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Grundwissen Elektromobilität: Diese Begriffe sollten Fuhrparkleiter kennen

Ampere, Superkondensator, Kilowattstunde... – wenn Sie beim nächsten Stammtisch mit Fachwissen glänzen wollen, dann sollten Sie diese Begriffe draufhaben.

Eine richtige Revolution in der Mobilität hat das Elektroauto bisher noch nicht ausgelöst. Doch die Stromer werden immerhin langsam im Straßenbild und auf den Höfen der Händler sichtbar. Und mit ihnen sickern auch einige neue Begriffe in den Wortschatz der Autofahrer ein. Eine kleine Vokabel-Übersicht. 

Akkumulator: ein wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis. Im engeren Sinne ist mit Akkumulator beziehungsweise Akku lediglich eine einzelne Speicherzelle gemeint, allgemeinsprachlich werden aber auch die zusammengeschalteten Speicherelemente wie sie im E-Auto vorkommen als "Akku" bezeichnet. Auch die Bezeichnung "Batterie" ist hierfür gängig, auch wenn sie historisch oder fachsprachlich in etwas eingeschränkterem Sinne genutzt wurde und wird. Häufig in der Bedeutung von "nicht-aufladbare Batterie". Letztlich kann man "Batterie" als Oberbegriff verstehen, unter den neben nicht-wiederaufladbaren Speichern eben auch Akkus fallen. In vielen Fällen werden beide Begriffe heute synonym verwendet, lediglich, wenn speziell die Wiederaufladbarkeit betont werden soll, empfiehlt sich das präzisere "Akku".

Ampere: ist die Einheit der elektrischen Stromstärke (A). Stellt man sich den Stromfluss analog als Fließen von Wasser durch ein Rohr vor, entspricht die Stromstärke dem Rohrdurchmesser. Der Wasserdruck ließe sich mit der Stromspannung (V) gleichsetzen. Beide Faktoren gemeinsam entscheiden, wie hoch die Leistung ist, die für den Betrieb eines Wasserrades oder Motors zur Verfügung steht.

Bidirektionales Laden: Elektroautos können Strom nicht nur Tanken, sondern auch ins Netz zurückspeisen. Diese Fähigkeit bezeichnet man als bidirektionales Laden. Künftig sollen E-Mobile so Teil intelligenter Stromnetze (Smart Grid) werden und etwa überschüssigen Strom aus Wind- oder Solaranlage zwischenspeichern und bei Bedarf ins Netz zurückspeisen (Vehicle 2 Grid, V2C). In Japan etwa bietet Mitsubishi bereits ein entsprechendes Ladegerät an, das Strom wieder aus dem Fahrzeug-Akku zurückfließen lassen kann; die Technik soll vor allem bei Naturkatastrophen als Notstromquelle genutzt werden können. Der großangelegte Einsatz im Rahmen intelligenter Stromnetze scheint aber noch in weiterer Zukunft zu liegen. Aktuell wären die Kosten für das Speichern in Batterien deutlich höher als etwa die Nutzung von Brennstoffzellen, Pump- oder Druckluftspeicherkraftwerken.

CCS: steht für "Combined Charging System" und ist die deutsche Version des Schnellladesteckers, der auf dem gängigen Typ-2-Stecker basiert und ihn um zwei weitere Pole (Combo 2) ergänzt. Der CCS-Stecker hat sich heute in Europa durchgesetzt, unter anderem verlangt die deutsche Ladesäulenverordnung (LSV) sein Vorhandensein an neuen Gleichstrom-Schnellladesäulen. Der wichtigste Konkurrenz-Standard ist das Chademo-System eines japanischen Konsortiums, der vor allem von japanischen und französischen Autos unterstützt wird.

Chademo: Abkürzung für "Charge de Move" und Bezeichnung des japanischen Schnellladesteckers-Systems, das vom Energiekonzern Tepco und den Autoherstellern Nissan, Mitsubishi, Toyota und Subaru entwickelt wurde. Die typische Ladeleistung liegt bei 50 kW, es sind allerdings auch höhere Werte möglich. Konkurrenzstandard ist das deutsche CCS-System, beide Steckertypen sind nicht kompatibel. Die deutsche Ladesäulenverordnung schreibt zwar für Gleichstrom-Ladesäulen einen CCS-Anschluss vor, nicht aber eine Chademo-Kupplung.

Elektroauto: im engeren Sinne die Bezeichnung für ein batteriegetriebenes E-Auto mit oder ohne Range Extender. Im weiteren Sinne sind bezogen auf ihre Antriebsart auch Brennstoffzellen-Fahrzeuge E-Autos. Die Bundesregierung definiert in einschlägigen Gesetzen und Regeln wie folgt: Ein Elektromobil ist ein reines Batterieelektrofahrzeug mit einem Antrieb, bei dem alle Energiewandler ausschließlich elektrische Maschinen und alle Energiespeicher ausschließlich elektrisch wieder aufladbare Energiespeicher sind. Obwohl Plug-in-Hybride dadurch ausgeschlossen sind, werden sie in einigen Statistiken und Studien gelegentlich den E-Autos zugeschlagen. So zählen sie auch zu den eine Million Fahrzeugen, die die Regierung bis 2020 auf der Straße sehen will.

Energiedichte: Die Energiedichte ist der entscheidende Faktor für das Gewicht der Batterie. Sie bezeichnet die Energiemenge, die pro Masseneinheit oder pro Volumeneinheit einer Batterie gespeichert werden kann, meist angegeben in kJ oder kWh pro Kilogramm. Aktuell liegt der Schnitt bei 150 Wattstunden pro Kilogramm. Zum Vergleich: Die Energiedichte von Benzin beträgt 12.800 Wh/kg.

Induktionsladung: soll in Zukunft das Laden von Elektroautos einfacher machen. Statt den Wagen an eine Steckdose anzuschließen muss er nur noch über einer Magnetspule geparkt werden, die über ein Gegenstück im Fahrzeugboden den Akku berührungslos auflädt. Theoretischen funktioniert der Vorgang auf entsprechend ausgestatteten Fahrspuren auch während der Fahrt. Die Ladeleistung liegt mit bis zu 11 kW im Bereich von normalen Wechselstrom-Ladesäulen. Aktuell gibt es die Technik aber praktisch nur in Feldversuchen von Automobilherstellern. Wann sie großflächig eingesetzt werden kann, ist noch unklar.

Kilowattstunde: eine Maßeinheit für Energie. Mit einer Kilowattstunde Strom lässt sich ein Eimer Wasser bei Raumtemperatur zum Kochen bringen. Die Akkus von normalen Elektroautos haben aktuell Kapazitäten zwischen gut 20 kWh und 60 kWh, bei Tesla Model S sind es bis zu 100 kWh. Der Stromverbrauch hängt stark von Modell und Fahrweise ab, bei normalen E-Mobilen liegt er jedoch aktuell meist im Bereich von 12 bis 15 kWh auf 100 Kilometern. Die theoretische Reichweite von Elektroautos der Modelle ist aber nicht direkt von der Akkukapazität ableitbar (anders als beim konventionellen Auto, wo die Reichweite sich aus Verbrauch und Tankinhalt ergibt), da die Batterien nie komplett entladen werden dürfen.

Ladeleistung: die Ladeleistung ist das wichtigste Kriterium dafür, wie lang das E-Auto zum Volltanken ans Stromnetz muss. Eine Haushaltssteckdose stellt eine Ladeleistung von rund 3,5 kW zur Verfügung, eine normale Ladesäule oder Wallbox in der Regel rund 10 bis 22 kW, eine Schnellladesäule bis zu 50 kW, 62,5 kW (Chademo), 135 kW (Tesla Supercharger) oder 170 kW (CCS). Um einen E-Auto-Akku mit einer Kapazität von 24 kWh zu laden, müsste er also – vereinfacht gerechnet – rund sieben Stunden an die Haushaltsteckdose, während er am Supercharger schon nach wenig mehr als zehn Minuten voll wäre. In der Praxis sind die Ladezeiten aber länger. Unter anderem, weil längst nicht jedes Auto die von der Ladesäule bereitgestellte Leistung komplett nutzen kann und weil mit wachsendem Akku-Füllstand die Ladegeschwindigkeit abnimmt. Andererseits wird an Schnelladesäulen aus Rücksicht auf die Akku-Lebensdauer nur bis zu einem Füllstand von 80 Prozent geladen.

Ladesäulen: Im Prinzip gibt es zwei unterschiedliche Arten von Ladesäulen: schnelle und langsame. Letztere arbeiten mit normalem Wechselstrom (400 V, bis zu 63 A) und einer Ladeleistung von in der Regel 11 kW. Liegt die Ladeleistung oberhalb von 22 kW, handelt es sich um eine Schnellladestation. Daneben existieren Schnellladestationen mit Gleichstrom und hohen Ladeleistungen, etwa den 170 kW von CCS-Systemen. Im privaten Bereich kommen darüber hinaus sogenannte Wallboxen zum Einsatz, die meist den normalen 230-V-Haushaltsstrom liefern, aber anders als die normale Steckdose dauerhaft gleichmäßige 16 Ampere bereitstellen.

Ladesäulenverordnung: Die LSV regelt seit März 2016 in Deutschland die technischen Mindestanforderungen an Stromtankstellen. Für normale Ladesäulen schreibt sie den sogenannten Typ-2-Stecker vor, für Gleichstrom-Ladesäulen das von den deutschen Herstellern genutzten CCS-System. Darüber hinaus formuliert sie umfassende Anforderungen an die Betreiber öffentlicher Ladepunkte. Als solche gelten neben dem öffentlichen Verkehrsraum auch ein Großteil von Kunden- und Firmenparkplätzen. Induktive und kabellose Ladesysteme werden von der LSV nicht erfasst.

Lithium-Ionen-Batterie: die heute aktuelle Batterietechnik. Gegenüber den zuvor eingesetzten Blei- und Nickel-Metallhydrid-Akkus bieten sie eine höhere Energiedichte. Zudem kennen sie keinen Memory-Effekt. Während ihre Kapazität für Handys und Laptops heute ohne weiteres ausreicht, stoßen sie beim Auto schnell an ihre Grenzen. Grundproblem ist aber der hohe Preis von aktuell zwischen 250 und 500 Euro pro kWh. Bei einem normalen Elektroauto kostet allein die Batterie demnach mindestens 6.000 Euro. Allerdings lagen die Kosten Anfang des Jahrzehnts noch bei 500 Euro pro kWh, bis zum neuen Jahrzehnt sollen sie je nach befragtem Experten auf Werte zwischen 150 und unter 100 Euro/kWh fallen. Die Preise der Batterien variieren allerdings je nach Energiedichte der Zellen, so dass die genannten Werte nur grob sind.

Lithium-Luft-Batterie: Gilt als hoffnungsvollster Nachfolger der Lithium-Ionen-Akkus. Gegenüber diesen bietet sie durch den teilweisen Verzicht auf das schwere Trägermaterial an den Elektroden einen großen Gewichtsvorteil, wodurch die Leistungsdichte pro Kilogramm steigt. Dadurch wären deutlich größere Reichweiten bei Elektroautos möglich. Die Serienreife ist aber noch in weiter Ferne, Experten rechnen damit deutlich nach 2030.

Niedervolt-Hybridsystem: Hybridautos sind auch deswegen relativ teuer, weil ihre Hochspannungs-Komponenten besonders geschützt werden müssen, damit die Insassen bei einem Unfall oder einer Fehlfunktion nicht plötzlich unter Strom stehen. Bei Niedervolt-Systemen, die statt mit bis zu 400 Volt nur mit 48 Volt arbeiten, könnten die Hersteller darauf verzichten. Zulieferer wie Bosch und Schaeffler arbeiten daher bereits an solchen Systemen, erste Anwendungen kommen nun auf den Markt. Aufgrund ihrer niedrigen Kosten würden sich 48-Volt-Hybridsystem vor allem für kleine und kompakte Fahrzeuge eignen. Die Niedervolt-Technik ist allerdings weniger leistungsfähig als die Hochvolt-Technik, so dass sich die Hybridfunktionen wohl in der Regel auf das Boosten beim Beschleunigen und Anfahren beschränken dürften. Trotzdem sollen gegenüber rein konventionellen Antrieben zweistellige Verbrauchsvorteile in Prozent möglich sein.

Permanent erregte Synchronmaschine (PSM): die heute gängige Bauart von Elektromotoren im Auto und in vielen Haushaltsgegenständen. "Permanent erregt" heißt, dass im Motor sogenannte Permanentmagnete zum Einsatz kommen, keine Elektromagnete. Werden letztere eingesetzt, handelt es sich um eine elektrisch erregte Synchronmaschine (ESM). Im Automobilbau spielt diese aktuell keine große Rolle, da sie der PSM in fast jeder Hinsicht außer dem Wirkungsgrad unterlegen ist. Bei vielen Herstellern dürfte sie aber als strategische Alternative in der Schublade liegen, da sie weniger der raren und nur aus dem Ausland zu beziehenden Seltenerdmetalle enthält.

Rekuperation: Die Rückgewinnung von kinetischer Energie, die ansonsten beim Bremsen in Form von Wärme verloren gehen würde, ist kein Privileg des Elektroautos. Pkw mit Start-Stopp-System nutzen die Technik bereits seit Jahren. Während der gewonnene Strom beim konventionellen Auto zur Entlastung des Generators/Lichtmaschine genutzt wird, kommt er beim E-Auto direkt dem Antrieb zugute. Allerdings fließt nur ein relativ kleiner Teil der Bremsenergie als Ladeenergie in die Batterie zurück, eine Studie der Dekra nennt beispielsweise für den Citroen C-Zero einen Wert von 56 Prozent.

Range Extender: in der Regel ein kleiner Verbrennungsmotor, der mit seiner Kraft nicht die Räder antreibt, sondern einen Stromgenerator, der die Akkus während der Fahrt wieder auflädt. So soll auch nach dem Ende des an der Steckdose gezapften Stromvorrats weiteres Fortkommen möglich sein. Dabei handelt es sich allerdings nur um eine Art Notlösung, da der Motor zwar relativ sparsam ausgelegt ist, am Ende aber nur wenig effizient arbeitet. Aktuell setzen in Deutschland nur der Opel Ampera und der Chevrolet Volt standardmäßig auf eine derartige Technik. Beim BMW i3 kann ein Range Extender auf Wunsch über die Optionsliste zugebucht werden.

Steckertypen: An der normalen Haushaltssteckdose kann fast jedes E-Auto laden. Dann wird es schwierig. Die EU hat sich auf den sogenannte Meneckes-Typ-2-Stecker als Standard an öffentlichen Ladesäulen entschieden, der Stecker wird bereits heute bei den meisten Elektroautos als Ladekabel mitgeliefert. Im europäischen Ausland sind aber aktuell auch andere Steckertypen im Einsatz. Selbst hierzulande uneinheitlich sind die Gleichstrom-Stecker für Schnellladesäulen. Während die deutschen Hersteller auf das CCS-System setzen, nutzen Japaner und Franzosen für ihre Modelle den Chademo-Standard. Die Typen sind nicht kompatibel. Gesetzlich vorgeschrieben werden in Deutschland nur die CCS-Kopplungen. Allerdings dürften viele künftige Schnelladesäulen Steckdosen für beide Systeme bieten.

Superkondensatoren: Im Gegensatz zu Akkus speichern Superkondensatoren Energie elektrisch statt elektrochemisch. Dadurch können sie schneller geladen werden und ihre Energie auch schnell wieder abgeben. Während Superkondensatoren etwa in Blitzgeräten von Fotokameras bereits seit Jahren gängig sind, sind sie im Automobilbau noch relative Neuheiten. Mazda setzt die Stromspeicher im Mazda6 etwa für die Bremskraftrückgewinnung ein, in der Formel Eins sind sie bereits Teil des Hybridsystems und stellen Strom zum Beschleunigen zur Verfügung. Volvo experimentiert aktuell damit, aus Superkondensatoren ganze Fahrzeugteile zu fertigen, die dann quasi bauraumneutral in Autos eingesetzt werden können. Allerdings können Superkondensatoren zwar schnell, aber nicht besonders viel Strom laden. Ihre Energiedichte ist extrem gering. Als alleinige Energiequelle für den Fahrzeugantrieb kommen sie daher kaum in Frage; vielmehr werden sie in Zukunft wohl als Ergänzung zu normalen Batterien dienen – vor allem bei der Bremsenergierückgewinnung

Plug-in-Hybrid: eine Art Teilzeit-Elektroauto, gemischt mit einem Hybridfahrzeug. An Bord befindet sich in der Regel ein vergleichsweise kleiner Akku, der sich an der Steckdose aufladen lässt und eine rein elektrische Reichweite von rund 50 Kilometern ermöglicht. Danach fährt das Auto mit Hybridantrieb weiter. Der Plug-in-Hybridantrieb gilt als Brückentechnologie bis zur Einführung leistungsfähiger Akkus, die auch reinen Elektroautos eine praxistaugliche Reichweite ermöglichen. Für die Autohersteller sind sie nicht zuletzt auch deswegen interessant, weil sie im NEFZ-Verbrauchszyklus sehr gute CO2-Werte erreichen, da mit vollem Akku gestartet wird, etwaige Kohlendioxid-Emissionen bei der Herstellung des benötigten Stroms aber nicht berücksichtigt werden. Für den Kunden sind sie bei ähnlichen Preisen attraktiver als reine Elektroautos, da das Reichweitenproblem mit dem Verbrennungsmotor überbrückt wird.

Radnabenmotor: ein Elektromotor, der nicht zentral im Fahrzeug sitzt, sondern direkt am Rad. Er wurde bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts bei E-Autos wie dem Lohner-Porsche genutzt, ist heute aus dem Großserien-Pkw aber verschwunden, unter anderem, weil sein hohes Gewicht an ungünstiger Stelle für Probleme beim Fahrkomfort sorgt. Das wird auch durch die zahlreichen Vorteile aktuell noch nicht aufgefangen. Dazu zählen unter anderem der Bauraumgewinn im Karosseriekörper, der mögliche Verzicht auf Antriebswellen und der Gewinn an Fahrdynamik und Sicherheit durch die mögliche radselektive Regelung der Antriebskraft

Supercharger: Die kostenlosen Stromtankstellen von Tesla für Fahrzeuge der eigenen Marke. Das Tesla-System nutzt in Europa einen modifizierten Typ-2-Stecker, der anders als sein bei anderen Marken genutztes Pendant auch das Laden von Gleichstrom mit 135 kW erlaubt. Die Batterien von Model S, Model X und Co. können an Superchargern innerhalb weniger Minuten kostenlos aufgeladen werden. Insgesamt betreibt Tesla über 1.600 solcher Ladestationen in Europa, meist an wichtigen Magistralen, um seinen Kunden auch längere Reisen im Elektroauto zu ermöglichen. Fahrzeuge anderer Marken können Supercharger nicht nutzen, Tesla-Modelle hingegen können hingegen an Typ-2-Ladesäulen tanken.

Umweltbonus: Nicht zu verwechseln mit der Umweltprämie, die als Abwrackprämie bekannt wurde. Anders als 2009 gibt es diesmal nur Geld beim Kauf eines neuen Elektroautos (4.000 Euro) oder Plug-in-Hybriden (3.000 Euro). Staat und Hersteller übernehmen jeweils die Hälfte des Betrages. Gefördert werden allerdings nur Autos, bei denen das Basismodell den Netto-Listenpreis von 60.000 Euro nicht überschreitet. Das trifft auf die meisten europäischen Fahrzeuge zu, nicht aber auf die des amerikanischen Herstellers Tesla.

Verbrauch: Der Stromverbrauch wird mit dem gleichen Labor-Test ermittelt wie der eines Diesels oder Benziners. Angegeben wird er allerdings nicht in Liter pro 100 Kilometer, sondern in der Regel in Kilowattstunden pro 100 Kilometer. Der CO2-Ausstoß wird mit null angegeben, die Emissionen bei der Stromherstellung werden nicht berücksichtigt. Sparsamstes Großserien-Elektroauto ist aktuell der VW E-Up mit einem Verbrauch von 11,7 kWh/100 km. Wer Strom- mit Kraftstoffverbrauch vergleichen will, kann das am besten über die Kosten: Die Kilowattstunde kostete 2013 im deutschen Durchschnitt für Privathaushalte rund 29 Cent. 100 Kilometer im E-Up kosten demnach 3,39 Euro, im Benzinermodell (Normverbrauch 4,1 Liter, Literpreis E10: 1,49 Euro) sind es 5,96 Euro

Volt: ist die Einheit der elektrischen Spannung (V). Stellt man sich den Stromfluss analog als Fließen von Wasser durch ein Rohr vor, entspricht die Spannung dem Wasserdruck. Die Stromstärke (A) ließe sich mit dem Rohrdurchmesser gleichsetzen. Beide Faktoren gemeinsam entscheiden, wie hoch die Leistung ist. Letztlich also, wie viel Energie für den Betrieb eines Wasserrades oder Motors zur Verfügung steht.

Autor

Foto

Daimler

Datum

28. Oktober 2016
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