Der Markt für Elektroautos wächst – nicht nur in Europa, sondern weltweit. Mit der Anzahl der Elektromobile steigt in den kommenden Jahren auch die Nachfrage nach Batterien und nach den darin enthaltenen Zellen: Schätzungen zufolge wird sich der Bedarf bis 2030 verzehnfachen. Überall dort, wo der Verbrennungsmotor durch einen elektrischen Antriebsstrang ersetzt wird, verringert sich die Komplexität des Automobils radikal: Besteht
ein Auto mit Verbrennungsmotor noch aus rund 1400 beweglichen Teilen, so sind es bei einem Elektroantrieb nur noch circa 210. Ein Achtzylindermotor hat etwa 1200 Teile, die montiert werden müssen, ein Elektromotor lediglich 17. Dadurch verändert sich die Palette einer großen Anzahl an Systemteilen und Komponenten in starkem Maße. Neue Anbieter und kleinere Gesamtfahrzeughersteller können aufgrund der gesunkenen Komplexität der Fahrzeuge plötzlich in Konkurrenz zu großen OEMs treten. Am
Fraunhofer IPT bündeln wir deshalb jetzt Produktionstechnologien zur Fertigung verschiedenster Komponenten und Bauteile für den elektrischen Antriebsstrang – von klassischen Lithium-Ionen-Batterien über Superkondensatoren und Schwungradspeicher bis hin zur Brennstoffzelle. Denn: Gemeinsam mit unseren Partnern wollen wir den Automobilstandort Deutschland erhalten und stärken.
Generell sind E-Autos wartungsarm [siehe 22]. Viele Teile werden im Vergleich zum Verbrennungsmotor nicht benötigt.
Links die typischen Teile eines Verbrennungsmotors (Ford, 1L-Motor), rechts ein Elektromotor.
Da es auch sehr leistungsfähige E-Autos gibt (Audi E-Tron, Mercedes EQS, Tesla Model S) ist hier auch eine Aussage von BMW-Gesamtbetriebsratschef Manfred Schoch sehr interessant: „Ein Achtzylindermotor hat 1200 Teile, ein Elektromotor nur 17 Teile“. Wobei es in dem Zusammenhang
darum ging, wie viele Teile montiert werden müssen – Thema Arbeitsplätze [siehe 24].
Aber jedes Teil, das nicht vorhanden ist, kann auch nicht kaputtgehen. Die gesamte Abgasreinigung fällt auch weg, also kein Auspuff, Katalysator oder Lambdasonden. Selbst die Bremsen müssen deutlich seltener erneuert werden beim E-Auto, da über die Rekuperation die Bewegungsenergie wieder in die Batterie zurückgespeist wird. Bei E-Autos mit 150.000 km Laufleistung und mehr sind häufig noch die ersten
Bremsanlagen zu finden.
Es gibt auch keinen Unterschied, ob es Sommer oder Winter ist – der E-Motor hat immer die volle Kraftentfaltung und muss nicht erst warmgefahren werden. Einzig die Reichweite sinkt im Winter etwas – abhängig von der Außentemperatur.
Des weiteren geben die meisten Hersteller großzügige Garantien auf Batterie und Antriebsstrang, 8 Jahre sind mittlerweile üblich – meist bis zu einer Laufleistung von 160.000 km. Hyundai gibt beim Ioniq 5 sogar auf das gesamte Auto 8
Jahre Garantie.
Inhalt des Berichts
- Vorteile des Elektroantriebs
- Komplexer Verbrennungsmotor hat viele Bauteile
- Geringere Komplexität des Elektroantriebs
- Beispiel für geringere Komplexität
- Was ich mit Elektroantrieb nicht mehr benötige
- Anfälligkeit für Qualitätsmängel
- Klappenauspuff und Geräuschgenerator
- Die Zukunft der Individualmobilität ist elektrisch
- E-Autos benötigen weniger Wartung
- Recycling von Akkus
- Nachteile des Elektroantriebs
Vorteile des Elektroantriebs
Ein Elektromotor benötigt in der Regel gegenüber einem Verbrennungsmotor kein Schaltgetriebe. Das maximale Drehmoment wird schon kurz nach dem Anlaufen des Elektromotors abgegeben. Während der Verbrennungsmotor je nach Auslegung dafür eine bestimmte Drehzahl pro Minute benötigt, um das höchste Drehmoment zu erreichen, fällt der Drehmoment in der Regel bei weiterer Drehzahlerhöhung wieder ab.
Mit einem Elektromotor kann man auch im niedrigen Geschwindigkeitsbereich sehr schnell beschleunigen. Selbst Kleinwagen mit Elektroantrieb erzielen Werte, die bei Sportwagen, zum Beispiel Porsche 911 Spitzenwerte waren. In manchen Fällen ist eine Begrenzung des Drehmoments zur Schonung der Akkus notwendig, da eine Überhitzung von Elektromotoren und Akkus bei permanenter Überforderung möglich sind. Elektromotoren sind fast geräuschlos, fast vibrationsfrei und emittieren keine schädlichen Abgase. Elektromotoren haben einen sehr hohen Wirkungsgrad.
Komplexer Verbrennungsmotor hat viele Bauteile
Ein aktueller Verbrennungsmotor benötigt mit Getriebe ca. 1.400 Teile. Ein Elektromotor nebst Batterien besteht nur aus rund 200 Komponenten.
Der Verbrennungsmotor (auch ICE: internal combustion engine) in Form von Diesel- und Ottomotor blickt auf eine unglaubliche Erfolgsgeschichte in den letzten 100 Jahren zurück. Heute sind die komplexen Motoren das Beste, was diese Technologie hervorgebracht hat. Eine wirkliche Revolution in Bezug auf die angesprochenen Probleme wird es bei dieser Technologie allerdings nicht mehr geben. Probleme lassen sich nur noch zum Teil lösen, zum Beispiel der Turbolader und kleinere Motoren, aktives Zylindermanagement (ACT) für mit besseree Wirkungsgrade, intelligente Motorsteuerung zum “Segeln”, Start-Stopp-Automatik und damit geringerer Verbrauch und immer wieder verbesserte Abgasreinigung.
Geringere Komplexität des Elektroantriebs
Die Technik eines Elektroautos und dessen Bau ist weniger komplex und benötigt keine 3-Zylinder-Motoren mit kleinem Hubraum und ein oder gar zwei Turboladern, Start-Stopp-Automatik, Wandler- oder Doppelkupplungsgetriebe, Kat, Partikelfilter, AGR-Ventil, SCR-Katalysator (Stickoxid-Speicherkatalysator) beim Diesel und Harnstoff (AdBlue / Eolys = zusätzliche Kosten und Probleme), um die Abgasnorm von Euro 6 ohne Mogelei bzw. “kreative Software” zu erfüllen! Beim Benziner mit Direkteinspritzung müssen ab September 2018 auch Partikelfilter eingebaut sein.
Beispiel für geringere Komplexität
Die Fertigung von Elektromotoren wird für Autohersteller künftig einfacher und damit weniger personalintensiv. Die Wertschöpfung eines Elektromotors erreicht noch nicht einmal 50 Prozent eines Motors für Verbrenner. Elektromotoren sind auch kleiner bei gleicher Leistung und es wird deutlich weniger Material für die Herstellung benötigt.
Was ich mit Elektroantrieb nicht mehr benötige
- Benzin tanken
- Ad Blue bei Dieselmotor tanken
- Kupplungsgeber und -nehmer wechseln
- Kupplung wechseln
- Leerlauf und Gasannahme justieren
- Motorölfilter wechseln
- Motoröl wechseln
- Luftfilter wechseln
- Zahnriemen oder Steuerkette wechseln
- Wasserpumpe wechseln
- Benzinschläuche prüfen
- Zündkerzen bzw. Glühkerzen wechseln
- Luftmengenmesser
- Kraftstofffilter wechseln
- AGR-Ventil reinigen
- Partikelfilter reinigen
- Bei Motoren mit Direkteinspritzung Rückstände beseitigen
- Keine aufwendigen Motorreparaturen mit Spezialwerkzeugen der Hersteller der Verbrenner notwendig
- Praktisch keine Wartung notwendig außer Wechsel Bremsflüssigkeit und Kühlflüssigkeit für Akkus notwendig
- …
Anfälligkeit für Qualitätsmängel
Die aktuelle technische Ausrüstung macht Autos anfällig für Störungen. Die großen Hersteller bringen aufgrund des wachsenden Wettbewerbs in immer kürzeren Abständen neue Modelle auf den Markt. Eine Folge davon ist, dass das Qualitätsmanagement bisweilen zu kurz kommt.
Die Automobilhersteller drücken bei den Lieferanten die Einkaufspreise, indem Neuentwicklungen zunehmend den Zulieferern überlassen werden. Diese liefern auch immer mehr Teile für die Fahrzeuge, der Wertschöpfungsanteil der Zulieferer liegt im Durchschnitt bereits bei rund 75 Prozent. Das bedeutet, dass die Zulieferer verstärkt in die Qualitätssicherung der Autobauer einbezogen werden müssten, offensichtlich gelingt es nicht immer.
Klappenauspuff und Geräuschgenerator
Das modische Thema Klappenauspuff und den erzeugten übermäßigen Lärm vergessen wir schnell. Das E-Auto ist vom Antrieb her sehr leise, so dass bei Schrittgeschwindigkeit zukünftig ein Geräusch ertönen muss.
Die Zukunft der Individualmobilität ist elektrisch
Verbrenner-Pkw sind mittlerweile hauptsächlich mechanisch und elektronische Abgasreinigungsanlagen, was man eigentlich zur ruhigen und abgasfreien Fortbewegung nicht benötigt.
E-Autos benötigen weniger Wartung
E-Autos benötigen wesentlich weniger Wartung, da kein Motoröl, Harnstoff, Getriebeöl, Differentialöl, Zahnriemenwechsel etc. gewechselt werden muss und die Rückspeisung der Energie (Rekuperation) des Elektromotors beim Bremsen den Verschleiß der Bremsen mindert. Auch dürfte der Verbrauch an Reifen geringer sein.
Wenn ein Elektroauto im Stau steht, verbraucht es fast keinen Strom, mit Ausnahme für die eingeschaltete Klimatisierung und Heizung.
Recycling von Akkus
Batterien, die nicht mehr in Elektroautos wegen verminderter Leistungsfähigkeit eingesetzt werden können, haben als teuerstes Teil in einem E-Auto noch ein zweites Leben in einem skalierbaren Energiespeicher. Ein verbrauchter Automotor landet im Schrott.
Nachteile des Elektroantriebs
Sicherlich bis heute der gravierendste Nachteil ist die geringe Energiedichte der Akkus. Sie beträgt nur 1/50 bis ein 1/100 eines mit Benzin gefüllten Tanks. Elektrofahrzeuge sind wegen des immer noch hohen Gewichts der Akkus nicht leichter als entsprechende Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Die Batteriekapazität ist ein prägender Faktor bei Fahrzeuggewicht und Preis.
Es fehlt die Flexibilität von Elektrofahrzeugen für lange Strecken und die flächendeckende Ladeinfrastruktur. Eine kurze Ladezeit zum Füllen des Energiespeichers, zum Beispiel 80% Ladung der Akkus innerhalb von 30 Minuten, ist nur mit leistungsstarken Gleichstrom-Ladestationen zu erreichen. Auch der bisher unzureichende und uneinheitliche Ausbau der Ladeinfrastruktur verhindert große Stückzahlen.
Im Winter kostet Heizen im E-Autos Reichweite. Je stärker die Heizleistung, desto kürzer wird die Reichweite, denn die elektrische Heizung benötigt je nach Außen- und gewünschter Innenraumtemperatur bis zu fünf Kilowatt Leistung.