Vorwort: Die Unterschiede
1Das Elektroauto im Weltall | Per Anhalter durch die Galaxis
2Oma Ducks Auto | Das wohl bekannteste Elektroauto der Welt
3Den Benzinern überlegen | Wie sähe die Welt heute aus?
4One Pedal Driving | Die neue Form der Fortbewegung
5Rekuperieren statt bremsen | Weniger Bremsstaub
6Elektrische Postkutsche | Der StreetScooter
7Tesla | Der Erfinder und die Firma
8Die Gigafactory | Millionen von Zellen am Tag
9Geschwindigkeitsrekord | Die nie zufriedene Belgierin
10Das erste Elektroauto in Deutschland | Vor mehr als 130 Jahren
11Die Schwedenstudie | Sagt, was viele hören wollen!
12Der Terminator fährt elektrisch | Die Zukunft ist jetzt
13Elektroautos laden ewig? | Schnelle und langsame Ladesäulen
14Ladegeschwindigkeit | Schneller und langsamer Batteriebereich
15Rapidgate und Coldgate | Die Wohlfühltemperatur der Batterie
16Ladeleistung | Auf die C-Rate kommt es an
17Private Ladestationen | Gesetzlicher Anspruch
18Wasser und Strom | Vertragen sich nicht?
19Reichweite | Die Langläufer unter den Elektroautos
20Lithium-Ionen-Batterie | Hat die nötige hohe Energiedichte
21Vollelektrische Wohnwagen und Wohnmobile | Umweltschonend in den Urlaub
22Ladesäulen statt Zapfsäulen | Signalwirkung an den Tankstellen
23Hypercars | Die schnellsten Elektroautos
24Fließende Beschleunigung | Spontane Reaktion
25Recycling | Wiederverwendung von Lithium-Ionen-Batterien
26FIA Formel-E und Extreme E | Meisterschaft der Elektroautos
27China | Die Elektroauto-Revolution
28Wie viele Elektroautos verträgt das Stromnetz? | Schwarzmalerei
29Fahrwiderstand | Faktoren beim Verbrauch
30Treffen alternativer Antriebe | e-Day im Auto & Technik MUSEUM SINSHEIM
31Elektrische Fortbewegung | Vorteile der Elektrifizierung
32Weltreise im Elektroauto | »Plug me in«
33Wechselbatterien | Tauschen statt laden
34Das bisher größte Elektrofahrzeug | Laden nicht nötig
35Leises Auto | Gesundes Leben
36Das Ende ist schon lange besiegelt | Zulassungsverbot für Verbrenner
37E-Mobilität in jeder Lebenslage | Rollstuhlfahrer
38»Segeln« | Rollen ohne Widerstand
39Hypermiling | Viel Reichweite für wenig Energie
40Die 12-Volt-Bleibatterie | Ein Anachronismus?
41Alterung | Schadet Schnellladen der Batterie?
42Solarzellen auf dem Dach | Moosfilter in der Lüftung
43Seltene Erden | Handelskriege
44Ein Wasserstoffauto ist auch ein Elektroauto | Ein eingebautes Kraftwerk
45Elektroautos im Unterhalt | Service und Wartung
46From Cradle to Grave | Von der Wiege bis zur Bahre
47Von der Nickel-Cadmium- zur Lithium-Ionen-Batterie | Zum Schutz der Gesundheit
48Kurzstrecke | Ein Vergleich
49Degradation | Wie lange hält die Batterie eines Elektroautos?
50Energiespeicher | Kalte Lava als elektrothermischer Speicher
51Fahrzeugbrand | Sind Elektroautos gefährlicher?
52Donnerwetter | Laden bei Gewitter
531 Million Kilometer | Ein Batterie-Rekord
54Winterzeit | Eis am Auto
55Ladesäulen in Südamerika | Vollelektrischer ÖPNV
56Die zehn größten chinesischen Elektroautohersteller | Vorreiter der Elektromobilität
57Milchlieferung per E-Auto | Die legendären Milk Floats
58Wachstumsmarkt Indien | PluginIndia
59Mondrover | Lunar Roving Vehicle
60Der erste elektrische Golf | Was lange währt, wird endlich gut
61Großversuch der Post in Bonn | Der Umwelt zuliebe
62BMW und das Elektroauto | Der Dauerbrenner i3
63EV1 | Who killed the Electric Car?
64DKW-Elektrowagen | Einfach und praktisch
65Das erste Taxiunternehmen in New York City | Electric Carriage & Wagon Company
66Die fünf Stufen des autonomen Fahrens | Chauffeur inklusive
67Hotzenblitz | Erstes deutsches Serienauto mit Elektroantrieb
68Ärger mit Ladesäulen | Typische Probleme und Lösungen
69Umrüsten auf Elektro | Einen Klassiker in die Zukunft retten
70Ladeequipment | Wallbox, Ladeziegel & Co
71Daheim laden | Von der Steckdose zum Kraftstrom
72Die Zwölf-Prozent-Quote in China | Obergrenze für Verbrenner
73Hybridfahrzeuge | Zwischen zwei Welten
74Das E-Kennzeichen | Sinn und Nutzen
75Netiquette für E-Mobilisten | Neue Technik, neue Regeln
76Förderung | Geld vom Staat für E-Autos
77Der Frunk | Ein zusätzlicher Kofferraum
78Das Elektroauto als Dienstwagen | Vorteile für Firmen und Mitarbeiter
79Ein Elektroauto als Erst- oder Zweitwagen? | Das Fahrprofil entscheidet
80Soundgeneratoren als Fußgängerschutz | Das akustische Warnsystem
81Versicherung und Steuer bei Elektroautos | Neue Maßstäbe
82Was tun bei einer Panne? | Nur nicht den Kopf verlieren
83Der Ladeport | Wie kommt der Strom ins Auto?
84Ladestecker und Ladebuchsen | Internationaler Einsatz
85Die E-Auto-Batterie mieten | Lohnt sich das?
86Wie benutzt man eine Ladesäule? | Schritt für Schritt zur vollen Batterie
87Ladekarten | Bezahlen an der Ladesäule
88Laden im Ausland | Gestrandet in der Ferne?
89Turtle Mode | Die letzten Meter als Schildkröte
90Reifen für E-Autos | Die Quadratur des Kreises
91Die Kosten | Kraftstoffe versus Strom
92Batteriehersteller | Fernost und die USA
93Vampire-Drain | Standby-Stromverbrauch bei Tesla-Fahrzeugen
94Ein Ladeplatz ist kein Parkplatz | ... oder: Schilder, die kaum einer kennt
95Raumklima | Wärme am Körper spart Energie
96Routenplanung mit Ladestopp | Keine Fahrt ins Ungewisse
97Batteriegröße und Reichweite | Wie effizient ist ein E-Auto?
98Das teure Elektroauto | Auf die Gesamtkosten kommt es an
99Welches Risiko geht man beim Kauf eines E-Autos ein? | Was sind die Vorteile?
100Elektrotaxis | Wartungsarm und günstig
101Wohin geht die Entwicklung? | Die Träume von morgen
Bildnachweis
Impressum
Technik entwickelt sich weiter. Und auch die Welt ändert sich. Unsere veränderten Anforderungen an die Umwelt führen zu neuen Lösungen bei der Mobilität. In den letzten Jahren wurde Elektroautos für unsere Anforderungen entwickelt. Viele sind schon auf den Straßen zu sehen, manche werden Sie in diesem Buch entdecken.
Ein E-Auto sieht von außen wie ein normales Auto aus, unter der Haube hat sich aber einiges geändert. Verschiedene Komponenten eines Autos mit Verbrennungsmotor entfallen und sind in einem E-Auto gegen neue Technologien getauscht worden. Eine Übersicht:
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Herkömmliche Komponenten |
Komponenten im BEV |
Englische Bezeichnung |
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Verbrennungsmotor |
Elektromotor |
Drive-Unit |
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Getriebe |
Reduktionsgetriebe/Untersetzung |
Transmission |
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Tank |
Batterie/Traktionsbatterie |
Traction Battery Pack |
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Kraftstoffpumpe |
Batterie-Management-System |
BMS |
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Einfüllstutzen |
Ladeport/Ladebuchse |
Charge Port |
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Gaspedal |
Fahrpedal/Gaspedal | |
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Zündung |
Fahrbereitschaftsanzeige | |
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Kraftstoff-Reserveanzeige |
Schildkrötenmodus |
Turtle-Mode |
Für einige Komponenten ist auch die englische Bezeichnung aufgeführt. Diese Begriffe haben sich in der Sprache und Berichterstattung so fest eingebürgert, dass deren Kenntnis im Alltag weiterhilft.
Akkumulator vs. wiederaufladbare Batterie
In diesem Buch wird das Wort Akkumulator (Akku) nicht als Bezeichnung für die Traktionsbatterie eines Elektroautos verwendet. Stattdessen wird die korrekte Bezeichnung Batterie oder wiederaufladbare Batterie genutzt.
Der Akkumulator (früher auch Sammler genannt) bezeichnet nur die einzelne Zelle, die mit weiteren Zellen zu einem Akkupack zusammengeschaltet werden kann, das in dieser Gesamtheit als wiederaufladbare Batterie bezeichnet wird. Die Bezeichnung Akku ist eine umgangssprachliche Verkürzung und bei der Batterie eines Elektroautos technisch nicht korrekt.
Das Elektroauto mit den meisten zurückgelegten Kilometern ist mittlerweile der Tesla Roadster, der im Februar 2018 ins All geschossen wurde. Die Schwesterfirma Space X benötigte zur Demonstration der neuen Schwerlastrakete Falcon Heavy eine Nutzlast. Damals fiel die Wahl werbewirksam auf den Roadster.
Das Risiko für einen Unfall oder Absturz beim Erststart einer neuen und unerprobten Rakete ist hoch, deshalb wird in der Regel ein Betonblock als Massesimulator mitgeführt. Nicht jedoch bei diesem Start. Der Firmeninhaber Elon Musk stellte seinen Elektrosportwagen als Nutzlast zur Verfügung. Mit mehreren Kameras ausgestattet, filmen diese nun die Reise des kirschroten Flitzers durch die unendlichen Weiten des Alls. Die Umlaufbahn ist am weitesten Punkt 1,67 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt. Der nächste nahe Vorbeiflug an der Erde wird 2091 erwartet.
Auf dem Fahrersitz hat eine menschengroße Puppe in einem Raumanzug Platz genommen, die den Namen Starman trägt. Im Handschuhfach befinden sich eine Ausgabe des Buches Per Anhalter durch die Galaxis und ein Handtuch. Was die Vogonen wohl davon halten werden, falls der Wagen ihre Hyperraum-Express-Route kreuzt?
Die Firma Detroit Electric war zu Beginn des 20. Jahrhunderts der bekannteste Hersteller von Elektroautos. Zwischen 1907 und 1939 produzierte der Hersteller über 12.000 Fahrzeuge.
Den Wagen kennen Sie nicht? Wahrscheinlich doch, es ist das Auto von Dorette. Besser bekannt als Oma Duck aus den Micky-Maus-Heften. Oma Duck fährt einen Detroit Electric aus dem Jahr 1916. In den alten Heften noch originalgetreu mit Lenkhebel, später dann mit Lenkrad. Diese Wagen waren den damaligen Pendants mit Verbrennungsmotor überlegen.
Auch in der Realität gab es bekannte Personen, die von diesen Elektroautos begeistert waren. Beispielsweise fuhren der Milliardär John D. Rockefeller und der Erfinder Thomas Edison damit. Edison entwickelte sogar eine neue, leichtere Batterie für das Fahrzeug, damit erreichte der Wagen die Höchstgeschwindigkeit von 55 Stundenkilometern bei einer Leistung von 39 kW bzw. 53 PS und einer Reichweite von bis zu 120 Kilometern.
Da der Detroit Electric nicht von Hand mit einer Kurbel gestartet werden musste, war er vor allem bei den Damen beliebt. Elektroautos waren sicherer, einfacher in der Handhabung und nicht so schmutzig, wie die damals ebenfalls beliebten Autos mit Verbrennungsmotor. Die Anlasserkurbeln der Wagen mit Verbrennungsmotor waren recht gefährlich. Durch einen möglichen Rückschlag des Motors lief man Gefahr, sich mit der Kurbel den berüchtigten »Chauffeur-Bruch« zuzuziehen, auch deshalb stellten die Besitzer der Fahrzeuge gerne Fahrer ein. Aber nicht nur die Damen waren von den Elektroautos begeistert, auch die Herren wussten diese zu schätzen; immerhin waren Ihre Damen dann nicht dem womöglich gefährlichen Anblick eines jungen und kräftigen Chauffeurs ausgesetzt.
Etwa ab 1880 wurden die ersten Elektrofahrzeuge in England, Deutschland und Frankreich vorgestellt. In Nordamerika folgten die ersten Modelle erst zehn Jahre später. Die kommerzielle Herstellung von Elektroautos startete in den USA etwa 1897. Um 1900 waren in den USA 38 Prozent der Automobile Elektrofahrzeuge, 22 Prozent waren Benzinwagen und den Rest bildeten Dampfwagen. 1912 bauten rund 20 Hersteller Elektrofahrzeuge, deren gesamte Produktion wurde allerdings von Ford übertroffen. Fords Fertigungsmethoden und die neu erfundene Fließbandproduktion waren allen anderen Herstellern in Bezug auf Preis und Stückzahl überlegen. Durch Ford wurde das Auto zum Massenprodukt. Man baute sogar einen Elektrowagen-Prototypen auf Basis des Ford Model T, dieser kam aber nie zur Serienproduktion. Wie hätte sich der Individualverkehr entwickelt, wenn Ford für die Massenproduktion von günstigen Fahrzeugen auf den Elektroantrieb gesetzt hätte?
Und in Deutschland? Rund 30 Hersteller bauten damals Elektrofahrzeuge. Darunter so bekannte Namen wie Henschel, Messerschmitt-Bölkow-Blohm, Siemens, Talbot und Wartburg. Auch Porsche baute ein Elektromobil mit Radnabenmotor, der als Lohner-Porsche bekannt wurde. Das System Lohner-Porsche wurde im Jahr 1900 auf der Pariser Weltausstellung als erster Transmissionsloser Wagen vorgestellt. In den darauffolgenden Jahren wurde ein Hybridfahrzeug mit benzin-elektrischem Antrieb als Personen- und Nutzfahrzeug produziert. Ein Rechtsstreit beendete 1906 den Bau der damals als epochemachende technische Neuheit bezeichneten Hybridfahrzeuge aus den Wiener Lohner-Werken.
Die frühen Elektroautos waren sehr beliebt. Sie vibrierten nicht, rochen nicht nach Benzin und der Lärm, den diese Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor machten, wurde als unangenehm empfunden. Sie benötigten auch keinen Gangwechsel beim Fahren und sie mussten nicht, wie die Benziner dieser Zeit, mit einer Kurbel angelassen werden. Insbesondere die Upperclass liebte E-Autos. In einigen Tourismusregionen, beispielsweise Zermatt in der Schweiz, beherrschten Elektroautos zeitweise den gesamten Verkehr. Aber durch den Einfluss der Firma Standard Oil wurde Benzin der hauptsächliche Kraftstoff und nach 1920 dominierten Verbrenner wieder den Straßenverkehr.
Technikhistoriker und Wissenschaftler haben den Siegeszug der Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor untersucht und versucht, die Mechanismen zu erkennen, die zum Verschwinden der E-Autos geführt haben. Sie sind der Meinung, dass die geringe Verbreitung von Elektroautos und die Dominanz von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor nicht aus wissenschaftlicher und technologischer Sicht zu erklären sei.
Ein Elektroauto lässt sich mit nur einem Fußpedal fahren. Diese oft in Autozeitschriften besprochene Eigenschaft nennt sich One-Pedal-Driving, oder Einpedalfahren. Da das Kupplungspedal entfällt, ist es durch gewisse Eigenschaften des Fahrzeugs möglich, auf das Bremspedal größtenteils zu verzichten, indem man den Elektromotor zum Abbremsen nutzt, was Rekuperieren genannt wird.
Beim Rekuperieren (siehe auch Kapitel 5) wird die Bewegungsenergie des Fahrzeugs durch den Elektromotor wieder in Energie zurückgewandelt und in die Batterie eingespeist. Dabei bremst das Fahrzeug ab, der Elektromotor dient als Generator und kann einen Teil der Energie in die wiederaufladbare Batterie einspeisen. Die gewonnene Energie vergrößert so die Reichweite. Gleichzeitig werden die Bremsen geschont, und es tritt weniger Verschleiß auf.
Beim One-Pedal-Driving führt diese andere Art des Fahrens zu einer sehr entspannten Fahrweise. Zum Beschleunigen wird das Strompedal wie gewohnt genutzt. Löst man aber den Fuß, oder verringert den Druck auf das Pedal, bremst der Wagen automatisch stärker oder schwächer ab. Gerade im Stadtbetrieb oder im Berufsverkehr ist diese Art des Fahrens, nach einer kurzen Umgewöhnungsphase, sehr entspannend und angenehm.
Die Stärke des Abbremsens kann variiert werden. In der schwächsten Form fühlt es sich wie die Motorbremse eines herkömmlichen Wagens an. In der stärksten Stufe fühlt es sich wie ein beherzter Tritt auf die Bremse an. Dem Fahrer fällt das nicht unbedingt auf, aber bei Beifahrern kann der ständige Wechsel zu Unwohlsein führen, wenn sie diese Fahrweise nicht gewohnt sind. In dem Fall sollte man die Rekuperation auf die schwächste Stufe stellen oder ganz ausschalten, und das Bremspedal in gewohnter Weise benutzen.
Alle modernen Elektrofahrzeuge nutzen zum Abbremsen die Rekuperation, da dies die Reichweite drastisch erhöht. Aber nicht alle haben das One-Pedal-Driving in dieser Form umgesetzt, sodass der Wagen auch bis zum Stillstand abbremst. Bei einigen Fahrzeugen muss dafür weiterhin das Bremspedal genutzt werden. Dies ist beim Stop-and-go im Berufsverkehr aber meist ausreichend.
Beispielsweise im Nissan Leaf, dem BMW i3 oder dem Ampera-E kann das One-Pedal-Driving ausprobiert werden. Aber keine Sorge, ein »richtiges« Bremspedal ist immer noch vorhanden. Bei einer Notbremsung, oder aus Gewohnheit, kann man dieses auch weiterhin nutzen.
Die Rekuperation ist ein technischer Ausdruck für die Rückgewinnung von kinetischer Energie, also der Bewegungsenergie des Fahrzeugs. Bei einem herkömmlichen Auto mit Verbrennungsmotor wird diese Bewegungsenergie beim Bremsen in Wärme umgewandelt – Bremsscheiben werden heiß – und sie bleibt damit ungenutzt. Um bei einem Elektroauto die Reichweite zu verbessern, kamen die Entwickler auf die Idee, eine Technologie einzusetzen, die schon wohlbekannt ist: Man nutzt im Elektroauto den Elektromotor, um das Fahrzeug abzubremsen und dabei möglichst viel der Bewegungsenergie wieder in elektrische Energie umzuwandeln.
Die Rekuperation wird schon seit mehr als hundert Jahren im Fahrzeugbau verwendet. Zahnradbahnen und Elektrolokomotiven nutzen sie, wobei die zurückgewonnene Energie entweder in einen Energiespeicher im Fahrzeug oder in die Oberleitung zurückgespeist wird. Auch in Linienbussen mit Verbrennungsmotor werden solche Wirbelstrombremsen eingesetzt, um die elektrischen Heizungen bei kaltem Wetter mit der Bremsenergie zu betreiben, die ohnehin im Stadtverkehr auftritt. Damit sind große Einsparungen möglich, denn die zum Heizen benötige Energie wird nur noch zum Teil von der Lichtmaschine erzeugt, was wiederum den Kraftstoffverbrauch senkt.
Da ein Elektromotor auch ein guter Generator sein kann, ermöglicht diese Energierückgewinnung eine Reichweitensteigerung der E-Autos. Zwar kann nicht so viel Energie wiedergewonnen werden, wie zuvor aufgebracht wurde, um das Auto in Bewegung zu setzen, aber verschiedene Messungen der Hersteller sprechen von Wirkungsgraden von bis zu 60 Prozent bei der Energierückgewinnung. Dies ist jedoch stark von der Bauart des Elektromotors und der eingestellten Rekuperationsstufe des Fahrzeugs abhängig.
Die Rekuperation hat den größten Effekt im Stop-and-go-Verkehr, wie er in Städten vorkommt. Der Verbrauch von Elektroautos ist hier deutlich geringer als bei Überlandfahrten. Der fehlende Luftwiderstand und die Energierückgewinnung lassen ein Elektroauto dort am sparsamsten fahren, wo Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor den größten Verbrauch haben. Aus diesem Grund sah man E-Autos in den Anfangsjahren hauptsächlich für den Stadtverkehr geeignet. Der technologische Fortschritt hat diese Annahme nun überholt, trotzdem ist der sparsame Betrieb im Stadtverkehr noch immer eine Stärke des E-Autos.
Ein weiterer Effekt der Rekuperation ist die Reduzierung des Feinstaubs. Da die Bremsen bei dieser Vorgehensweise seltener genutzt werden, reduziert sich der Bremsbelagabrieb. Diese Partikelemissionen der Bremsen haben einen relevanten Anteil an der innerstädtischen Feinstaubbelastung. Mehr Elektroautos in den Städten würden auch damit zu einer Verbesserung der Luftqualität beitragen.
Die Post begann um 1900 mit den ersten Versuchenrund um Elektro-Zustellfahrzeige. In Berlin-Charlottenburg waren es Fahrzeuge der B.E.F. (Berliner Elektromobilfabrik), die von 1907 bis 1913 gebaut wurden. Größere Fahrzeuge kamen ab 1908 hinzu. Die Wagen der Hansa-Lloyd-Werke fuhren in Berlin und Leipzig. Im inneren Stadtgebiet überwogen die Vorteile gegenüber Benzinfahrzeugen, der Wirkungsgrad lag in den 1930er-Jahren im Vergleich zu Verbrennern dreimal höher.