 km/h, Preis: 300.000 EuroBestrebungen, Elektromotoren im Automobilbau für den Antrieb einzusetzen, wurden verstärkt nach der durch den Golfkrieg ausgelösten Ölkrise der 1990er Jahre und dem danach wachsenden Umweltbewusstsein in Angriff genommen, unterstützt von neuen Akkumulatoren, die die Bleiakkus ablösen konnten.

Mit dem Golf CitySTROMer versuchte VW sich zwischen 1992 und 1996[8] an einer Elektroversion des Golfs. Er war für die großen Energieversorger gedacht und wurde nach nur 120 Stück eingestellt.[9] Die Daten wurden von der Forschungsstelle für Energiewirtschaft geprüft und ein Wirkungsgrad von 49 % festgestellt. Der Energieverbrauch lag bei rund 25 kWh/100 km[10]

PSA Peugeot-Citroën produzierte zwischen 1995 und 2005 etwa 10.000 elektrisch angetriebene Automobile. Die Produktion musste jedoch eingestellt werden, als die EU die Verwendung von Nickel-Cadmium-Akkus untersagte, die im Elektro-Peugeot zum Einsatz kamen.[11]

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. Nicht nur die Produktion dieser beiden, sondern auch anderer Elektroautos wurde, so die Behauptung der jeweiligen Hersteller, aus „mangelnder Nachfrage“ eingestellt. Im Widerspruch dazu steht das Angebot von Umweltschutzorganisationen und -aktivisten, große Auflagen abzunehmen. Da die Fahrzeuge den Endabnehmern ausschließlich auf Leasing-Basis überlassen wurden, konnte GM nach einem Politikwechsel einer Vertragsverlängerung widersprechen und die noch voll funktionstüchtigen Wagen − teilweise zwangsweise − einziehen und verschrotten lassen. Die Anhänger des Konzepts Elektroauto werfen der Automobilindustrie vor, auf Druck der Öl-Interessengruppen (»Öl-Mafia«) das Elektroautoprojekt vorzeitig aufgegeben zu haben. Dennoch will General Motors [12], wie auch deutsche Autohersteller, ab 2010 Hybridautos fertigen.

2008 wurden vor allem von kleineren, unabhängigeren Firmen Elektroautos entwickelt, wie beispielsweise der Sportwagen Tesla Roadster. Viele etablierte Hersteller gaben zudem Pressemitteilungen zu ihren Entwicklungen (siehe auch Liste der Elektroautos) heraus. Weiterentwickelt wird auch das Hybridauto, das einen Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor kombiniert. Fachleute sehen diese Technik jedoch nur als Übergangslösung hin zum reinen Elektromotor.


Die Zukunft [Bearbeiten]
Studien gehen davon aus, dass die Ära des Verbrennungsmotors aus Kostengründen zu Ende geht und er eventuell durch den Elektromotor ersetzt wird [12][13], zumal wenige Prozent der Sahara mit Solartechnik bedeckt genügen würden, um den gesamten aktuellen Weltenergiebedarf zu decken [14] (siehe auch Solarenergie).

Der Vorstandsvorsitzende von VW Martin Winterkorn sieht im Elektroauto die Zukunft der Automobilindustrie. [2] Teilweise wird schon ein Elektroauto-Boom gesehen.[15] Auch Daimler-Entwicklungsvorstand Thomas Weber meint, dass der Elektroantrieb die Zukunftstechnologie schlechthin sei. [3]


Konzepte und Einsatzgebiete [Bearbeiten]

Der Think City (Modell A266) auf der EXPO in Hannover
REVA Elektroauto, hergestellt in Indien
Modernes Elektroauto (Global Electric Motorcars)Die Entwicklung von Elektroautos lässt sich grob in folgende Richtungen unterteilen.

Die Entwicklung neuer PKW, sogenannter Leichtelektromobile, die sehr sparsam mit Energie umgehen, damit befriedigende Reichweiten erzielt werden können. Diese können noch in zwei Untergruppen aufgeteilt werden.

Stadtfahrzeuge mit einer Geschwindigkeit bis zu 60 km/h. Beispiele dafür sind die Fahrzeuge der Firma Global Electric Motorcars, TWIKE und CityEL. Die letztgenannten sind die meistverkauften Elektro-PKW in Europa. Diese Fahrzeuge benötigen typischerweise im Alltag etwa 4−10 kWh elektrische Energie für eine Strecke von 100 km. Dabei stehen auch Gedanken an eine Anpassung der Fahrzeuge an das Mobilitätsverhalten (hauptsächlich Kurzstreckenverkehr) eine Rolle.

Autobahntaugliche Elektrofahrzeuge, die mindestens 60 km/h schaffen. Beispiele dafür sind der Think City, der Lightning GT, Tesla Roadster und der Elektro-Smart
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.
Industriefahrzeuge sind bereits sehr weit verbreitet. So arbeiten elektrische Lastkarren und automobile Flurförderfahrzeugen in vielen gewerblichen Bereichen. Ihr Einsatz findet meist außerhalb des allgemeinen Straßenverkehrs statt. In der Schweiz, z. B. in Zermatt, beherrschen sie an einigen wenige Orten den gesamten Verkehr, siehe weiter unten.
Studien- und Experimentalfahrzeuge sind häufig Prototypen, die mittels modernster Technik, akzeptable Reichweiten bzw. Höchstleistungen bei Geschwindigkeit und Beschleunigung erreichen. Z. B. Dragster mit Elektroantrieb, der Keio University Eliica, AC Propulsion tzero, Venturi Fétish, Fisker Karma und Wrightspeed X1. In diese Kategorie fallen auch Solarfahrzeuge, die explizit für Wettbewerbe (z. B. der in der Schweiz, in der australischen Wüste oder quer durch die USA) gebaut wurden.

Eigenschaften [Bearbeiten]
Emissionen: Elektroautos selbst verursachen keine klimaschädlichen Emissionen und arbeiten zumeist sehr leise, was daran liegt, dass sie keinen Auspuff benötigen. Zu berücksichtigen sind jedoch die Emissionen, die bei der Stromerzeugung entstehen können.
Elektromotoren besitzen einen sehr hohen Wirkungsgrad und haben daher weniger Energieverluste als konventionelle Antriebe mit Verbrennungsmotoren. Das wirkt sich insbesondere bei einer Teilbelastung aus, hier ist der Wirkungsgradunterschied im Vergleich zum Verbrennungsmotor besonders hoch. Da Automobile im Stadtverkehr fast immer mit Teillast fahren, eignen sich besonders hierfür Elektroantriebe. Elektrofahrzeuge besitzen häufig die Fähigkeit, beim Bremsen durch Nutzbremsung einen Teil der Antriebsenergie zurückzugewinnen. Jedoch müssen Verluste bei der Herstellung, Übertragung und Speicherung des Stroms in eine Gesamtbetrachtung einbezogen werden.
Technik: 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 sind. Auch das Rückwärtsfahren ist ohne Schaltgetriebe möglich. Elektromotoren laufen selbstständig an. Ein gesonderter Anlassermotor ist daher genauso wenig erforderlich wie ein Generator (»Lichtmaschine«). Seit einiger Zeit experimentieren diverse Hersteller mit Radnaben-Motoren. An den Antriebsachsen sind dabei die Räder mit je einem eigenen Motor innerhalb der Rades ausgestattet. Bei dieser Art des Antriebes entfallen z. B. der »Motorraum« und viele Teile des konventionellen Antriebsstranges und vereinfachen so den Aufbau. Elektromotoren werden meist luftgekühlt, in einigen Fällen kommt auch Wasserkühlung zur Anwendung. Eine Abgasanlage im engeren Sinne ist zwar nicht erforderlich, jedoch benötigen Bleiakkumulatoren eine Abführung ihrer Knallgasemissionen während des Ladevorgangs. Ein Elektrofahrzeug benötigt keinen Kraftstofftank und keine Kraftstoffpumpe, jedoch einen Fahrregler (Leistungselektronik). Nachteilig ist jedoch die Temperaturabhängigkeit und damit schwankende Leistungsfähigkeit der meisten Akkumulatorentypen. Ein ganz anderer Effekt ergibt sich durch den hohen Wirkungsgrad des Antriebs: Die Abwärme des Elektromotors ist gegenüber derjenigen eines Verbrennungsmotors verschwindend gering. Für die Klimatisierung sind Zusatzgeräte notwendig, die einen nicht unerheblichen Energiebedarf (vor allem Heizung und Klimaanlage) haben. Diese Energie muss ebenfalls mitgeführt werden.
Wartung und Lebensdauer: Elektromotoren sind einfacher aufgebaut und besitzen erheblich weniger bewegliche Teile als Verbrennungsmotoren. Ölwechsel sind nicht notwendig. Elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge arbeiten, was den Antriebsteil angeht, in der Regel sehr wartungsarm. Jedoch haben die Akkumulatoren abhängig von Typ und Beanspruchung eine sehr viel kürzere bis ähnliche Lebensdauer wie Verbrennungsmotoren.
Die Reichweite ist geringer als bei herkömmlichen Antrieben. Erhältliche Akkumulatoren 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. 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. Der Leichtbau dieser Fahrzeuge (Verzicht auf Sonderausstattungen) und die im Vergleich zum Tankvorgang beim Verbrennungsmotor langen Ladezeiten der Akkumulatoren sind weitere Nachteile. Weiterhin ist eine Vielzahl von »Hochstrom-Schnell-Lade-Stützpunkten« notwendig, mit denen innerhalb von 8 Minuten eine 90-Prozent-Ladung des neuen Lithium-Ionen-Akkus mit Nano-Titanat-Elektroden möglich ist. Mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind bereits Reichweiten von 400 km bei normalen Fahrleistungen möglich. Dabei bietet die Technik der Lithium-Ionen-Akkumulatoren noch erhebliche Entwicklungsmöglichkeiten. Es wurden schon Akkumulatoren mit der zehnfachen Energiedichte der heute handelsüblichen Typen vorgestellt.

Energiegewinn und Wirkungsgrade [Bearbeiten]
Die Energie der Elektrofahrzeuge kann aus regenerativen Energiequellen gewonnen werden, speziell aus Windenergie und Photovoltaik, wodurch sich der Gesamtwirkungsgrad und die Umweltbilanz gegenüber Wärmekraftwerken deutlich verbessert. Bei akkuelektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird die erzeugte elektrische Energie über die Ladestation dem Akku zugeführt.

Die Menge der Antriebsenergie, die ein Automobil benötigt, ist nicht abhängig von der Antriebsart, sondern vor allem von Parametern wie Luft- und Rollwiderstand und der Fahrzeugmasse. Die Effizienz, mit der diese Antriebsenergie aus dem Primärenergieträger (Mineralöl, Wind, Kohle etc.) umgewandelt, transportiert und in die Fahrzeugbewegung umgesetzt wird, entscheidet über die Effizienz des Automobils. Elektroautos haben einen hohen Wirkungsgrad, wie er in Wärmekraftwerken und Verbrennungsmotoren unerreichbar ist und man nimmt dabei Verluste durch die Stromleitung und Speicherung, sowie den Antriebsstrang im Fahrzeug in Kauf. Verbrennungsmotoren wandeln den Kraftstoff an Bord in Antriebsenergie um, wobei der Wirkungsgrad vor allem in Folge des Teillast- und Leerlaufbetriebs und meist fehlender Bremsenergierückgewinnung relativ gering ist.

Eine Aussage über den Wirkungsgradunterschied lässt sich nur treffen, wenn beide Fahrzeuge identische Parameter aufweisen und der gleiche Primärenergieträger zugrunde gelegt wird. Am ehesten lässt sich dieser Vergleich mit Fahrzeugen anstellen, die sowohl in Elektro- als auch Verbrennungsmotorversion hergestellt wurden.

Nach einer Berechnung von Greenpeace stößt ein Elektro-Mini 133 Gramm Kohlendioxid pro Kilometer aus, wenn der Strom mit einem herkömmlichen Energiemix gewonnen wird. Damit liegt der Mini oberhalb des Ausstoßes des Mini One mit Verbrennungsmotor.[16]


Kosten [Bearbeiten]
Den sehr niedrigen Betriebskosten von Elektrofahrzeugen (4-25 kWh 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 nach einigen Jahren ersetzt werden. Außerdem sind die niedrigeren Steuersätze für Strom aus dem Stromnetz gegenüber den Steuersätzen für die heutigen Treibstoffe ein gewichtiges Argument zu Gunsten von Elektroautos.

Bleiakkumulatoren sind kostengünstig, besitzen allerdings die genannte beschränkte Lebensdauer (zwischen 5.000 und 50.000 km); Nickel-Cadmium-Akkumulatoren 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-Akkumulatoren 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.


Fahrzeugtechnik [Bearbeiten]

Bis 1998 gebauter Elektroantrieb und Akkumulator für diverse Fahrzeuge von PSA Peugeot Citroën.Der Elektromotor selbst gilt als ausgereift, man kann ihn beispielsweise als Radnabenmotor einsetzen. Probleme bereitet der Energiespeicher, da ein Auto, im Gegensatz z. B. zu einer elektrischen Lokomotive oder einem Oberleitungsbus, die elektrische Energie für eine angemessene Reichweite des Fahrzeugs mit sich führen muss.


Energiespeicher [Bearbeiten]
Für die Energiespeicher bei Elektroautos gibt es verschiedene Konzepte: favorisiert werden derzeit der Akkumulator (u.a. Ni-MH und Li-Ion) und die Brennstoffzelle, die die Energie in Form von Wasserstoff mitführt. Die Hybridtechnik gilt als Notlösung. Bei Bedarf kann über einen Generator, angetrieben durch einen Verbrennungsmotor, notwendige elektrische Energie nachproduziert werden. Die Hybridtechnik führt jedoch zu höheren Kosten, zu einem höheren Fahrzeuggewicht und zu lokalen Umweltbelastungen u.a. durch CO2.

Erst durch leistungsfähige Energiespeicher kann ein Elektroauto Reichweiten erreichen, die mit denen mit Verbrennungsmotoren angetriebener Autos vergleichbar sind. Reichweiten von bis zu 500 km sind nach heutigem Stand realisierbar.

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 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 kostet 2008 etwa 5.000 €, jedoch ist bei Massenfertigung der Akkumulatoren noch mit sehr erheblichen Preissenkungen zu rechnen.

Es gibt mit dem Konzept „Vehicle to Grid“ oder „Fahrzeug ans Netz“ eine Überlegung, dass Elektroautos nicht nur Energie aus dem Stromnetz entnehmen, sondern in Zeiten großer Netzlast auch wieder einspeisen können.


Entwicklungen in der Akkumulator-Technik [Bearbeiten]
Neuere Entwicklungen der Akkumulatoren-Technologie verringern die bisherigen Nachteile von Batterie-betriebenen Elektrofahrzeugen nachhaltig. Neuere Lithium-Titanat-Akkumulatoren von Altairnano weisen nach Herstellerangaben folgende Eigenschaften auf:

Eine Energiedichte von 70–90 Wh/kg (Dieselkraftstoff zum Vergleich 11800 Wh/kg)
Eine Kapazität, die bei einem normalen PKW für eine Reichweite bis zu 400 km pro Akkuladung 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-Akkus können die Akkus 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 Akkus 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 Akkus jedoch häufiger aufladen, wodurch sie schneller verschleißen.
Es soll möglich werden, die Akkumulatoren 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) geliefert, die Fahrzeuge mit Platz für 5 Personen und einer Ladefläche herstellt, die von diesen Akkus angetrieben werden. Ab 2008 soll ein entsprechend angetriebenes Sportfahrzeug (Sport Utility Vehicle, kurz: SUV) produziert werden.


Vergleich zwischen Akkumulator und Brennstoffzelle [Bearbeiten]
Brennstoffzellen bieten die Möglichkeit, sehr viel Energie in Form von Wasserstoff oder niedermolekularen Alkoholen (Methanol, Ethanol) im Fahrzeug mitzuführen und erreichen daher im Verbund Brennstoffzelle/Tank eine höhere Energiedichte als Akkumulatoren. Brennstoffzellen sind kommerziell bereits verfügbar, Brennstoffzellenfahrzeuge beschränken sich jedoch derzeit noch auf Prototypen.

Auch das Nachtanken gestaltet sich schneller als das Aufladen. Handelsübliche Akkumulatoren brauchen zum Aufladen zwar bis zu 4 Stunden, aber die im Vordringen begriffenen schnellladefähigen Lithium-Titanat-Akkumulatoren benötigen maximal nur 10 Minuten für eine Aufladung.

Im Vergleich beider Formen der Energiespeicherung ergibt sich für die wasserstoffbetriebene Brennstoffzelle ein geringerer Wirkungsgrad als für den Akkumulator bei elektrischer Energie als Primärenergie:

Der Wirkungsgrad der Elektrolyse (Wasserstoffherstellung) beträgt ca. 70 %, und die Brennstoffzellen (PEM) schaffen im Normalbetrieb nicht über 40 %, was ohne Wasserstoffverluste 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 %) ergibt sich bis zu ca. 74 %.
Für Brennstoffzellen notwendiger Wasserstoff muss hergestellt, transportiert und über ein noch aufzubauendes Tankstellennetz vertrieben werden. Die Gesamteffizienz der Mobilität muss jedoch die Primärenergieträger mit einschließen. Brennstoffzellen können auch mit Kraftstoffen betrieben werden, die preisgünstig sowohl aus fossilen Rohstoffen als auch aus Biomasse gewonnen werden. Elektrofahrzeuge haben den Vorteil, dass die nötige Energie mit vielen verschiedenen Methoden produziert werden kann. Die elektrische Energie für Elektroautos kann aus erneuerbaren Energien gewonnen werden.


Kondensatoren als Energiespeicher [Bearbeiten]
Ein Kondensator ist ein Energiespeicher für elektrische Energie und dem Akkumulator in praktisch allen Kennwerten außer der Energiedichte weit überlegen. Handelsübliche Superkondensatoren erreichen derzeit eine Energiedichte von bis zu 5 Wh/kg. Dieser Wert liegt deutlich unter denen von Akkumulatoren. Kondensatoren als Speicher für Antriebsenergie haben daher keine praktische Bedeutung im Elektromobilbau, allerdings gibt es Versuche Kondensatoren und Akkumulatoren zu kombinieren[17].

Kondensatoren haben kaum eine Beschränkung beim Lade- und Entladestrom, da sie nicht wie Akkumulatoren auf chemischer Umwandlung basieren. Dies ist beim Nutzbremsen ein Vorteil. Der Wirkungsgrad eines Kondensators beträgt nahezu 100 %. Da keine chemische Umwandlung stattfindet, geht bei einem Lade-Entlade-Zyklus kaum Energie verloren, jedoch gibt es eine ständige geringe Selbstentladung. Der Kondensator kennt keinen Memory-Effekt oder eine beschränkte Anzahl an Ladezyklen wie der Akkumulator und kann in jedem Ladezustand geladen oder entladen werden. Die Lebensdauer eines Kondensators ist nur von der mechanischen und chemischen Haltbarkeit seiner Bauteile abhängig. 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 Spannung sind notwendig.


Extender [Bearbeiten]
Da die Akkutechnik noch nicht so weit fortgeschritten ist, um eine hohe Ladungsdichte zu speichern, die Ladezeiten pro Vollaufladung bis zu 8 Stunden dauern und die Stromtankstellendichte noch sehr gering ist, sind für Langstreckenfahrten (> 300 km) zusätzliche Energiespeicher (Extender) notwendig.

Vor allem Konzepte mit Seriellem Hybrid werden für eine größere Marktverbreitung favorisiert. Sie sollen die Stärken von Elektromotor und anderen Energiewandlern vereinen. Die Kombination von Elektroantrieb, Generator, 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 (siehe auch Dieselelektrischer Antrieb).

Kritisiert hat diese Entwicklungslinie Hondas Präsident Takeo Fukui: Er betrachte diese Fahrzeuge als akkubetriebene Elektrofahrzeuge, die überflüssigerweise einen Verbrennungsmotor und Benzintank mit sich herumschleppen.[18] Lösungsansätze um diese Zusatzlast im Kurzstreckenbetrieb zu vermeiden gibt z. B. von der Firma Mindset AG oder der Firma AC Propulsion. Sie setzen beide auf Generatoren, die bei Bedarf in oder an das Elektroauto angebaut werden können.

Als Alternative zu Benzin- oder Dieselgeneratoren werden Brennstoffzellen als Energielieferant gesehen. Dieser stehen gegenwärtig aber die Nachteile der Brennstoffzelle wie geringe Lebensdauer, hohen Kosten, fehlendes Tankstellennetzwerk und geringe Reichweite entgegen (siehe auch Brennstoffzellenfahrzeug).

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


Ladestationen und Infrastruktur [Bearbeiten]
Prinzipiell können die meisten Elektroautos an jeder Steckdose aufgeladen werden. Das Netz von öffentlich zugänglichen Akkuladestellen für Elektrofahrzeuge ist jedoch sehr dünn und lange Ladezeiten der Akkumulatoren erfordern bei längeren Reisen eine sorgfältige Weg- und Zeitplanung. Im gedruckten oder auch im Internet zugänglichen LEM-Net[19] (LEM = Leicht-Elektro-Mobil) werden für Deutschland, die Schweiz, Österreich, Liechtenstein und Frankreich öffentlich zugängliche Stromtankstellen aufgelistet.

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 (230-V/16-A-Steckdose) können Leichtelektromobile wie das TWIKE dank ihres geringen Stromverbrauchs in rund 1 bis 2 Stunden voll geladen werden.

Wechselakkusysteme wurden nur in seltenen Fällen eingerichtet, meistens für lokal gebundene Flottenfahrzeuge. Jedoch gibt es in Ländern wie Israel und Dänemark große Projekte für ein Netz von Ladestationen und Akkuwechselstationen, die von der Firma Better Place in Zusammenarbeit mit lokalen Partnern aufgebaut werden sollen.

Derzeit ist die in Form von Benzin umgesetzte Energie etwa so groß wie die Elektroenergie. Sollten stromtankende Elektromobile jenseits des derzeitigen Nischendaseins größere Anteile an der Mobilität übernehmen, so wird ein sehr viel größerer Anteil des Strombedarfs zu Akkuladezwecken verwendet. Dies hat Einfluss auf das Kraftwerksmanagement und Schwankungen des Energiebedarfs. 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.


Emissionsfreie Gemeinden [Bearbeiten]
Weltweit gibt es es eine Reihe von Orten in denen Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren nicht zugelassen sind und die oft als autofrei bezeichnet werden. Dazu zählen die schweizerischen Orte Braunwald, Gimmelwald, Mürren, Niederrickenbach, Riederalp, Saas Fee, Stoos, Wengen BE und Zermatt. Für mit dem Auto anreisende Gäste stehen bei diesen Orten an der jeweils letzten mit dem Auto erreichbaren Bahnstation bzw. der Talstation Parkplätze bzw. -häuser zur Verfügung, beispielsweise für Mürren und Wengen in Lauterbrunnen, für Zermatt in Täsch.

Zugelassen sind z. B. in Zermatt Elektrofahrzeuge, die aber mit Rücksicht auf die vielen Fußgänger und die Verkehrssicherheit nur maximal 20 km/h schnell fahren dürfen. Von diesen mit Ausnahme der Elektrobusse kleinen und schmalen Elektrofahrzeugen sind aber viele unterwegs, als Transportfahrzeuge der Handwerker, als Lieferfahrzeuge der Supermärkte, Geschäfte, Gaststätten und Hotels, sowie um als Taxis oder Hotelzubringer Gäste und deren Gepäck vom Bahnhof abzuholen. Da gut 57 Prozent des Stroms mit Wasserkraft produziert wird[20], sind diese Elektrofahrzeuge nicht nur vor Ort emissionsfrei, sondern auch insgesamt sehr umweltfreundlich. Je nach Einsatzprofil besitzen die Betreiber je Fahrzeug zwei oder drei Akkus zum Wechseln. Verwendet werden einfache Bleiakkus.

Transfer von Gepäck und Touristen in Zermatt mit Elektrofahrzeugen
Elektrofahrzeug eines Handwerkers in Zermatt
Elektrotaxis und Elektrobus in Zermatt
Antriebsstrang eines Elektroautos, Zermatt

Oerlikon Blei-Traktionsakku, Zermatt
Pferdewagen, E-Fahrzeuge von Pfander und STIMBO vorm Bahnhof Zermatt
Gelbes Elektrofahrzeug in Zermatt
Drei elektrische Lieferwagen auf dem Bahnhofsvorplatz in Zermatt


In Saas-Fee sind mit Ausnahme von Arzt, Feuerwehr, Müllabfuhr etc. nur Elektrofahrzeuge erlaubt.


Verfügbare Elektroautos [Bearbeiten]
Eine Liste der verfügbaren Elektroautos, siehe Liste der Elektroautos.


Einzelnachweise [Bearbeiten]
↑ http://www.adac.de/Auto_Motorrad/Umwelt/Elektroauto/default.asp?ComponentID=227968&SourcePageID=142577
↑ a b spiegel.de: VW-Chef Winterkorn sieht im Elektroauto die Zukunft der Automobilindustrie.
↑ a b wirtschaftswoche.de: Thomas Weber im Interview: »Das ist die Zukunftstechnologie schlechthin«
↑ Kurt Möser: Geschichte des Autos, Kapitel Dampf, Benzin, Elektrizität: Die Konkurrenz der Systeme, Seite 52, Campus Verlag, Frankfurt/New York, 2002, ISBN 3-593-36575-8
↑ http://www.schoene-aktien.de/detroit_alte_aktien.htm
↑ http://de.geocities.com/jayedelman/porsche.html
↑ http://www.evworld.com/evguide.cfm?evtype=nev
↑ CitySTROMer eingestellt, in: Solarmobil Aktuelle Meldungen
↑ Golf CitySTROMer
↑ FFE testet CitySTROMer
↑ http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/0,1518,561810,00.html
↑ a b PM: Chevrolet E-Volt: General Motors will reines Elektroauto bauen:
↑ nano 3sat: Elektroautos werden von 2015 an zum Massenphänomen
↑ nano.de: video: Spanien baut eines der weltgrößten Solarkraftwerke. Auch mit Informationen zu möglicher Energieerzeugung in Nordafrika.
↑ spiegel.de: ELEKTROAUTO-BOOM: Eine Branche unter Strom
↑ Sueddeutsche Zeitung, Die Zukunft des Autos - Ein Land unter Strom, 25. Nov. 2008
↑ Tyler Hamilton, Neustart für Bleibatterie
↑ http://www.heise.de/newsticker/Hybrid-oder-Elektroauto-Hersteller-eroeffnen-neue-Diskussion--/meldung/97918
↑ LEMnet Verzeichnis der Stromtankstellen
↑ Bundesamt für Energie - Wasserkraft

Siehe auch [Bearbeiten]
Elektro-Roller
Alternative Antriebstechnik
Hybridfahrzeug, bei dem ein Elektromotor den Verbrennungsmotor unterstützt
Plug-in-Hybrid, ein auch mit Netzstrom auftankbarer Hybrid
Elektrofahrrad
Coaster Elektrofahrzeug auf Schienen
AC Propulsion tzero (Elektrofahrzeug)
Tesla Motors (Hersteller von Elektrofahrzeugen)
Lightning GT, das schnellste Elektrofahrzeug der Welt
Lunar Roving Vehicle, das Mondauto
Niedrigenergiefahrzeug
Wikinews zu Elektroautos

Weblinks [Bearbeiten]
Commons: Electric vehicles – Bilder, Videos und Audiodateien
Wikinews: Portal:Elektroautos – Nachrichten
Elwiki: Dokumentationswiki für Elektroautos
Überblick aktueller Elektrofahrzeuge mit technischen Details
Studie zur Elektromobilität
Von „http://de.wikipedia.org/wiki/Elektroauto“
Kategorien: Antriebstechnik | Umwelttechnik | Automobilbauart | Elektrischer Fahrzeugantrieb | Elektroauto