Aufbau des Elektromotors & E-Auto-Technologien.

Fahrzeuge der Kategorie PHEV nutzen eine intelligente Kombination aus Elektro- und Verbrennungsmotor. Der konventionelle Motor, der den wesentlichen Leistungsanteil trägt, wird durch den zusätzlichen elektrischen Motor im Verbrauch und in der Performance optimiert. Die ebenfalls verbaute HV-Batterie ermöglicht einen intelligenten Einsatz der unterschiedlichen Energiequellen und optimiert den Gesamtverbrauch. Auch diese Fahrzeuge sind für die Verwendung von „E-Kennzeichen“ und die damit verbundenen Vorteile zugelassen.

Die meisten Elektrofahrzeuge, wie auch der VW ID.3, haben ein 1-Gang- Automatikgetriebe. Dadurch werden eine lückenlose Kraftübertragung und höchster Fahrkomfort gewährleistet. Durch den Elektromotor liegt das maximale Drehmoment ab Drehzahl 0 und sorgt somit für eine einzigartige Fahrdynamik.

Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb beziehen ihre elektrische Energie aus einer Brennstoffzelle. Die Brennstoffzelle wandelt den getankten Wasserstoff in elektrische Energie um und versorgt den effizienten Elektromotor. Diese Fahrzeuge, die an speziellen Wasserstoff-Tankstellen getankt werden, kommen also ohne Ladekabel aus und fahren trotzdem rein elektrisch und lokal emissionsfrei.

Der Motor eines Elektroautos besteht aus zwei Teilen: einem beweglichen Rotor bzw. Anker und einem unbeweglichen Magneten, dem Stator. Der Stator umschließt den Rotor. Der Rotor im Inneren des Stators ist ein drehbarer Elektromagnet, der über Schleifkontakte mit der elektrischen Quelle verbunden ist. Zudem enthält der Elektromotor noch einen Polwender – den sogenannten Kommutator. Der Kommutator befindet sich ebenfalls innerhalb des Stators und liegt an den Schleifkontakten der Spannungsquelle.

Der Rotor ist das bewegliche Bauteil des Elektromotors. Da er ähnlich wie ein Schiffsanker geformt ist, wird er oft auch einfach Anker genannt. Der Anker des Elektromotors besteht aus einer drehbar gelagerten Spule, die auf einem Eisenkern aufgewickelt ist. Die Spule wiederrum besteht aus mehreren Windungen, die Strom leiten. Wird der Rotor also mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden, fließt Strom durch die Spule, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird. Die Feldlinien dieses Magnetfeldes verlaufen außerhalb des Magneten vom Nordpol zum Südpol und innerhalb des Magneten vom Südpol zum Nordpol – das ist für die Drehrichtung des Rotors relevant.

Ist das Magnetfeld des Rotors durch Anschluss an eine Stromquelle aktiviert, fängt der Elektromagnet an, sich zu bewegen. Allerdings kann er sich innerhalb des Stators nur zu einem Viertel drehen und bleibt dann im sogenannten Totpunkt stehen. Denn jetzt liegen die beiden Pole von Stator und Rotor so nah beieinander, dass sie sich gegenseitig anziehen.

Damit der Rotor sich weiterdrehen kann, müssen entweder die Pole des Stators oder die des Rotors selbst vertauscht werden. Die Pole des Stators sind Dauermagneten, lassen sich also nicht so einfach umkehren. Entsprechend müssen die Magnetpole des Rotors umgekehrt werden – dafür ist der Polwender bzw. Kommutator zuständig.

Kurz bevor der Rotor aufgrund der elektromagnetischen Anziehung stehenbleibt, unterbricht der Kommutator kurz den Stromfluss, um ihn dann direkt mit umgekehrter Polung wieder einzuschalten. Durch die geänderte Stromrichtung kehrt sich auch das Magnetfeld des Rotors um – entsprechend stehen sich jetzt zwei gleiche Magnetpole gegenüber, die sich abstoßen und den Rotor wieder in Drehbewegung bringen. Kommt der Rotor erneut in die Position, in der sich die Magnete anziehen, unterbricht der Polwender den Stromfluss wieder. Der Prozess beginnt jetzt von vorne, sodass der Rotor immer in Bewegung bleibt und dem Elektromotor seinen Antrieb gibt.

Als Rotor können bei Elektromotoren verschiedene Ankertypen zum Einsatz kommen. Der Doppel-T-Anker ist vom Aufbau her am einfachsten, hat dafür aber seine Nachteile: Er kann nicht erneut von allein anlaufen, wenn er einmal im Totpunkt steht. Außerdem ist das Drehmoment, also die Motorkraft, unterschiedlich ausgeprägt, weshalb ein Elektromotor mit Doppel-T-Anker bei niedriger Drehzahl unrund laufen kann. Zuverlässiger sind Elektromotoren mit einem Dreifach- oder Trommelanker. Vor allem der Trommelanker besticht mit einer guten Laufruhe, weil er aus drei Spulen und mehreren T-förmigen Eisenkernen besteht.

Neben dem grundsätzlichen Aufbau aus Rotor und Stator gibt es verschiedene Arten von Elektromotoren:

Der Gleichstrommotor bzw. Kommutatormotor wird entsprechend seines Namens mit Gleichstrom betrieben. Hier ist der Kommutator dafür verantwortlich, regelmäßig die Stromrichtung zu wechseln.

Beim Wechselstrommotor ist kein Kommutator notwendig, um die Stromrichtung zu ändern, da dieser Elektromotor grundsätzlich mit Wechselstrom betrieben wird.

In der Industrie müssen Elektromotoren oft eine besonders hohe Leistung erbringen, für die Gleichstrommotoren oder Wechselstrommotoren nicht ausgelegt sind. Hierfür gibt es Drehstrommotoren. Diese werden mit Dreiphasen-Wechselstrom betrieben. Innerhalb des Drehstrommotors befinden sich drei Stator- bzw. Dauermagnet-Spulen, die im Dreieck oder sternförmig angeordnet sind. Mithilfe dieser drei Spulen werden Magnetfelder induziert, die den Rotor zuverlässig in Bewegung halten und für einen hohen Wirkungsgrad sorgen.

Die Batterie (auch Hochvolt-Batterie genannt) ist das Herzstück der Elektrofahrzeuge. Ihre Auslegung definiert maßgeblich die Leistungsfähigkeit von Elektrofahrzeugen. Der Volkswagenkonzern verwendet „state-of-the-art“ Lithium-Ionen-Zellen für überzeugende Performance. Die Batteriekapazität (kWh) bestimmt dabei die Reichweite. Die Batterie kann nicht nur den Elektromotor, sondern auch das 12 V Bordnetz versorgen. – das macht sie über einen DC/DC-Wandler, der die Gleichstromspannung in eine höhere oder geringere Spannung konvertiert. Denn für eine langfristige Funktion ist es wichtig, dass jedes Gerät mit der richtigen Spannung versorgt wird.

Eine Schlüsseltechnologie ist die Rekuperations-Bremse, mit der elektrische Energie zurückgewonnen werden kann. Diese Technologie funktioniert ähnlich dem Prinzip eines Fahrrad-Dynamos und kann das Fahrzeug bremsen, ohne die eigentlichen Bremsscheiben zu beanspruchen. Somit wird weniger Energie verschwendet und die langfristige Beanspruchung der Bremsen nimmt ab.

Die elektrischen Fahrzeuge des Volkswagenkonzerns können grundsätzlich an einer regulären 230 V Haushaltssteckdose aufgeladen werden. Um Zeit zu sparen, bieten sich Ladelösungen von Volkswagen an: An den Wallboxen können Ladeleistungen bis zu 11 kW den Ladevorgang beschleunigen. An öffentlichen Lade- und Schnellladestationen kann die Leistung über Gleichstrom nochmals deutlich erhöht werden. Ein solcher Ladevorgang kann durch die hohe Leistung in kürzester Zeit die Batterie aufladen.

Der „Mennekes-Stecker“ ist der europäische Standard für die AC-Ladung. Er wird auch als Typ-2-Stecker bezeichnet. Die meisten öffentlichen Ladesäulen sind mindestens mit einer Typ-2-Steckdose ausgestattet.

Für das Schnellladen ist in Europa das CCS-Laden (Combined Charging System) der Standard. Der entsprechende Ladestecker ist mit zusätzlichen Kontakten für die DC-Schnellladung ausgestattet. Mit dem als „Combo-2-Stecker“ bezeichneten Steckertyp können Sie an allen öffentlichen Ladestationen ab einer DC-Ladeleistung von 22 kW laden.

Der SchuKo-Stecker passt in jede gewöhnliche Haushaltssteckdose in Deutschland. Mit ihm können Sie Elektrofahrzeuge Ihres Fuhrparks auch über den heimischen Strom laden. Dies sollte jedoch nur als Notfalllösung genutzt werden, da der Ladevorgang sehr langsam vonstattengeht und die Haushaltssteckdosen für solch eine dauerhafte Belastung nicht ausgelegt sind.