Elektromobil

Elektroautos (Elektromobile) sind Elektrofahrzeuge, das heißt, nutzen einen Elektromotor als Antrieb. Sie führen ihre Energie meist in Form von Akkumulatoren mit sich.

Sie werden heute vor allem in Form von Flottenfahrzeugen für den Betrieb innerhalb abgegrenzter Bereiche eingesetzt (z. B. Lastkarren, Gabelstapler). Da sie während der Fahrt keine Abgase ausstoßen, können sie auch innerhalb von Gebäuden problemlos betrieben werden.

Auch der Oberleitungsbus ist ein Elektrofahrzeug. Im Gegensatz zu den meisten anderen Elektroautos bezieht er im normalen Betrieb seine Energie aus einer Oberleitung. Er benötigt daher keine großen (schweren) Akkumulatoren. Die Fahrzeuge sind jedoch teilweise mit einer kleinen Akkureserve, Super- oder Ultrakapazitäten, einem Schwungrad oder einem zusätzlichen Antrieb (Gas/Dieselmotor) ausgerüstet, um auch ohne die Oberleitung fahrtüchtig zu bleiben.

Mittlerweile gibt es auch Motorroller mit Elektroantrieb (Peugeot Scoot´elec und EVT-Scooter).

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Geschichte

In der Frühzeit der Automobile waren die Elektroautos den Autos mit Verbrennungsmotor überlegen. Erst nach 1900 wurden Autos mit Elektromotor nahezu vollständig von solchen mit Verbrennungsmotor verdrängt.

Nach verschiedenen Quellen wurde das erste Elektrofahrzeug im Jahr 1839 von Robert Anderson in Aberdeen, Schottland, gebaut. Damit wäre das Elektroauto 47 Jahre älter als das Automobil mit Benzinmotor (1886).

Am 29. April 1882 führte Werner von 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.

Bestrebungen, Elektromotoren im Automobilbau einzusetzen, wurden verstärkt nach der Ölkrise von 1973/1974 und dem danach wachsenden Umweltbewusstsein in Angriff genommen.

Eine weite Verbreitung von Elektrofahrzeugen kann erst erreicht werden, wenn effiziente Energiespeicherung erschwinglicher wird (z. B. durch Massenproduktion großer Lithium-Akkumulatoren). Bisher haben die meisten Elektroautos einen Akku, der lediglich zu einem Betrieb von etwa einer Stunde mit Höchstgeschwindigkeit reicht (meist Bleiakku oder Nickel-Cadmium-Akku), wobei mit einer Ladung 40 bis 130 Kilometer zurück gelegt werden können. Das hohe Akkugewicht sowie die begrenzte Ladekapazität verhindern größere Reichweiten mit diesen Akkumulatortypen.

Reichweiten von 300-500 km (und mehr) werden erst durch den Einsatz Lithium-basierender Akkumulatoren möglich, da diese eine wesentlich höhere Energiedichte bei gleichzeitig reduziertem Gewicht mit sich bringen. Theoretisch kann man bei praktisch jedem Fahrzeug, welches mit Blei- oder Nickel-Cadmium-Akku/Nickel-Metallhydrid-Akku fährt, einfach die Batterien gegen Lithium-Akkumulatoren (Lithium-Ionen-Akku bzw. Lithium-Polymer-Akku tauschen, dazu das entsprechende Ladegerät nachrüsten, um ein vielfaches der ursprünglichen Reichweite zu erzielen. Leider ist so ein Vorhaben noch sehr teuer. (Ein auf Lithium basierender Batteriesatz für einen PKW kostet in etwa noch so viel wie ein Verbrenner-PKW)

Ein Beispiel dazu: Der City-EL ist ein elektrisches Leichtkraftfahrzeug mit Platz für eine Person (und ein Kind bis 120 cm Körpergröße). Mit Blei-Akkumulatoren beträgt die übliche Reichweite zwischen 40 und 60 km, mit Nickel-Cadmium-Akku steigert sich diese auf etwa 70-80 km. Ein Versuch, anstatt diesen Akkumulatoren Lithium-Ionen Akkumulatoren zu verwenden, brachte eine Reichweite von etwa 300 km, die Kosten dafür betrugen allerdings schon etwa €5.000,- (ein PKW braucht 3-4x so viele Akkumulatoren). 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.

Leider sind solch leistungsfähige Akkumulatoren noch sehr teuer, da auf Grund der geringen Nachfrage nur kleine Stückzahlen produziert werden.

Konzepte und Einsatzgebiete

Die Entwicklung von Elektromobilen für den Alltagsgebrauch lässt sich grob in drei Richtungen unterteilen.

Die Entwicklung leichter Fahrzeuge, sogenannter Leichtelektromobile, die sehr sparsam mit Energie umgehen, damit befriedigende Reichweiten erzielt werden können. Beispiele: SAM, TWIKE, CityEL. Die letztgenannten sind die meistverkauften Elektromobile in Europa. Diese Fahrzeuge benötigen typischerweise im Alltag etwa 4-10 kWh elektrische Energie für eine Strecke von 100 km.
Umbau herkömmlicher Autos zu Elektromobilen mit dem Ziel, ähnliche Fahr- und Fahrzeugeigenschaften wie mit einem Verbrennungsmotor zu erreichen. Dieser Weg wird vor allem von französischen Herstellern (Renault, 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 hybriden Antrieb sind seit 2005 wegen ihrer Sparsamkeit im städtischen Verkehr bekanntgeworden.
Konstruktionen für spezielle Anwendungszwecke, nicht beschränkt auf den Automobilbegriff, haben sich auf diesen Gebieten bereits weitgehend durchgesetzt. Zu nennen wäre etwa der innerbetriebliche Elektrostapler, der Oberleitungsbus, elektrische Messe- und Golffahrzeuge, Milch- und ähnliche Auslieferfahrzeuge, Elektrorollstühle, führungslose Transportmittel für die automatisierte Fertigung und, entfernt, sogar die Elektrolokomotiven der Eisenbahn und Grubenbahn. Verleihboote mit Elektromotor stellen in manchen Erholungsgebieten eine Urlaubsmöglichkeit dar, nicht atomare U-Boote sind (gar) nicht anders denkbar.

Ferner sind, abseits vom alltäglichen Einsatz, zu erwähnen:

Spielzeug verfügt häufig über Elektromotoren, auch als Antrieb, etwa als Alternative zum Federantrieb oder bei Solarmodellen. Flugmodelle mit Elektroantrieb, insbesondere Helikopter, haben sich in den letzten Jahren deutlich weiterentwickelt. Die anlagenmobilen Attraktionen des Rummels (Jahrmarktes) haben ebenfalls, allerdings stationäre, Elektromotor(en).
Solarfahrzeuge, etwa zu Wettbewerben, verfügen natürlich über einen Elektroantrieb. Berühmt geworden sind die Leistungswettbewerbe in der Schweiz und die Langsteckenrennen in der australischen Wüste und quer durch die USA.
Rennfahrzeuge, Rekordfahrzeuge und Dragster mit Elektroantrieb.

Daneben werden vor allem Konzepte mit Mischantrieben (Hybridfahrzeug) für eine größere Marktverbreitung favorisiert:

Neben der Verbesserung der Akkumulatoren wird auch an der Verwendung von Brennstoffzellen als Energielieferant gearbeitet. Der wesentliche Vorteil dieser Hybdrid-Konzepte ist die verlängerte Reichweite, womit Elektrofahrzeuge für manche Einsatzzwecke erst praxistauglich werden. Der Nachteil der Brennstoffzelle ist der große Energieverlust bei Speicherung und Entnahme der Energie, womit effektiv nur etwa 25% der Energie genutzt werden können. Bei Lithium-basierenden Akkumulatoren sind 90% und mehr, mit ähnlicher Reichweite, möglich.
Beim Leichtfahrzeug kommt auch der zusätzliche Einsatz eines Pedalantriebes in Frage, um die Kosten und das Gewicht eines reinen Elektroantriebes zu reduzieren.
Ein zusätzlicher kleiner Generator oder eine Batterie hilft bei manchen Oberleitungsbussen beim Rangieren oder erweiterten Spurwechsel.
Die Kombination von Elektroantrieb und weitgehend regulärem Brennstoffmotor wird von manchen Autoherstellern untersucht, um den Treibstoffverbrauch im städtischen Verkehr zu reduzieren bzw. Elektromobilen eine größere Reichweite und mitgeführte Aufladmöglichkeit zu verschaffen.

Leider gewinnen die am Markt erhältlichen Hybridfahrzeuge (zB. Toyota Prius, etc.) 100% der benötigten Energie weiterhin aus fossilen Brennstoffen (sie stellen quasi ein normales Verbrennerfahrzeug mit einer zusätzlichen Rekuperation auf Basis eines Elektromotors) dar; der Sinn solcher Fahrzeuge bleibt somit fraglich. Weitaus sinnvoller sind so genannte Plug-In Hybrid-Fahrzeuge (zB. Prius+), welche kurze Strecken rein elektrisch zurücklegen können, auf lange Strecken dann den Verbrennungsmotor verwenden. Der Name kommt daher, dass man die elektrische Energie aus der Steckdose bezieht.

Eigenschaften

Elektromobile produzieren lokal keinerlei Emissionen (keine Abgase), allerdings können bei der Stromerzeugung in Elektrizitätswerken durchaus Emissionen entstehen. Der Antrieb arbeitet in der Regel sehr geräusch- und wartungsarm. Elektromotoren stellen im Gegensatz zum Verbrennungsmotor über einen weiten Drehzahlbereich ein gleichmäßiges Drehmoment zur Verfügung. Aus diesem Grund kann in den meisten Fällen auf ein Getriebe verzichtet werden. Die Motoren besitzen einen hohen Wirkungsgrad und benötigen daher weniger Primärenergie als konventionelle Antriebe. Zusätzlich besitzen Elektrofahrzeuge die Fähigkeit, beim Bremsen durch Rekuperation einen Teil der Antriebsenergie zurückzugewinnen. Elektromotoren laufen selbstständig an. Einen Anlasser oder Leerlauf im Stand mit dem damit verbundenen Energiebedarf gibt es nicht.

Die Reichweite ist häufig stark eingeschränkt. Dafür verantwortlich sind Akkumulatoren mit einer im Vergleich zu flüssigen Kraftstoffen sehr geringen Energiedichte und hohen Masse. Die meisten Elektrofahrzeuge sind daher für den hauptsächlichen Einsatz in der Stadt gedacht. Der Leichtbau an den Fahrzeugen und die langen Ladezeiten der Akkus führen zu Komforteinbußen, ebenso wie fehlende Sonderaustattungen, auf die zugunsten von Leichtbau und Energieverbrauch verzichtet wird (Heizung, Klimanlage..). Die Temperaturempfindlichkeit der Akkumulatoren erfordert erhöhte Sorgfalt des Nutzers.

Den geringen Betriebskosten von Elektrofahrzeugen (Strom auf 100 km kostet etwa zwischen €0,40 und €2,00 - je nach Fahrzeug) stehen hohe Anschaffungskosten gegenüber, die sich vor allem durch die teuere Kleinserienfertigung erklären lassen. Die Akkumulatoren, die einen großen Teil der Kosten verursachen, besitzen derzeit noch begrenzte Lebensdauer und müssen spätestens nach einigen Jahren ersetzt werden. (Anmerkung: Bleiakkus sind kostengünstig, besitzen allerdings die genannte beschränkte Lebensdauer (zwischen 5.000 und 40.000 km) - Nickel-Cadmium-Akkus hingegen sind sehr kostenintensiv, haben dafür aber eine sehr hohe Lebensdauer, welche üblicherweise zwischen 100.000 und 250.000 km liegt)

Das Tankstellennetz für Elektrofahrzeuge ist sehr dünn, lange Ladezeiten der Akkus (Wechselakkusysteme werden nur selten, bzw. nur bei lokal gebundenen Flottenfahrzeugen verwendet) erfordern bei längeren Reisen eine sorgfältige Weg- und Zeitplanung. Im gedruckten oder auch im Internet zugänglichen LEM-Net (LEM steht für Leicht Elektro Mobil) werden für Deutschland, die Schweiz, Österreich, Liechtenstein und Frankreich öffentlich zugängliche Stromtankstellen aufgelistet. Damit wird eine Streckenplanung erleichtert.

Seit einigen Jahren gibt es das ursprünglich in der Schweiz entstandene Park&Charge System der öffentlichen Stromtankstellen für Solar- und E-Mobile (siehe auch www.park-charge.de). 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 (230V 16A Steckdose) können Leichtelektromobile wie das TWIKE dank ihres geringen Stromverbrauchs in rund 1 bis 2 Stunden voll laden.

Siehe auch

Weblinks

http://www.elektromobil.com Elektrofahrzeug-Portal
http://www.elweb.info Informationsnetzwerk der Elektrofahrzeugfahrer, mit Foren
http://www.solarmobil.net Bundesverband Solare Mobilität e.V.
http://www.solarmobil.info Linkliste des Bundesverband Solare Mobilität e.V.
http://www.elektroauto-tipp.de Elektroauto, Batterien, Brennstoffzellen
http://www.twikeklub.ch/lemnet/ Stromtankstellen Liste für Deutschland, Österreich, Schweiz, Liechtenstein, Italien und Frankreich
http://www.EMFM.de Elektro - Mobil - Freunde - München, Verein von Elektromobilfahrer
http://www.park-charge.de Park & Charge System: Öffentlich zugängliche Stromtankstellen
http://www.frappr.com/ev E-Mobil-Weltkarte
http://www.enews.at.tt - News zum Elektroauto (Redakteure gesucht!)
http://www.ema-ab.de - Elektromobilausstellung an der Fachhochschule Aschaffenburg

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