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Warum nutzen E-Autos unterschiedlichen Strom?

15.10.2020

Im Elektroauto werden beide Arten benötigt, also Wechsel- und Gleichstrom. Unser Stromnetz funktioniert mit Wechselstrom. Hier wechselt die Polarität 50 Mal in der Sekunde. Man spricht von der Netzfrequenz (50 Hertz). Bei Gleichstrom bleiben beiden Pole gleich, die geladenen Elektronen kennen also nur eine Fließrichtung.

 

Warum gibt es in Deutschland Wechselstrom?


Die Entscheidung für ein Stromnetz mit Wechselstrom, oft auch mit AC für Alternating Current abgekürzt, fiel aus zwei Gründen: Bei der Stromerzeugung mit Generatoren produziert man Wechselstrom. Die weitestgehend verlustfreie Übertragung von Strom über weite Strecken ist nur mit Wechselstrom in hoher Spannung möglich. Bei Wechselstrom wechselt die sogenannte Polarität 50 Mal in der Sekunde – daher der Name.

 

Warum gibt es Gleichstrom in der Elektroauto-Batterie?


Eine E-Fahrzeug-Batterie funktioniert mit Gleichstrom, oft als DC für Direct Current abgekürzt. Der eine Pol wird als Minus der andere als Plus bezeichnet. Der Strom kennt also nur eine Fließrichtung. Genau genommen arbeitet im Elektroauto übrigens gar keine Batterie, sondern ein Akkumulator, kurz Akku. Denn eine Batterie kann man – im Gegensatz zum Akku – nicht wieder aufladen.

 

Warum gibt es unterschiedliche Ladesäulen?


Schnellladesäulen funktionieren mit Gleichstrom. Der fließt schneller, also mit deutlich höherer Leistung in die Batterie. Beim Laden an einer normalen Ladesäule (AC) dauert das Laden länger, weil im E-Auto aus Wechsel- erst Gleichstrom gemacht werden muss, bevor er in den Energiespeicher fließen kann. Die Energie durchläuft den Umweg über einen Gleichrichter. Seine Leistung bestimmt die Ladegeschwindigkeit. Natürlich spielt auch der Anschluss der Ladesäule oder der Wallbox ans Stromnetz eine entscheidende Rolle.



Rechenbeispiel zur Ladegeschwindigkeit


An der klassischen Haushaltssteckdose (Schuko) sind maximal 3,7 Kilowatt (kW) Leistung möglich. Das können Sie sich einfach ausrechnen: 230 Volt x 16 Ampere = 3.680 Watt, also gerundet 3,7 kW. Um mit dieser Leistung eine 50 kWh Batterie eines E-Autos mit Strom voll zu bekommen, benötigt es rechnerisch 13,5 Stunden. Viel zu langsam für den Alltag. Zudem ist es nicht ungefährlich, das E-Auto an einer Haushaltssteckdose aufzuladen – die Gefahr von Kurzschlüssen und Kabelbränden besteht. Wallboxen als auch öffentliche Ladesäulen nutzen dagegen die drei Phasen des Wechselstrom-Netzes. Dann sieht die Rechnung so aus: 3 x 230 Volt x 16 Ampere = 11.040 Watt, also 11 kW. Damit sinkt die Ladezeit auf rund 4,5 Stunden. Sie haben noch weniger Zeit? An Schnellladestationen können Sie Ihre Batterie innerhalb einer halben bis zu einer Stunde aufladen. In Zukunft soll das Schnellladen sogar nur noch ein paar Minuten dauern. 


Als Fahrer eines Elektroautos haben Sie beim Strom für Ihr Elektroauto also die Wahl. Wechselstrom ist fast überall verfügbar, erfordert aber etwas mehr Geduld beim Laden. Gleichstrom-Schnellladesäulen sind technisch aufwändiger und erfordern für den Betreiber eine hohe Investition. Sie spielen ihren Vorteil auf langen Fahrten aus, wenn Sie möglichst schnell mit dem Elektroauto weiterfahren möchte.


Was bedeuten drei Phasen?


Ein Elektroauto besitzt auch einen Wechselrichter. Hier wird aus dem Gleichstrom der Batterie Wechselstrom gemacht. Warum? Dazu müssen wir einen Blick auf die Funktionsweise des Elektromotors werfen. Ein Elektromotor besteht aus einem drehenden Rotor und einem festen Stator. Der Stator besteht aus Metallspulen, in die elektrische Energie geleitet wird, so dass ein Magnetfeld entsteht. Der Rotor ist ebenfalls magnetisch und wird vom entgegengesetzten Magnetfeld des Stators angezogen. Er dreht sich, die Kraft des Rotors wird auf die Räder übertragen. Allerdings dreht sich der Rotor nur so weit, dass sich die beiden magnetischen Pole direkt gegenüberstehen ­– also die kürzeste Entfernung aufweisen. Das genügt nicht fürs Fahren. Darum wird die Drehbewegung (360 Grad) in drei Phasen von jeweils 120 Grad unterteilt. Es gibt also drei Spulen rund um den Rotor. Die erste Spule erzeugt ein Magnetfeld und bringt den Rotor in Bewegung. Zeitversetzt baut die zweite Phase ein Magnetfeld auf und zieht den Rotor weiter bis die dritte Phase die vollständige Drehung komplettiert. Das Magnetfeld wandert im Kreis.

 

Motor oder Generator?


Im Elektroauto kann der Motor auch Strom erzeugen. Beim Ausrollen entsteht im Elektromotor Wechselstrom, der im Wechselrichter zu Gleichstrom wird und in die Batterie gelangt. Der Elektromotor ist also auch ein Generator. Schließlich ist die Funktionsweise identisch. In Kraftwerken, egal ob mit Gas, Kohle oder Wasser betrieben, drehen sich Turbinen. Sie drehen einen magnetischen Rotor. Diese Rotation induziert elektrische Energie in die Spulen des Stators. So produziert ein Generator Wechselstrom und zwar mit drei zeitversetzten Phasen.

 


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7 Kommentare
2020-10-15T15:02:33Z
Donnerstag, 15.10.2020 um 17:02 Uhr
Sehr interessanter Artikel. Speziell für jemanden wie mich, der sich erst seit kurzem mit dem Thema Elektromobilität auseinandersetzt.
2020-10-16T10:30:58Z
Freitag, 16.10.2020 um 12:30 Uhr
Zu meiner Schande muss ich gestehen, dass ich erst durch den Artikel den Namen der Band AC/DC verstanden habe. Da musste ich wohl erst 46 werden, um das zu erfahren. 😂
2020-10-16T15:11:56Z
Freitag, 16.10.2020 um 17:11 Uhr
ArNo:
Zu meiner Schande muss ich gestehen, dass ich erst durch den Artikel den Namen der Band AC/DC verstanden habe. Da musste ich wohl erst 46 werden, um das zu erfahren. 😂


wahrscheinlich genau die 5 jahre zu jung, um dieses wissen mit der muttermilch aufgesogen zu haben 😃
2020-10-26T10:13:11Z
Montag, 26.10.2020 um 11:13 Uhr
So ein toller Beitrag! Leicht und verständlich formuliert. Wieder was gelernt. 😍
2020-10-26T11:15:10Z
Montag, 26.10.2020 um 12:15 Uhr
Mark Pohlmann:
ArNo:
Zu meiner Schande muss ich gestehen, dass ich erst durch den Artikel den Namen der Band AC/DC verstanden habe. Da musste ich wohl erst 46 werden, um das zu erfahren. 😂


wahrscheinlich genau die 5 jahre zu jung, um dieses wissen mit der muttermilch aufgesogen zu haben 😃


Sollte man meinen. Aber meine Schwester ist genau 5 Jahre älter und wusste es bis gestern auch nicht. Da haben Nik Kershaw und Corey Hart wohl damals geschickt die Weiterbildung verhindert. 😄
2020-10-26T13:18:24Z
Montag, 26.10.2020 um 14:18 Uhr
Hypothetisch gesprochen, könnte man, im Falle eines Stromausfalls, über sein E-Auto und eine Wallbox dann den im Auto gespeicherten Strom ziehen?
2020-10-26T14:07:48Z
Montag, 26.10.2020 um 15:07 Uhr
Hallo Paul,
hypothetisch geantwortet: Ja. Das setzt allerdings Bi-Direktionalität voraus. Das Typ 2-Kabel als auch die Wallbox müssen Energie in beide Richtungen fließen lassen. Bislang geht das nicht. Beim japanisch-französischen Stecker-Standard CHAdeMO ist Bi-Direktionalität schon heute Realität. Es gibt diverse praktische Versuche, in denen das Auto als Puffer für Energie dient.
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