SCHARRWÄRME
Die Elektromobilität hat längst Einzug in unser Leben erhalten und mit ihr auch viele neue Begriffe. Nicht nur vor dem Hintergrund aktueller Herausforderungen wie Klimawandel, Ressourcenknappheit, Luftverschmutzung und verkehrsbedingter Lärmbelastung wird die Elektromobilität auch in Zukunft eine große Rolle spielen.
Damit Sie auch weiterhin den Überblick behalten, haben wir die wichtigsten Begrifflichkeiten und Fakten zusammengefasst und erläutert.
Ein Akku (Akkumulator) ist ein wiederaufladbares Speicherelement für elektrische Energie. Durch mehrere aneinandergereihte Akkuzellen entsteht eine Batterie. Im alltäglichen Sprachgebrauch werden die Begriffe „Akku“ und „Batterie“ häufig gleichbedeutend verwendet.
Das AVAS (Acoustic Vehicle Alert System) ist ein akustisches Warnsystem für geräuscharme Fahrzeuge. Da Elektroautos insbesondere bis zu einer Geschwindigkeit von 20 km/h nur sehr geringe Geräusche von sich geben und von Fußgängern oder Radfahrern leicht überhört werden könnten, müssen sie seit 2019 mit dem AVAS ausgestattet sein. Dieses erzeugt bis zu dieser Geschwindigkeitsgrenze ein künstliches Geräusch, das einem Verbrennungsmotor ähnelt.
Die Batterie gehört zu den teuersten Bestandteilen eines Elektroautos. Sie altert auch bei Nichtnutzung, denn die maximale Speicherkapazität reduziert sich mit der Zeit und mit der Anzahl der Ladungen. Gegenwärtig finden im Elektroauto Lithium-Ionen-Batterien Verwendung. Jedoch erfolgen stetig neue Entwicklungen und Forschungen, die darauf abzielen, die Speicherkapazitäten zu erhöhen und die Reichweite zu vergrößern. Man könnte fast sagen, aktuell herrscht ein weltweiter Wettbewerb um die effizientesten Batterien, so sind zum Beispiel Natrium-Ionen-Batterien oder Lithium-Schwefel-Batterien im Gespräch.
Ein Auto-Akku besteht aus einer Vielzahl von Akkuzellen, die theoretisch identisch sind, sich praktisch jedoch in Hinblick auf ihre Speicherkapazität unterscheiden. Hierbei bestimmt die kapazitätsschwächste Zelle die Gesamtkapazität, da der Ladevorgang abgebrochen wird, sobald die schwächste Zelle als „voll“ erkannt wird. Der Unterschied zwischen den schwachen und starken Zellen wird als „Zelldrift“ bezeichnet und nimmt bei jedem Ladevorgang zu, sodass die Gesamtkapazität des Akkus immer mehr abnimmt.
Das Battery Balancing ist eine Ausgleichsregelung, die die noch nicht voll aufgeladenen Zellen aktiviert und Teil des Batteriemanagementsystems ist. So wird jede Zelle nach Möglichkeit optimal geladen.
BEV ist die Abkürzung des englischen Begriffs "Battery Electric Vehicle". Damit bezeichnet werden Elektroautos, die ausschließlich über einen elektrischen Antrieb verfügen und vollständig emissionsfrei fahren.
Der Verkehr ist verantwortlich für rund ein Viertel der weltweiten CO2-Emissionen, welche gravierende Auswirkungen auf die Umwelt haben und die Erderwärmung erheblich beeinflussen. Elektroautos emittieren während des Fahrens kein CO2, geplant ist allerdings, sie vollkommen klimaneutral zu stellen. Erforderlich dafür ist, dass auch der verwendete Strom sowie die Produktion der Batterien auf erneuerbaren Energien basiert. Positive Auswirkungen ergeben sich dabei auch auf die Gesundheit der Menschen, da sich die Luftqualität verbessert.
CCS (Combined Charging System) bezeichnet ein kombiniertes Schnellladesystem, das sich als Ladestandard in Europa und Nordamerika etabliert hat. Bei diesem System kann das Fahrzeug sowohl an Gleich- als auch an Wechselstromstationen geladen werden kann, im Fahrzeug wird dafür nur eine Schnittstelle benötigt.
Die Energiedichte beschreibt, wie viel Energie in einem Kilogramm oder Liter enthalten ist bzw. gespeichert werden kann. Eine hohe Energiedichte bedeutet, dass eine große Menge Energie gespeichert wird. Im Gegensatz zu Diesel oder Benzin besitzen Akkus eine deutlich geringere Energiedichte. Daher werden Akkus mit einer hohen Energiedichte benötigt, um die Reichweite von E-Autos zu steigern.
Energieeffizienz beschreibt das Verhältnis von Energieaufwand zu einem bestimmten Nutzen. E-Autos haben eine hohe Energieeffizienz. Die Effizienz von Antrieben lässt sich am besten über ihren Wirkungsgrad vergleichen. Dieser beschreibt, wie viel der zugeführten Energie für die eigentliche Fortbewegung des Fahrzeugs eingesetzt wird. Ein Benzinmotor besitzt einen Wirkungsgrad von ca. 20 %, der Rest der im Kraftstoff enthaltenen Energie geht als Abwärme verloren und ist somit nicht nutzbar. Beim Elektromotor sieht es anders aus: Rund 80 % der zugeführten Energie werden in Bewegung umgesetzt. Bezieht man Verluste ein, die beim Laden der Batterie und der Bereitstellung des Stroms anfallen, erhält man einen Wirkungsgrad von rund 64 %.
Brennstoffzellenautos (engl. "Fuel Cell Electric Vehicle" = FCEV), auch "Wasserstoffautos" genannt, gehören zu den alternativen Antriebsmodellen der Zukunft. Im Fahrzeug befinden sich sogenannte Druckspeicher (Tanks), die den Wasserstoff gasförmig unter hohen Druck - von 350 bis zu 700 bar - oder flüssig bei minus 253° speichern. Der Wasserstoff kann in der sogenannten Brennstoffzelle mit Sauerstoff in einem elektrochemischen Prozess unmittelbar elektrische Energie und Wärme nutzbar machen. Als Emission wird Wasser ausgestoßen, aus dem im Prinzip wieder Wasserstoff gewonnen werden kann. Neben der Brennstoffzelle ist wie im BEV-Fahrzeug eine Batterie vorhanden, die den Brennstoffzellenantrieb beim Anfahren und Beschleunigen unterstützt. FCEVs können - falls erneuerbare Energien als Quelle für die H2-Erzeugung genutzt werden - CO2-neutral fahren.
Wenn es um zukünftige Batterietechnologien geht, fällt häufig der Begriff „Feststoffbatterie“. Da ihr das flüssige Elektrolyt fehlt, gilt sie als sehr sicher und temperaturbeständig, außerdem wird keine Kühlung benötigt. Ein weiterer Vorteil ist die deutlich höhere Reichweite, da Feststoffbatterien eine doppelt so große Energiedichte besitzen wie Lithiumbatterien, die heute noch der Standard sind.
Bei Gleichstrom (engl. Direct Current = DC) fließt der Strom in gleichbleibender Richtung. In Batterien steht die gespeicherte Energie in dieser Form zur Verfügung.
High Power Charger (HPC) ist der englische Begriff für Schnellladestationen mit Ladeleistungen von 150 bis zu 350 kW. Bei diesen Ladestationen können die Akkus in unter zehn Minuten für 100 Kilometer Reichweite aufgeladen werden, bei entsprechender Akkutechnik sogar bis zu 350 Kilometer.
Inverter, auch genannt Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter, sind Bestandteil eines Elektroautos und wandeln den Gleichstrom in der Batterie um in Wechselstrom für den Antrieb des Elektromotors.
Die Induktionsladung ist eine Ladetechnik, bei der der Akku eines E-Autos kabellos aufgeladen wird. Dafür benötigt werden zwei Spulen, eine in der Straße und eine im Boden des E-Autos. Durch den Wechselstrom, der durch die Asphaltspule fließt, entsteht ein Magnetfeld. Nähert sich ein Auto mit eingebauter Spule diesem Feld, kann Strom fließen und der Akku des Fahrzeugs kann während des Parkens oder sogar während des Fahrens aufgeladen werden. Aktuell befindet sich die Ladetechnik bei E-Autos noch in der Testphase.
Die Kapazität beschreibt, wie viel Energie die Akkus von Elektroautos speichern können. Die meisten Batterien in E-Autos haben eine Kapazität von ca. 70 Kilowattstunden. Die größten derzeit erhältlichen Elektroauto-Batterien speichern etwa 118 Kilowattstunden.
Der Akku eines E-Autos kann nur Gleichstrom speichern, der Strom aus dem öffentlichen Netz ist allerdings Wechselstrom. Bei Ladestationen gibt es zwei Arten: die Wechselstrom- und die Gleichstrom-Ladestation.
Bei ersterer fließt Wechselstrom von der Ladestation ins Auto, wo er in Gleichstrom umgewandelt wird. Bei letzterer wird der Strom bereits in der Ladestation in Gleichstrom umgewandelt und fließt direkt in die Batterie des E-Autos. Bei Gleichstrom-Ladestationen kann das Fahrzeug schneller aufgeladen werden, da der Umwandlungsprozess des Stroms in der Ladestation schneller geschieht.
Aktuell ist das Netz an Ladestationen in Deutschland noch ausbaufähig, doch es wächst unaufhörlich. Bis 2022 soll ein Viertel aller Tankstellen über Schnellladesäulen verfügen, bis 2024 die Hälfte und bis 2026 drei Viertel.
Unter einem Ladezyklus versteht man das Auf- und Entladen einer Batterie. Wird ein komplett leerer Akku zu 100 Prozent aufgeladen, liegt ein vollständiger Ladezyklus vor. Am akkuschonensten sind Ladevorgänge zwischen 20 und 80 % Prozent. Ständiges Laden an Schnellladestationen wirken sich auch negativ auf die Lebensdauer des Akkus aus. Hintergrund ist, dass beim Schnellladen die Akkuzellen unterschiedlich stark geladen werden können und unter den Zellen kein Spannungsausgleich erfolgt.
Für E-Autos werden zurzeit hauptsächlich Lithium-Ionen-Akkus verwendet. Der Vorteil gegenüber anderen Akkus (z.B. Nickel-Kadmium-Akkus) besteht darin, dass sie recht leicht sind und eine hohe Energiedichte besitzen, was die Reichweite der Fahrzeuge erhöht. Außerdem haben sie eine hohe Zyklenfestigkeit und unterliegen nicht dem Memory-Effekt, d.h. sie vertragen viele Ladezyklen, ohne dabei an Gesamtkapazität zu verlieren. Das Nachfolgermodell dieser Akkus könnte die Lithium-Luft-Batterie werden, die eine deutliche Reichweite von Elektroautos prophezeien.
Das Lastmanagementsystem sorgt für eine optimale Auslastung des vorhandenen Netzanschlusses, um Überladungen zu verhindern und die Sicherheit zu erhöhen, wenn mehrere E-Autos gleichzeitig geladen werden. Die zur Verfügung stehende Energie wird auf die einzelnen Fahrzeuge verteilt und begrenzt, sodass eine Überlastung vermieden wird.
Der Memory-Effekt beschreibt das Phänomen, dass sich die Gesamtkapazität des Akkus immer mehr verringert, wenn er häufig vor vollständigem Entladen wieder aufgeladen wird. Dies war ein geläufiges Problem bei den Nickel-Cadmium-Akkus, welches jedoch mit der Einführung der Lithium-Ionen-Akkus behoben wurde.
Als Null-Emissions-Fahrzeug (Zero-Emission-Vehicle = ZEV) werden Autos bezeichnet, die während des Betriebs keine gesundheits- und umweltschädigenden Emissionen ausstoßen. Ob es sich bei einem Elektroauto auch um einen ZEV handelt, hängt unter anderem davon ab, mit welchem Strom er betrieben wird. Das Fahrzeug gilt nur dann als ZEV, wenn Strom aus erneuerbaren Energien verwendet wird.
One-Pedal-Driving beschreibt eine Fahrtechnik, die mit nur einem Pedal auskommt, dem sogenannten E-Pedal. Dabei handelt es sich um ein modifiziertes Gaspedal, welches sowohl für die Beschleunigung als auch für den Bremsvorgang verwendet wird. Sobald der Fahrer den Fuß vom Pedal nimmt, setzt aufgrund der Rekuperation der Bremsprozess ein, wodurch sich das Auto bis zum Stillstand verlangsamt. Da bei dieser Technik eine Vollbremsung nicht möglich ist, sind diese Fahrzeuge mit einem Notbremssystem ausgestattet.
Die Reichweite beschreibt, wie viele Kilometer ein Elektroauto mit einer Batterieladung zurücklegen kann. Sie beträgt bei den meisten aktuellen E-Autos zwischen 150 und 400 Kilometer, bei einigen Premiummarken auch mehr als 700 Kilometer. Die Reichweite ist allerdings unter anderem abhängig von der Außentemperatur oder dem Fahrverhalten.
Rekuperation, oder auch "Nutzbremsung" genannt, beschreibt den Effekt der Energierückgewinnung. Bei Autos mit Verbrennungsmotoren wird beim Bremsvorgang die Energie in Wärme umgewandelt und geht verloren, bei Elektro- und Hybridfahrzeugen kann man diese zurückgewinnen. Wird bei diesen Autos gebremst oder bergab gefahren, wird die Energie in die Batterie zurückgeführt und kann erneut verwendet werden.
Es wird kontinuierlich daran geforscht, wie man die Reichweite von Elektroautos verlängern kann. Heute dienen konventionelle Verbrennungsmotoren noch beinahe ausschließlich als Range Extender (Reichweitenverlängerung), etwa bei einem Plug-in-Hybrid, allerdings wird an weiteren innovativen Methoden geforscht, die Reichweite zu maximieren.
Unter „Smart Grids“ versteht man intelligente Stromnetze, bei denen Erzeugung, Verbrauch und Speicherung durch eine zentrale Steuerung optimal aufeinander abgestimmt und Leistungsschwankungen aufgrund von z.B. fluktuierenden erneuerbaren Energien im Netz ausgeglichen werden. Netzbetreiber erhalten regelmäßig Informationen zur Energieproduktion und -verbrauch, somit transportieren Smart Grids neben Energie auch Daten.
In einigen Städten und Ländern kann man von Sonderrechten Gebrauch machen, wenn man mit einem E-Auto unterwegs ist. Voraussetzung dafür ist das E-Kennzeichen. Beispielsweise in Hamburg, München oder Stuttgart dürfen E-Autos kostenlos parken, in Dortmund dürfen sie auf Busspuren fahren. Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der Parkplatzsuche, denn Parkplätze an einer Ladestation, die sich häufig an zentralen Plätzen in Innenstädten befinden, sind für Elektroautos reserviert. Außerdem sind bestimmte E-Fahrzeuge für zehn Jahre von der Kfz-Steuer befreit, im Anschluss profitiert man von einer reduzierten Steuer.
Die THG-Quote (Treibhausgasminderungs-Quote) ist ein Klimaschutzinstrument, um die CO2-Emissionen im Verkehrssektor zu reduzieren. Unternehmen, die in Deutschland fossile Kraftstoffe vertreiben, sind gesetzlich dazu verpflichtet, ihre Emissionen zu reduzieren und müssen eine bestimmte Quote erfüllen. Ein 2021 verabschiedetes Gesetz hebt die THG-Quote bei Kraftstoffen schrittweise von aktuell 6% auf 25% im Jahr 2030 an. Der Strom, der in Elektrofahrzeugen verwendet wird, ist auf diese Quote anrechenbar.
Sollten die quotenpflichtigen Unternehmen die per Gesetz angeordnete CO2-Reduktion nicht selbst erfüllen können, können sie die THG-Quote von E-Auto-Haltern kaufen und geltend machen. Somit können seit 2022 auch private Halter von rein elektrisch betriebenen Fahrzeugen ihre THG-Quote an quotenpflichtige Unternehmen verkaufen und so jährlich eine steuerfreie Prämie erhalten.
Der Stecker Typ 2 ist der Standard-Ladestecker in Europa, oft auch bezeichnet als Mennekes-Stecker, nach dem Unternehmen Mennekes Elektrotechnik GmbH & Co. KG, das ihn entwickelt hat. Er kann sowohl an der Haushaltssteckdose, einer Wallbox als auch an Gleichstrom-Ladestationen verwendet werden.
Da der Listenpreis von Elektroneufahrzeugen vergleichsweise teuer ist, wird die Anschaffung eines reinen E-Autos von Staat und Herstellern mit dem sogenannten Umweltbonus von bis zu 6.750 € subventioniert. Plug-in-Hybride hingegen sind ab 2023 nicht mehr förderfähig. Die Höhe der Förderung hängt vom Nettolistenpreis des Basismodells ab. Ab dem 1.9.2023 sollen voraussichtlich nur noch Privatpersonen für reine BEV-Fahrzeuge antragsberechtigt sein. Hier arbeitet das BMDV (Bundesministerium für Digitales und Verkehr) jedoch bereits an einer Nachfolgelösung für Unternehmen, die im Frühjahr 2023 bekanntgegeben werden soll. Zuständig für die Förderung ist das BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle).
Gut zu wissen: Gefördert werden nur die Fahrzeuge, die vom BAFA auf der Liste der förderfähigen Elektrofahrzeuge stehen, mit der sich die Automobilhersteller an der Finanzierung des Umweltbonus beteiligen.
Der Verbrauch von E-Autos wird in Kilowattstunden (kWh) pro 100 Kilometer angegeben. Je größer und schwerer das Fahrzeug ist, desto mehr Energie verbraucht es. Sehr kleine Fahrzeuge können einen Verbrauch von unter 7 kWh haben, bei Kleinwagen liegt der Verbrauch üblicherweise zwischen 11 und 13 kWh, während er bei E-Autos von Premiummarken auch bei bis zu 28 kWh liegen kann.
Wallboxen sind Ladestationen für E-Autos, die für den privaten Gebrauch ausgelegt sind. Aufgrund der geringen Größe können sie einfach an der Garagenwand oder einem Montagepfosten befestigt werden. Sie sind sicher und simpel in der Handhabung und teils auch per App steuerbar. Im Gegensatz zum Laden über die Haushaltssteckdose muss man sich nicht um Kurzschlüsse oder Kabelbrände sorgen. Ein weiterer Vorteil ist die erhöhte Ladeleistung von bis zu 22 kW und folglich eine kürzere Ladezeit.
Wechselstrom (engl. Alternating Current = AC) wechselt seine Polung in periodischen Abständen, sodass sich sein Spannungswert kontinuierlich ändert.
Batteriezellen werden aktuell noch größtenteils in asiatischen Ländern wie China, Japan oder Korea produziert. Im Hinblick auf die angestrebte vollständige CO2-Neutralität von E-Autos und um die Abhängigkeit Deutschlands und Europas von Asien zu reduzieren, ist der Bau einiger Zellfabriken in Deutschland und Europa in Planung.
