Während der Aufbau und die Positionierung eines herkömmlichen Verbrennungsmotors durch das Fahrzeugkonzept und die restliche Technik bestimmt ist, besitzt die E-Mobilität diesbezüglich eine weitaus größere Flexibilität. Elektromotoren existieren in unterschiedlichen Ausführungen und können auf vielfache Weise in einem Fahrzeug zum Einsatz kommen. Lesen Sie im Magazin von Türkiye Elektrik mehr über die verschiedenen Arten und Verbauungsmöglichkeiten der von Elektroautos genutzten Antriebssysteme.
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Gleich- oder Wechselstrom: Was nutzen die Antriebssysteme von Elektroautos?
Elektromotoren lassen sich ganz grob in zwei Kategorien einteilen, je nachdem, ob sie mit Gleichstrom oder Wechselstrom laufen. Grundsätzlich kann ein Antriebssystem in Elektroautos mit beiden Stromarten gleichermaßen funktionieren. Allerdings sind Gleichstrommotoren in der Regel durch ein höheres Gewicht und größere Abmessungen gekennzeichnet, was sie (zurzeit) für den Einsatz in normalen E-Fahrzeugen ungeeignet macht. Durch die höhere Masse wird die Reichweite des Autos reduziert, die größeren Dimensionen führen dazu, dass elektrische Pkw weniger kompakt konzipiert und gebaut werden können. Des Weiteren benötigen Gleichstrommotoren im Gegensatz zu Wechselstrommotoren Schleifkontakte für die Kommutierung, also den Übergang des Stromflusses von einem Zweig auf den nächsten, was einen höheren Verschleiß zur Folge hat.
In der Elektroautomobil-Industrie haben sich daher spezielle Wechselstrommotoren, sogenannte Drehstrommotoren, durchgesetzt, welche mit dreiphasiger Wechselspannung arbeiten, ähnlich wie der Starkstromanschluss eines Herdes. Diese Motorenart fällt nicht nur deutlich kompakter und leichter aus, was hinsichtlich der Reichweite eine große Rolle spielt, sie ist außerdem weniger anfällig für Verschleiß und daher nicht so wartungsintensiv. Zudem erreichen Wechselstrommotoren enorm hohe Drehzahlen, was eine hohe Leistung mit sich bringt. Nicht zuletzt können sie verschiedene Spannungen durch den veränderbaren Stromfluss optimal verarbeiten und umwandeln.
E-Mobilitätsexperten unterscheiden zwischen synchronen und asynchronen Motoren:
Synchroner Wechselstrommotor
Der Synchronmotor ist der wohl am meisten genutzte Motor bei Elektroautos. Der Name leitet sich aus der Tatsache ab, dass der Rotor der Maschine synchron zum magnetischen Drehfeld läuft. Synchronmotoren zeichnen sich durch eine hohe Leistungsdichte und einen höheren Wirkungsgrad als Asynchronmotoren aus. Allerdings sind sie etwas wartungsintensiver und ihre Konstruktion erfordert teure und seltene Industriemetalle, sogenannte Seltene Erden.
Asynchroner Wechselstrommotor
Anders als beim Synchronmotor läuft die Erzeugung des Magnetfeldes zwischen dem Rotor und den Statoren bei Asychronmaschinen zeitversetzt. Asynchrone Wechselstrommotoren sind durch einen besonders einfachen Aufbau gekennzeichnet und somit noch einmal deutlich weniger anfällig für Verschleiß. Darüber hinaus werden zum Bau keine Seltenen Erden benötigt. Des Weiteren erreicht ein Asynchronmotor noch höhere Drehzahlen und somit auch ein größeres Drehzahlintervall als ein Synchronmotor. Dies eignet sich vor allem bei der Konzeption von Elektroautos, die auf eine hohe Höchstgeschwindigkeit ausgelegt werden. Auch für geländetaugliche Fahrzeuge wie Elektro-Jeeps, welche ein hohes Losbrech-Drehmoment aufweisen, sind asynchrone Motoren die bessere Wahl. Daher haben sie trotz des geringeren Wirkungsgrades und der vielen Vorzüge von Synchronmotoren in der E-Mobilität immer noch eine gewisse Relevanz.
Verbauung der Antriebssysteme von Elektroautos
Ein weiterer praktischer Aspekt, der durch den Einsatz von Elektromotoren ermöglicht wird, ist die höhere Flexibilität bei der Positionierung des Antriebs. Diese wird allerdings bislang nur bei wenigen Modellen vollständig ausgenutzt. Die meisten E-Fahrzeuge verfügen wie der Großteil der konventionellen Kfz über einen einfachen Frontmotor, welcher mit der Antriebsachse verbunden ist. Für einen Allradantrieb kann das Antriebssystem von Elektroautos jedoch auch so ausgelegt werden, dass beide Achsen einen eigenen Motor erhalten. Diese müssen in diesem Fall nicht einmal eine identische Leistung aufweisen, da sie sich über ein intelligentes Steuerungssystem aufeinander abstimmen können. Es ist ebenfalls möglich einen Hinterachsmotor nur als Hilfsantrieb zur Traktionsverbesserung einzubauen; dies geschieht zum Beispiel bei einigen Hybrid-Fahrzeugen von Lexus und Toyota.
Eine weitere Möglichkeit, die zu einer maßgeblichen Verbesserung der Fahrdynamik beitragen kann, ist der Einsatz von Radnabenmotoren. Hierbei erhält jedes einzelne Rad einen individuellen, wenn auch kleineren Elektromotor. Nennenswert ist hier vor allem der Wegfall der Antriebsstränge und Verteilergetriebe, was selbstverständlich auch Übertragungsverluste aufhebt. Des Weiteren erleichtert dies den Gesamtaufbau des Fahrzeugs und schafft zusätzlichen Platz in der Bodengruppe, der entweder für Stauraum oder zusätzliche Energiespeicher genutzt werden könnte. Als Nachteil ist hier allerdings zu erwähnen, dass bei der Verwendung von Radnabenmotoren in den Bauraum der Bremsanlagen eingegriffen wird und die Masse dieser in den Rädern ungefedert ist, wodurch sich Unebenheiten im Fahrweg weitaus stärker bemerkbar machen. Zudem erfordert die Montage von Antriebseinheiten im Schmutzbereich der Räder eine aufwendige Kapselung.
Die Antriebssysteme von Elektroautos als Revolution in der Fahrzeugtechnik
Elektromotoren sind zukunftsweisend, hoch im Wirkungsgrad und vollkommen emissionsfrei. Des Weiteren bietet ihre dezentrale Montagemöglichkeit eine weitaus höhere Flexibilität bei der Konzeption der Antriebssysteme von Elektroautos. Und ihre Entwicklung ist noch lange nicht abgeschlossen, denn noch immer können Leistung und Dimensionen weiter verbessert werden.
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