Elektrische Antriebe markieren einen entscheidenden Wandel in der Automobillandschaft. Folglich werden viele Teile, die in einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor (ICE) vorhanden sind, in einem Elektrofahrzeug überflüssig. Einige Komponenten behalten ähnliche Funktionen, während andere neue Rollen übernehmen. In diesem Artikel werden die Hauptunterschiede zwischen Verbrennungsmotoren und Elektroautos dargelegt.
Was hat sich geändert?
Beginnen wir mit dem einzigen Element, das Elektrofahrzeuge einzigartig macht: der Hochvoltbatterie. Diese Batterie dient als elektrisches Gegenstück zum Kraftstofftank eines Autos mit Verbrennungsmotor und liefert die notwendige elektrische Energie für den Elektromotor.
Ein weiteres markantes Bauteil eines Elektrofahrzeugs ist der Elektromotor. Seine Aufgabe ist es, elektrische Energie in mechanische Bewegung umzuwandeln, um das Auto anzutreiben. Das Zusammenspiel ist jedoch nicht einfach, da Motor und Batterie in unterschiedlichen elektrischen „Sprachen“ arbeiten: Die Hochvoltbatterie nutzt Gleichstrom (Gleichstrom), während der Motor mit 3-Phasen-Wechselstrom (Wechselstrom) betrieben wird.
Es ist offensichtlich, dass wir einen „Dolmetscher“ zwischen diesen beiden Teilen brauchen. Diese Rolle übernimmt die Leistungselektronik, umgangssprachlich Wechselrichter genannt.
Die Leistungselektronik ist für die Umwandlung des Gleichstroms aus der Hochspannungsbatterie in 3-Phasen-Wechselstrom für den Elektromotor während des Vortriebs verantwortlich. Beim regenerativen Bremsen geschieht das Gegenteil: Wechselstrom wird in Gleichstrom umgewandelt, um die Hochspannungsbatterie aufzuladen.
Der Wirkungsgrad des Wechselrichters spielt eine entscheidende Rolle für die Gesamteffizienz des Elektrofahrzeugs. Allerdings ist die Leistungselektronik nicht der einzige „Dolmetscher“ in einem Elektrofahrzeug. Das Onboard-Ladegerät ist das zweite Anschlussgerät. Es wandelt den Wechselstrom 1 oder 3 aus dem Netz in Gleichstrom um, um die Batterie zu laden. Bei der Hochleistungs-Gleichstromladung wird das Bordladegerät umgangen.
Ein weiterer, ganz anderer Bereich ist die Beheizung der Kabine von Elektrofahrzeugen – PTC-Heizungen (Positive Temperature Coefficient) und Wärmepumpen. Solche Geräte gibt es in Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor nicht, da dort viel Wärmeenergie verschwendet wird (aufgrund der geringen thermischen Effizienz ihrer Motoren) und ein Teil davon leicht zum Heizen ihrer Kabinen verwendet werden kann.
Bei Elektrofahrzeugen ist dies jedoch nicht möglich. Durch den hohen Wirkungsgrad des Antriebsstrangs ist die erzeugte Wärmeenergie minimal. Deshalb sind unterschiedliche Geräte erforderlich, um sowohl für die Kabine als auch für die Batterie die nötige Wärme zu erzeugen.
Eine weitere völlig neue Komponente ist der DC/DC-Wandler. Dieses Gerät ist für die Umwandlung des Hochspannungsgleichstroms der Batterie in 12 V für die Niederspannungsverbraucher des Fahrzeugs (Lichter, Infotainment, elektrische Fensterheber, Spiegel) verantwortlich.
Schließlich ist auch die Ladebuchse ein einzigartiges Bauteil, das uns in einem Elektroauto begegnet.
Was ist anders?
Während sowohl Verbrennungsmotoren als auch Elektroautos den Klimakompressor verwenden, ist die Art und Weise, wie sie diese Komponente antreiben, völlig unterschiedlich. In einem Elektroauto ist der Klimakompressor ein Hochspannungsgerät und wird von der Batterie gespeist. Bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor handelt es sich jedoch um ein mechanisches Teil, das die Kraft von der Kurbelwelle des Motors bezieht. Aus diesem Grund können wir beim Einschalten der Klimaanlage in einem Auto mit Verbrennungsmotor einen leichten Leistungsverlust verspüren, da der Klimakompressor dem Motor etwas Leistung entzieht.
Beide Fahrzeugtypen verwenden Getriebe, bei einem Elektroauto ist es jedoch viel einfacher (bis auf einige bemerkenswerte Ausnahmen): Es verfügt normalerweise nur über einen Gang. In modernen Personenkraftwagen mit Verbrennungsmotor sind 9-Gang-Automatikgetriebe bereits weit verbreitet. Der Grund dafür wird in diesem Artikel behandelt.
Auch die Philosophie eines Bremssystems unterscheidet sich zwischen Verbrennungsmotoren und Elektroautos. Wenn der Fahrer in den meisten Elektrofahrzeugen das Bremspedal betätigt, fungiert der Elektromotor als Generator, der die erste Bremsung durchführt und gleichzeitig die Batterie auflädt – deshalb nennen wir es „regeneratives Bremsen“.
Benötigt der Fahrer mehr Bremskraft, gibt es eine Schwelle, ab der das konventionelle Hydrauliksystem das Auto abbremst. In den meisten Alltagssituationen verzichten Elektroautos komplett auf das herkömmliche Bremssystem und verlängern so die Lebensdauer der Bremsbeläge und -scheiben. Bei einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor werden die hydraulischen Bremsen jedoch jedes Mal aktiviert, wenn der Fahrer das Bremspedal betätigt.
Ein weiterer Unterschied zwischen Benzin- und Elektroautos ist die Einfachheit des Motors selbst. Der Elektromotor ist größtenteils wartungsfrei und besteht nur aus zwei beweglichen Teilen. Im Gegensatz dazu hat der Verbrennungsmotor viele bewegliche Teile – ein durchschnittlicher 4-Zylinder-Motor hat mindestens 40. Öl- und Kraftstofffilter müssen regelmäßig gewechselt werden, die Steuerkette oder der Steuerriemen sind lebenswichtig und müssen gewartet werden, Poly-V-Riemen treiben alle Nebenkomponenten an – wie Sie aus Erfahrung wissen, lässt sich diese Liste endlos fortsetzen.
Was ist das Gleiche?
Alles, was mit Federung, Rädern und Reifen zu tun hat, ist bei Verbrennungsmotoren und Elektroautos ziemlich ähnlich. Beginnend mit der Federung werden in beiden Fahrzeugtypen die gleichen Architekturen verwendet.
Elektroautos, die auf ICE-Plattformen basieren, haben in der Regel das gleiche Federungsdesign wie ihre ICE-Kollegen. Elektroautos, die auf dedizierten EV-Plattformen basieren, verwenden meist völlig unabhängige Aufhängungskonstruktionen wie Mehrlenker-, Doppelquerlenker- und McPherson-Federbeine.
Selbstverständlich werden bei Elektroautos Stoßdämpfer und Federn angepasst, um dem Mehrgewicht gerecht zu werden.
Auch die Reifen sind im Design zwischen ICE und Elektro ähnlich. Für beide Fahrzeugtypen gibt es Reifen mit geringem Rollwiderstand. Früher unterschieden sich die Räder zwischen Verbrennungsmotoren und Elektroautos aufgrund des „Aero“-Designs, das die meisten Elektroautos verwenden, um den Luftwiderstand zu reduzieren, aber nicht mehr. Viele neuere ICE-Modelle sind mit „Aero“-Rädern ausgestattet, die auch turbulente Strömungen um die Räder reduzieren. Dieser scheinbar kleine Designunterschied beeinflusst 1/3 des gesamten Luftwiderstands eines Autos.
Schließlich ist das Lenksystem in Verbrennungsmotoren und Elektrofahrzeugen ähnlich. Beide sind mit elektromechanischen Systemen mit entsprechenden Steuergeräten ausgestattet. Elektromechanische Systeme sind obligatorisch, da sie fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme wie Spurassistent und autonomes Parken unterstützen können.
Conclusions
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Hauptunterschiede zwischen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor und Elektromodellen auf ihre grundlegend unterschiedlichen Antriebssysteme zurückzuführen sind, die völlig separate Komponentensätze erfordern. Wenn wir diese Unterschiede beiseite lassen, wird die Gemeinsamkeit deutlich – schließlich handelt es sich bei beiden um Automobile, und trotz der unterschiedlichen Antriebsstränge sind viele Teile gemeinsam.
Diese Überlappung ist vorteilhaft; Hätten Elektrofahrzeuge in jeder Hinsicht anders gewesen als Autos mit Verbrennungsmotor, wären ihre Kosten in die Höhe geschossen und die Masseneinführung wäre weitaus langsamer vorangekommen.
