Als '''Elektroauto''' (auch '''E-Auto''', '''elektrisches Auto''', '''elektrisch betriebenes Auto''') wird im weitesten Sinne ein bezeichnet, das mindestens einen zum Antrieb nutzt. Dieser Artikel konzentriert sich auf rein batterieelektrische Autos, sogenannte '''BEV''' (englisch ''battery electric vehicle''). Andere Konzepte sind und .
Elektroautos verzeichnen seit ca. 2010 weltweit steigende Marktanteile und werden als wichtiger Beitrag zur gesehen.
Begriffe und Definitionen
In enger Auslegung, die unter anderem auch vom vertreten wird, versteht man unter Elektrofahrzeugen nur solche ?mit ausschließlich elektrischer Energiequelle?, was bei Autos nach derzeitigem Stand der Technik nur rein batterieelektrische Autos sind. Auch wurde das Starten von Benzinern durch den Anlasser anstelle des Ankurbelns sehr viel bequemer. Benzin wurde durch den Einfluss der der hauptsächliche Kraftstoff in den USA und in allen von der Standard Oil beeinflussten Ländern.
Verbreiten konnte der Elektroantrieb sich jedoch in Fahrzeugen, welche die Fahrenergie aus en beziehen (, , ) oder selbst erzeugen ().
Eine der Nischen, in der sich Kraftfahrzeuge mit Elektromotor hielten, war auch der Nahverkehr mit kleinen für die tägliche Anlieferung von Milchflaschen in und Teilen der , den ''s.'' Weitere Nischenanwendungen waren und sind elektrisch betriebene , n und e.
Die zunehmende Verkehrsdichte führte ab den 1960er Jahren .'' 5/1967, S. 157.</ref> Jahrzehntelang hatten derartige Vorstöße jedoch noch keine praktischen Auswirkungen.
Renaissance (1990?2005)
Bestrebungen, Autos mit Elektromotoren anzutreiben, wurden erst nach der durch den ausgelösten der 1990er Jahre verstärkt erwogen. Die von der ausgearbeitete und 1990 in Kalifornien als Gesetz verabschiedete Regelung, stufenweise anbieten zu müssen, zwang die Automobilindustrie zu Produktentwicklungen. In Deutschland konnten einzelne progressive Entwicklungen wie der E-Scooter ohne gesetzliche Förderung am Markt nicht bestehen.
Zunehmend wurden neue ( und später zu ) statt der bisherigen Bleiakkumulatoren verwendet. Beispiele sind der Volkswagen Golf , oder die .
Von 1996 bis 1999 baute mit dem ein Serien-Elektromobil in einer Auflage von etwa 1100 Stück. Toyota baute etwa 1500 Stück des vollelektrischen Geländewagens , Nissan etwa 220 Stück , und Honda den . Die Produktion der meisten Elektroautos wurde nach Lockerung der CARB-Gesetzgebung eingestellt und die Auslieferungen gestoppt (siehe auch '''').
In Europa wurden seit den 1990er Jahren verschiedene e produziert, wie der , das oder das Elektrofahrzeug . produzierte von 1995 bis 2005 etwa 10.000 elektrisch angetriebene Autos (, Berlingo, 106, Partner), die nur in Frankreich, den -Staaten und Großbritannien angeboten wurden.
Ab 2003 wurden vor allem von kleineren, unabhängigeren Firmen Elektroautos entwickelt oder Serienfahrzeuge umgebaut, wie die Kleinwagen oder .
Entwicklungen seit 2006
2006 wurde der Sportwagen des neu gegründeten Herstellers vorgestellt, der mit ca. 350 km Reichweite und seinen Fahrleistungen die aktuellen technischen Möglichkeiten aufzeigte. Teslas Markteintritt gilt als Katalysator für das in der Folge weltweit zunehmende Interesse für Elektroautos, da es mit dem Roadster und dem 2012 eingeführten und dem -Ladenetz bislang nicht gekannte Rekorde bezüglich Reichweite, Fahrleistungen und Ladegeschwindigkeit erzielte.
Ab 2007 kündigten viele etablierte Hersteller Neuentwicklungen an.
2009 startete der auf den Markt, der bis 2020 das weltweit meistverkaufte Elektroauto war.
Weitere wichtige Markteinführungen von Elektroautos waren 2012 die Kleinwagen . 2013 folgten unter anderem , und . Der ebenfalls 2013 eingeführte erregte Aufsehen nicht nur durch den Antrieb, sondern auch durch sein Karbonfahrgastzelle.
2014 erregte die Aufsehen, weil sie mit der Fertigung eines eigens konstruierten elektrischen Lieferwagens begann.
Seit Juli 2017 wird das produziert und seit Februar 2019 in Europa ausgeliefert.
Im September 2019 stellte auf der das Elektroauto vor. Das Unternehmen will bis 2030 die Hälfte seines Modellangebots auf batterieelektrische Autos umgestellt haben und Weltmarktführer in der Elektromobilität werden.
Fahrzeugtechnik
Allgemeine Eigenschaften
en haben im Gegensatz zu en keine Leerlauf-Mindestdrehzahl und geben aus dem Stillstand heraus über einen sehr weiten ein hohes ab. Elektroautos brauchen deshalb kein (manuelles oder automatisches) , keine und keinen zum Anfahren. Ebenso kann auf viele weitere reparaturanfällige oder wartungsintensive Komponenten verzichtet werden (siehe ). -Elektromotoren benötigen zur Umformung des in der Regel aus n bereitgestellten s eine .
Elektromotoren sind wesentlich leiser als Otto- oder Dieselmotoren, fast vibrationsfrei und emittieren keine schädlichen Abgase. Sie bestehen typischerweise aus weniger Teilen und sind bei gleicher Leistung kleiner, zudem ist ihr Wirkungsgrad mit 85?95 % deutlich höher als der eines modernen Verbrennungsmotors mit durchschnittlich 25 %. Durch die geringere von Akkumulatoren im Vergleich zu fossilen Kraftstoffen in Tanks ist die Masse von Elektroautos tendenziell höher als jene von herkömmlichen Automobilen, ihre geringer (s. ). Die Ladezeiten sind wesentlich länger als entsprechende Tankvorgänge (s. ). Heutige Elektroautos gewinnen Bremsenergie durch zurück.
Auch die Anordnung der Komponenten, das sogenannte Platznutzungskonzept, ist verändert. Beim Fahrzeugaufbau mit Verbrennungsmotor sind viele Komponenten um den Hauptantrieb herum angeordnet, während beim Elektroauto die Komponenten sehr viel dezentraler montiert werden können. Wesentliche Komponenten unterscheiden sich in ihrem Platzbedarf und ihrer Form: Der Motor und die Kühler sind beispielsweise kleiner, und das Akkusystem kann abhängig vom Fahrzeugkonzept in verschiedenen Bereichen der Karosserie platziert werden. Dadurch ergeben sich auch Vorteile:- Es ist eine strömungsgünstigere Frontpartie dank kleinerer Lufteinlässe für Kühler möglich.
- Es gibt mehr Platz für eine -freundliche Ausgestaltung des Vorderwagens (Raum für Verstrebungen und Kontakt-Platten).
- Ebenso erlaubt der geringere Platzbedarf einen größeren Lenkeinschlag und damit einen deutlich kleineren .)
- Der kann durch den schweren Akku unter dem Boden deutlich tiefer sein; hieraus ergibt sich ein besseres Fahrverhalten und mehr Sicherheit gegen Überschlag.
- Die Elektrifizierung der Servosysteme für n und erleichtert es, einen automatischen Betrieb oder Assistenzsysteme zu verwirklichen.
- Der kann bei gleicher Gesamtlänge größer ausfallen; hierdurch entsteht mehr Platz für Passagiere und ein höherer Fahrkomfort.
- Elektroantriebe benötigen keine Wartung.
Die meisten straßenzugelassenen Elektrofahrzeuge haben außer der großen Antriebsbatterie noch einen weiteren kleinen Akkumulator, meist eine 12-Volt-Bleibatterie. Er wird über die Antriebsbatterie geladen und versorgt einen Teil der Bordelektronik, vor allem die Fahrzeugbeleuchtung, speziell die Warnblinkanlage ? selbst wenn die Antriebsbatterie deaktiviert wurde (z. B. wegen Entladung oder Unfall).
Fahrzeugkonzepte
Elektroautos lassen sich nach ihrem Konstruktionsprinzip unterscheiden:- ''Neuentwickelte Elektroautos (sog. Purpose Design),'' bei denen keine konstruktiven Kompromisse bei der Umsetzung eingegangen werden müssen. Diesem technischen Vorteil steht der betriebswirtschaftliche Nachteil des hohen Einmalaufwands für die Neuentwicklung gegenüber, weshalb dieses Konzept hohe Produktionsstückzahlen erfordert. Beispiele sind u. a.der , alle , und der Sportwagen . stellen Elektroautos der Mittelklasse auf der eigens dafür entwickelten CMF-EV-Plattform her.
- ''Elektroautos als Anpassung konventioneller Autos (sog. Conversion):'' Hier werden in einem konventionellen Fahrzeug Komponenten des verbrennungsmotorischen Antriebs durch jene des elektrischen Antriebs ersetzt. Das erfordert konstruktive Kompromisse, da E-Motor und Batterie in den vorhandenen Bauraum eingepasst werden. Dem geringen Entwicklungsaufwand stehen hohe Teilekosten für die Sonderanfertigung von Antriebskomponenten gegenüber, weshalb sich dies für niedrige Produktionsstückzahlen eignet. Sowohl der Geländewagen .
- ''Elektroautos als Umrüstung von Serienfahrzeugen'' wie und ermöglichen kleinen Herstellern die Fertigung von Elektroautos. Dabei wird ein in Serie gefertigter neuer Antriebsstrang eingebaut, oder der Elektromotor wird an das serienmäßige Schaltgetriebe angeflanscht. Fahrleistungen, Reichweite und Verbrauch ähneln jenen aus Anpassungen von konventionellen Serienautos großer Hersteller. Höheren Fertigungskosten durch Kleinserienfertigung stehen flexible Anpassungsmöglichkeiten an Kundenwünsche und die Nutzung von nicht als Elektroversion erhältlichen oder Gebrauchtfahrzeugen als Basis gegenüber.
Antrieb
Elektromotoren laufen im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren mit sehr hohen Drehmomenten an. Der Fahrtregler, eine -Baugruppe, steuert den Antrieb. Die Elektromotoren können auf verschiedene Arten mit den Rädern mechanisch gekoppelt sein, zumeist über Untersetzungsgetriebe und n, im Rad integriert als oder z. B. bei Umrüstungen auch über das vorhandene .
Aufgrund des großen nutzbaren Drehzahlbereiches von Elektromotoren werden bei E-Fahrzeugen keine oder lösbaren en benötigt, jedoch sind in der Regel sgetriebe eingebaut. Elektromotoren können in beiden Richtungen laufen und benötigen daher auch keinen gesonderten Rückwärts-Getriebegang. Es sind jedoch unter Last schaltbare Zweiganggetriebe erhältlich, insbesondere für Fahrzeuge mittleren und größeren Gewichts. Bis zu fünf Prozent an Reichweite sollen damit herausgeholt werden können. Solche Zweiganggetriebe sind etwa, wenn der Hersteller unterschiedliche Motorleistungen alternativ für ein Fahrzeugmodell anbietet, in gewissen Auf- und Abstufungen skalierbar. Bei mehreren Antriebsmotoren (zum Beispiel je einer für Vorder- und Hinterachse) können die E-Motoren auch für verschiedene Geschwindigkeitsbereiche optimiert werden.
Elektromotoren sind einfacher und mit erheblich weniger beweglichen Teilen aufgebaut als Verbrennungsmotoren. Sie werden meist , gelegentlich auch .
Als Antrieb für Elektroautos kommen verschiedene Motortypen in Frage: Um die Vorteile permanenterregter und fremderregter Synchronmotoren zu vereinen, werden Kombinationen aus beiden eingesetzt. Hier verstärkt eine Feldspule das (schwächere) Dauermagnetfeld beim Anfahren.
Asynchronmotor
Die mit Kurzschlussläufer kann für Elektroautos benutzt werden und bietet einen großen Drehzahlbereich und gleichzeitig hohes Anfahrmoment, wenn ein vektorgesteuerter vorgeschaltet ist. Es kann ein relativ hoher Wirkungsgrad erzielt werden.
Asynchronmotoren sind billiger herzustellen als permanenterregte Synchronmotoren und haben im Gegensatz zu diesen kein Bremsmoment, wenn sie leerlaufen, haben einen runden Drehmomentverlauf und neigen weniger zu Pendelschwingungen, haben jedoch einen geringeren Wirkungsgrad als diese. Auch Asynchronmotoren können mittels Vierquadranten-Wechselrichtern rekuperieren. Einige Elektroautos haben eine gemischte Bestückung aus einem Asynchron- und einem Synchronmotor. BMW hat im i3 daher eine Hybridvariante aus permanenterregtem Synchronmotor und Reluktanzmotor eingesetzt. Reluktanzmotoren spielen im Elektroauto-Antrieb eine geringe Rolle, weil sie vergleichsweise groß und aufgrund des prinzipiell unrunden Drehmomentes laut sind. Sie haben jedoch den Vorteil, dass sie im Leerlauf kein Bremsmoment verursachen.
Weitere Motorkonzepte
Als weitere Alternative wurde ein hochdrehzahliger Asynchronmaschinenantrieb mit nachgeschaltetem diskutiert. Bei letzterem Konzept ist das System leichter als ein Synchronantrieb. Dafür ist der elektrisch-mechanische Wirkungsgrad etwas schlechter.
In Teilen der Literatur wird der Axialflussmotor als sehr vorteilhaft für Elektroautos beschrieben. Sie sind sehr kompakt mit hohem Leistungsgewicht und einem drehzahlunabhängig hohen Wirkungsgrad. Bislang kamen sie jedoch nur in Prototypen zum Einsatz (z. B. Renovo Coupe). kündigte im August 2021 die Entwicklung von Hochleistungs-Axialflussmotoren für Elektroautos an.
Bauform Radnabenmotor
Eine Bauform für den Antrieb ist der Radnabenmotor. Dabei ist der Motor direkt im Rad, in der Regel innerhalb der Felge, untergebracht. Bei dieser Art des Antriebes entfallen die und die Verteilergetriebe hin zu den Rädern, was den Aufbau vereinfacht und Freiheiten für die Gestaltung in der Bodengruppe schafft. Jedoch muss der Bauraum zumeist mit der Bremse geteilt werden und es wird eine höhere in Kauf genommen. Die Motoren sind außerdem stärker den Umwelteinflüssen ausgesetzt. Radnabenmotoren gibt es oft an Fahrzeugen mit geringen Anforderungen an die , zum Beispiel an Elektrofahrrädern, Elektromotorrollern und Nutzfahrzeugen. In Serien-Pkw konnten sie sich bisher nicht etablieren; sie sind aber Gegenstand von .
Rekuperationsbremse
en eignen sich im Generatorbetrieb zur Rückwandlung der kinetischen Energie (Bewegungsenergie) in elektrische Energie (). Beim Abbremsen und Bergabfahren wird zwischen 60 % und 65 % der Bremsenergie in den Akkumulator zurückgegeben, die ansonsten über mechanische Bremsen oder die Motorbremse in Verlustwärme umgewandelt würde. Im Langstreckenverkehr ist der Einsparungseffekt geringer als im Stadt- und Kurzstreckenverkehr, da im Verhältnis weniger Bremsvorgänge stattfinden. Bei ausgekühlten Batterien, die noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben, funktioniert auch die Rekuperation weniger effektiv.
Bei starkem Bremsen kann die maximale Generatorleistung der Motoren überschritten werden; es kann dann nur ein Teil der Bremsleistung in elektrische Leistung umgesetzt werden. Weitere Verluste entstehen infolge der bei hohen Strömen signifikanten Widerstandsverluste in Generator, Ladeelektronik und Akkumulator.
Mit Rekuperation kann der innerstädtische Energieverbrauch um bis zu 30 % gesenkt werden. Dieser Wert wird auch bei erzielt.
Die Batterielebensdauer wird durch die Rekuperation nicht beeinträchtigt; es ist im Gegenteil aufgrund der Batterieschonung mit einer leichten Verbesserung zu rechnen.
Die Rekuperation hat zur Einführung eines neuen Pedalsystems bei einigen Elektroautos geführt, dem . Hierbei wird mit demselben Pedal beschleunigt und gebremst.
Hybrid-Elektrofahrzeuge verwenden auch en als Energiespeicher, um trotz kleinerer Batterien höhere Leistungen verarbeiten zu können. So können im Stadtverkehr Rückspeisegrade von über 40 % erreichbar sein.
Verbrauch und Wirkungsgrad
Verbrauch und Wirkungsgrad betrachtet den Energieumsatz innerhalb des Fahrzeugs (zum Beispiel ab Tankstelle beziehungsweise Steckdose ? ). Weitergehende Betrachtungen über die Stromerzeugung und eingesetzte Primärenergie () erfolgt unter dem Oberbegriff Umweltbilanz (siehe Absatz ).
Der Verbrauch, um alle Arten von Pkw zu vergleichen, wurde bis August 2017 in Europa nach dem -Norm für Hybridfahrzeuge von 18,1 kWh/100 km an. Die Normwerte unterliegen den gleichen Abweichungen gegenüber realen Verbräuchen, wie auch bei Verbrennungskraftfahrzeugen.
In Europa wurde mit dem 1. September 2017 das neue Testverfahren / für die Typprüfung neuer Modelle und neuer Motorvarianten und ab 1. September 2018 für neu zugelassene Fahrzeuge verbindlich eingeführt.
Über den Gesamtwirkungsgrad eines Automobils entscheidet die Effizienz der im Fahrzeug erfolgten Energieumwandlungen und die Effizienz der Übertragung der mechanischen Energie bis zur Straße.
Elektromotoren haben sehr viel höhere Wirkungsgrade als Verbrennungsmotoren, die zugehörige Elektronik zum Laden und Fahren hat gleichfalls Wirkungsgrade von beispielsweise über 90 %. en erreichen Lade-/Entladewirkungsgrade von etwa 90 bis 98 %. Das kann entfallen. Leerlaufverluste entfallen ebenfalls. Damit erreichen Elektroautos einen viel höheren Wirkungsgrad als Autos mit Verbrennungsmotor. Die Rekuperation ermöglicht die Rückführung der bei Verbrennern in Hitze umgewandelten Bremsenergie in den Akku, was sich besonders im Stadtverkehr und auf Bergstrecken positiv auf den Gesamtwirkungsgrad auswirkt.
Der Wirkungsgrad von Ottomotoren beträgt maximal 35 %, der von Pkw-Dieselmotoren maximal 45 %. Diese Eigenschaft wirkt sich insbesondere im Teillastbetrieb aus, bei dem der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren stark abfällt. Hier ist der Wirkungsgradunterschied im Vergleich zum Elektroantrieb besonders hoch. Da Automobile im Stadtverkehr fast immer im betrieb fahren, ist der Elektroantrieb hier nochmals deutlich effizienter. Auch verbraucht ein Elektromotor im Gegensatz zum Verbrennungsmotor im Leerlauf und bei Stillstand keine Energie.
Demgegenüber erfordern Elektroautos eine Heizung bei kalter Witterung, die direkt aus dem Akkumulator stammt. In einer Simulation wurde hierfür ein Leistungsbedarf von ca. 4 kW ermittelt. Hingegen liefert ein Verbrennungsmotor stets mehr Abwärme, als zum Heizen der Fahrzeugkabine benötigt wird.
Die Kühlung () ist hingegen beim Elektroauto effizienter als beim Auto mit Verbrennungsmotor, denn die wird elektrisch betrieben und die Antriebsenergie muss nicht an Bord mit einem Verbrennungsmotor erzeugt werden.
Nach hat ein Benzinfahrzeug einen durchschnittlichen Tank-to-Wheel-Wirkungsgrad von 20 %, womit bei einem Verbrauch von 6 Litern pro 100 km 52,6 kWh Energie aufgewendet werden müssen; die mechanische Nutzenergie beträgt dabei 10,5 kWh. Ein Elektrofahrzeug weist dagegen einen Wirkungsgrad von ca. 65 % auf, was einen Energiebedarf von 16 kWh/100 km ergibt. Andere Quellen geben etwa 70 bis 80 % an.
Energiespeicher
Zentraler Punkt in der Entwicklung von Elektroautos ist der , 230 kg; Stand 2017). Elektroauto-Akkus wiegen abhängig vom konkreten Modell üblicherweise zwischen 300 und 750 Kilogramm. Als ungefähre Faustrechenformel gilt, dass Elektroautos pro 100 Kilometer ca. 15 Kilowattstunden elektrischer Energie benötigen. Der hierfür nötige Akku wiegt ca. 150 kg.
Die ) zu einer Dynamisierung der Elektroauto-Entwicklung auf Seiten der Hersteller.
Speicherarten
In der Vergangenheit nutzten die meisten Elektroautos Akkumulatortypen wie oder s, die lediglich für einen Betrieb von etwa einer Stunde mit Höchstgeschwindigkeit reichten oder mit denen mit einer Ladung 40 bis 130 Kilometer zurückgelegt werden konnten. Bleiakkumulatoren, besonders wenn sie auf hohe Zyklenfestigkeit ausgelegt sind, haben eine geringe Energiedichte ? sie sind sehr schwer für den gebotenen Energieinhalt. Auch begrenzt die häufig geringere Zyklenfestigkeit und Lebensdauer ihren Einsatz, sodass sie bei neueren Entwicklungen praktisch nicht mehr eingesetzt werden. Sie werden nach wie vor in kleineren Elektrofahrzeugen und in der Industrie verwendet, etwa in en ().
Reichweiten von 300 km bis 500 km und mehr sind mit Akkumulatoren auf Lithiumbasis (zum Beispiel , und en) möglich und werden auch realisiert (etwa bei , , , ). Diese Akkumulatorentypen haben eine vergleichsweise hohe gewichtsbezogene Energiedichte. Auch s werden eingesetzt, beispielsweise die . Bei einigen Fahrzeugen, die zuvor Blei- oder Nickel-Cadmium-Akkumulatoren fuhren, wurden diese gegen Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgetauscht. So konnte ein Vielfaches der ursprünglichen Reichweite erzielt werden.
Bei NiCd-, NiMH- und Bleiakkusätzen müssen nur Teilblöcke aus mehreren Zellen überwacht werden. Lithium-Akkumulatoren brauchen komplexe elektronische e (BMS), Schutzschaltungen und , weil sie bei Überladung und Tiefentladung schnell ausfallen. Damit beim Defekt einer einzelnen Zelle nicht das gesamte Akkusystem erneuert werden muss, kann dieses für den Einzelzellentausch ausgelegt sein.
Es gab ab 2008 Versuche, (Superkondensatoren) und Akkumulatoren zu kombinieren. Der Doppelschicht-Kondensator übernimmt hierbei die Spitzenlast, um mit ihrer hohen spezifischen Leistung schnell verfügbare Energie zu speichern, um Batterien innerhalb sicherer Widerstandserwärmungsgrenzen zu halten und die Batterielebensdauer zu verlängern.
Batteriekapazität
Der Energieinhalt einer wird heute praktisch ausschließlich in (kWh) angegeben. Es lassen sich zwei gegenläufige Strategien für die Akkumulatorengröße ausmachen:- Steigerung der Akkumulatorengröße: Dadurch wird eine sehr große Reichweite ohne Zwischenaufladung möglich und die Lebensdauer der Batterie verlängert sich. Der Akku wird sowohl hinsichtlich Kapazität (Entladetiefe) als auch hinsichtlich maximaler Leistungsentnahme möglicherweise weniger belastet und kann Zyklenzahlen erreichen, die die Lebensdauer des gesamten Fahrzeugs weit übertreffen. Hingegen steigen Fahrzeugmasse und Investitionskosten stark an. Große Akkus für Elektroautos speichern 2018 eine Energie um die 100 kWh, was bei einem Fahrzeug-Verbrauch von 15 kWh bis 25 kWh pro 100 km für bis über 600 km Reichweite ausreicht.
- Nutzung einer vergleichsweise geringen Akkugröße: Vorteile sind geringere Anschaffungskosten und eine geringere Fahrzeugmasse. Dieses Konzept setzt jedoch eine engmaschige leistungsfähige Ladeinfrastruktur zum Beispiel auf Parkplätzen voraus (siehe ). Die Akkus selbst werden im Betrieb und beim Laden tendenziell stärker belastet und altern somit schneller. Beispiele hierfür sind der , , .
Temperaturabhängigkeit
Allen Akkusystemen ist gemein, dass sich bei tieferen Temperaturen (unterhalb ca. 10 °C) die Leistungsabgabe verringert, da die Beweglichkeit der Ladungsträger abnimmt. Einige Akkumulatorensysteme (NiMh, Lithium-Polymer) können unterhalb von ca. ?20 °C einfrieren. Die entnehmbare Kapazität wird von der Temperatur jedoch kaum beeinflusst, wenn die geringere Strombelastbarkeit technisch berücksichtigt wird, indem das BMS die Leistungsabgabe und den Motorstrom begrenzt. Durch die inneren Verluste erwärmt sich die Antriebsbatterie im Betrieb. Hohe Temperaturen hingegen (oberhalb ca. 30 °C) begünstigen durch die Beweglichkeit der Ladungsträger zwar die Leistungsabgabe, sind aber ungünstig für die inneren Verluste und die kalendarische Alterung. Um derartige Einschränkungen zu vermeiden, temperieren einige Hersteller ihre Akkusysteme. Dies kann eine Heizung für kalte Jahreszeiten beinhalten, aber auch eine Kühlung. Oft kommen elektrische Heizmatten und en zum Einsatz. Einige Hersteller nutzen auch Flüssigkeiten als Heiz- bzw. Kühlmedium.
Eine Ausnahme sind Hochtemperatursysteme (zum Beispiel ), die zwar von äußeren Temperaturen unabhängig sind, jedoch zusätzlich Energie für ihre Temperaturerhaltung benötigen.
Batterie-Lebensdauer
Grundsätzlich werden bei der Alterung zwei verschiedene Aspekte unterschieden. Die kalendarische Alterung beschreibt die (Degradation) auch ohne Nutzung, beschleunigt oft durch ungünstige Temperaturen. Die Zyklenhaltbarkeit hingegen ist abhängig von der Anzahl der Lade- und Entladezyklen bis zum Eintreten einer definierten Kapazitätsverringerung gegenüber der Ausgangskapazität. Auch und Ladestromstärken und natürlich der Akkutyp selbst sind Einflussgrößen.
Mit Stand 2019 erreichen Batteriepacks von E-Autos mindestens 1500 bis 3000 Ladezyklen, bis die Ladekapazität auf 80 % abgefallen ist. Damit kommt ein E-Auto mit 450 km Reichweite selbst unter konservativen Annahmen mindestens 450.000 km weit, bis die Batterie getauscht werden muss, im optimistischen Fall sind sogar 1,35 Mio. km möglich. Eine weitere Erhöhung der Zyklenzahl wird erwartet. Aktuelle en sind schnellladefähig ausgelegt. Dabei ist eine Aufladung mit Ladeströmen über 1 gemeint, was Ladezeiten von weniger als einer Stunde erlaubt.
en erreichen nach Herstellerangaben mehr als 5000 Zyklen bei jeweiliger von 70 %.
Eine Studie aus dem Jahr 2013
Bezüglich der Akku-Haltbarkeit geben viele Hersteller eine Garantie, die typischerweise eine Restkapazität von mindestens 70 % des Nennwerts für acht Jahre und eine Laufleistung von 160.000 km zusichert.
- Sofern es zu einem Batteriebrand kommt, wird wesentlich mehr benötigt.
- Ein Lithium-Ionen-Akkumulator ? welcher z. B. bei einem Unfall beschädigt wurde ? kann eine schleichende chemische Reaktion in Gang setzen, durch die ein Batteriebrand eventuell erst mit Verzögerung ausbrechen kann. Auch extra für brennende Elektroautos entwickelte Löschlanzen sollen die Effizienz beim Löschen von Elektroautos erhöhen.
- Wenn Löschwasser und Kühlwasser mit dem Batterieinneren in Kontakt treten, werden diese besonders stark belastet und bedürfen einer speziellen Aufbereitung, bevor diese in die Kanalisation gelangen.
- Es besteht für Rettungskräfte die Gefahr von Stromschlägen durch den Kontakt mit Hochvoltkomponenten, die aber von der DGUV als ?konstruktionsbedingt unwahrscheinlich? angesehen wird. Als Lösung wurden zum Beispiel in Baden-Württemberg spezielle Hochspannungs-Schutzhandschuhe für Einsatzkräfte beschafft.
- Wie bei allen Fahrzeugbränden besteht auch bei Elektroautos eine Gesundheitsgefahr durch austretende e empfohlen oder vorgeschrieben.
Einige typische Herausforderungen beim Brand von Verbrennerfahrzeugen fallen hingegen bei Elektroautos geringer aus oder entfallen ganz:
- So kommt es bei Bränden von Batterien in Elektroautos zu vergleichsweise geringer bildung.
- Die Brandtemperaturen und die sind geringer.
- Die Gefahr einer Brandausbreitung durch brennend wegfließende Betriebsstoffe entfällt.
Umrüstung von Verbrennungsmotor-Serienfahrzeugen
Einige Umrüster bieten den Umbau von Verbrennungsmotorantrieben zu Elektroantrieben an. Häufig wird nur der Verbrennungsmotor gegen einen Elektromotor getauscht und das Schaltgetriebe im Fahrzeug belassen. Dies ist weniger technisch unbedingt notwendig, sondern hat zumeist zulassungsrechtliche Gründe. Wird das Getriebe ebenfalls getauscht, so muss das gesamte Fahrzeug neu zugelassen werden, was erheblichen Aufwand nach sich zieht und für geringe Stückzahlen nicht wirtschaftlich ist. In Deutschland beschäftigen sich beispielsweise und die mit Umrüstungen oder der Nutzung von Serienfahrzeugen als Basismodell. Ebenso existiert eine - beziehungsweise -Community zur anteiligen Umrüstung als .
Angesichts der vorangehend angedeuteten konstruktiven Randbedingungen ist die Umrüstung eines herkömmlichen Automobils zum Elektroauto jedoch im Hinblick (Umbaukosten) nur bedingt abhängig von weiteren Umständen (Ladeinfrastruktur, Fahrzeugverfügbarkeit etc.) sinnvoll. Die Nutzung von Gebrauchtfahrzeugen kann die Kosten deutlich senken.
Internationale Normierung und Fahrzeugstandards
Durch einheitliche Vorschriften soll die internationale Wettbewerbsfähigkeit und damit auch die Wirtschaftlichkeit und Verbreitung von Elektrofahrzeugen erhöht werden. Die EU, die USA und Japan haben daher ihre Pläne für eine internationale Übereinkunft am 17. November 2011 in Brüssel vorgestellt und wollen nun auch andere Länder für das Projekt gewinnen. Konkret sollen zwei informelle Arbeitsgruppen für Elektrofahrzeuge im Rahmen des Übereinkommens über globale technische Regelungen von 1998 eingerichtet werden, die sich jeweils mit Sicherheits- und Umweltaspekten der Fahrzeuge befassen und internationale Regelungsansätze austauschen und ausarbeiten sollen.
Die deutsche hat eine umfangreiche Roadmap für die anstehenden Normierungen im Elektrofahrzeugbereich ausgearbeitet.
Ladetechnik und Ladeinfrastruktur
Ladestecker
Das Laden der Antriebsbatterie erfolgt bei europäischen Elektroautos typischerweise über den -Stecker bzw. beim Schnellladen per Gleichstromladen über den -Stecker.- Der Typ-2-Stecker (?Mennekes?-Stecker) wird in Europa bei en und öffentlichen Wechselstrom- genutzt und unterstützt das Laden von bis zu 43 kW. Der Typ-2-Stecker passt in die CCS-Buchse von europäischen Autos.
- Der CCS-Stecker (Combo 2) erweitert den Typ-2-Stecker um zwei große leistungsfähige Steckkontakte für Gleichstrom. Es wird an Schnellladestationen genutzt und ermöglicht eine derzeit Ladeleistung von bis zu 350 kW (Stand März 2023). Damit lädt man 100 km Reichweite in einer Stunde.
Ladestationen für daheim laden typischerweise mit etwa 11 kW Leistung, was in etwa der Leistung eines Herdanschlusses entspricht. Damit lädt man 100 km Reichweite in etwa 2 Stunden.
Grundsätzlich ist das Aufladen auch an einer Haushaltssteckdose möglich. Diese sind überall verfügbar, dafür sind jedoch nur Ladeleistungen von 3,5 kW möglich, womit binnen 7-10 Stunden Ladedauer etwa 150 bis 200 km Reichweite erzielt werden können.
Induktives Laden und Oberleitungen
Ein berührungsloses (ohne offene Kontakte), jedoch kabelgebundenes induktives Ladesteckersystem war bereits in den 1990er Jahren beim realisiert worden.
Eine Vision ist, das Ladesystem für Elektroautos in die Fahrbahn einzubauen. Während der Fahrt oder beim Parken kann dann mittels in der Praxis erprobt.
Bei Versuchen mit Kondensatorspeichern in Shanghai wurden kurze Oberleitungsstücke an den Haltestellen installiert, die vom Bus mit ausfahrbaren Bügeln erreicht werden. Ein ganz ähnliches Prinzip gab es in den 1950ern bereits mit den sen, jedoch wurde dort die Energie in Schwungrädern gespeichert. Gerade beim mit festen Haltestellen bietet dieses Verfahren der kurzen Zwischenladungen gut planbar die Möglichkeit, die notwendige Akkukapazität und damit die Fahrzeugkosten deutlich zu verringern, ohne die Autonomie der Fahrzeuge zu stark zu beschränken.
sen sind im städtischen Personennahverkehr nicht unbekannt. In neuerer Zeit gibt es Vorschläge, derartige Systeme z. B. für Lastkraftwagen auf den Lastspuren auf Autobahnen einzusetzen.
Umweltbilanz
Neben der am meist diskutierten spielen auch die Feinstaub-, Stickoxid- und Lärmbelastung eine Rolle. Dabei unterscheidet man zwischen der direkten Belastung bei der Fahrzeugnutzung und der indirekten Belastung bei der Herstellung des Fahrzeuges sowie der Bereitstellung der Ressourcen beim Verbrauch über den gesamten Lebenszyklus (wie z. B. dem Strom). Neben den absoluten Zahlen spielt vor allem der Vergleich zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor eine politisch tragende Rolle.
CO2-Bilanz
CO2-Emissionen entstehen beim Elektroauto nicht im Auto selbst, sondern bei der Stromerzeugung sowie bei der Herstellung des Fahrzeugs und insbesondere des Akkus. Die Umweltbilanz von Automobilen wird oft nur auf den direkten Energie- bzw. Kraftstoffverbrauch ( = vom Tank zum Rad) und Emissionen von Schadstoffen oder klimaschädigenden Gasen bezogen. Weiter greift eine -Analyse (von der Quelle zum Rad), die auch Wirkungsgrade und Emissionen für die Bereitstellung der Energie enthält. Umfassendere Vergleiche setzen auf eine ''(life cycle assessment, ?LCA?).'' Teil dieser Bilanz sind u. a. auch der Herstellungs- und Entsorgungsaufwand für das Fahrzeug, die Bereitstellung der Antriebsenergie und Lärmemissionen.
Das errechnete 2021 für ein mit 100 % Ökostrom geladenes Elektroauto der Kompaktklasse Gesamttreibhausgasemissionen von 80 g pro Kilometer. Darin enthalten sind sowohl die vor- und nachgelagerten (bzw. indirekten) Emissionen bei der Herstellung des Fahrzeugs und des Energieträgers als auch die direkten Emissionen aus dem Fahrbetrieb. Gegenüber rein fossil angetriebenen PKW, bedeutet das eine Reduzierung an Treibhausgasen von 67?79 %. Zum Vergleich benötigt ein bei mittlerer Auslastung und derzeitigem Gesamttreibhausgasemissionen von 40 g pro Kilometer und Reisendem.
Beispiele für Berechnung
Laut einer Studie der Technischen Universität Eindhoven verursacht ein E-Auto ca. 65 % weniger CO2 als ein vergleichbares Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Ein hat gegenüber einem seinen durch die Batterieproduktion bedingten CO2-?Rucksack? bereits nach 30.000 km egalisiert.
Nach einer 2019 erstellten und 2020 aktualisierten Studie des erzeugt ein 2020 in Verkehr gebrachtes Elektroauto mit 48 kWh Akkukapazität gegenüber einem Benziner nach 12 Jahren und 150.000 km etwa 30 Prozent weniger Klimagase über die gesamte Lebensdauer inklusive Herstellung. Gegenüber einem vergleichbaren Diesel sind es etwa 23 Prozent weniger.
Elektroautos inkl. Batterie schneiden bei einer Betrachtung des gesamten sowohl beim als auch beim ausstoß besser ab als Fahrzeuge mit .
2020 erschien in der Fachzeitschrift eine Studie, die die CO2-Bilanz von E-Autos über den (d. h. Herstellung, Betrieb und Recycling) sowohl für das Jahr 2015 als auch die Zukunft analysierte. Die Autoren studierten dabei zunächst die Bilanz im weltweiten Durchschnitt und teilten die Welt schließlich in 59 Regionen auf, die sie dann einzeln analysierten, um regionale Unterschiede zu erkennen. Dabei kamen sie zum Ergebnis, dass bereits im Jahr 2015 die Nutzung eines durchschnittlichen E-Autos verglichen mit einem durchschnittlichen fossil angetriebenen Auto deutlich weniger Kohlendioxid produziert hätte. Demnach waren E-Autos immer dann klimafreundlicher als Verbrenner, wenn Strom getankt wurde, bei dessen Produktion weniger als 1100 g CO2/kWh anfiel. Mehr als 90 % der Weltstromerzeugung liegen unter diesem Emissionslevel. Insgesamt kamen die Autoren zu dem Ergebnis, dass E-Autos bereits 2015 in 53 der 59 Regionen weltweit mit zusammen 95 % des Straßenverkehrsaufkommens klimafreundlicher als Verbrenner gewesen seien. Im Durchschnitt lagen die Emissionen von E-Autos um 31 % unter denen von Verbrennern. Wenige Ausnahmen seien Länder wie oder , wo die Stromerzeugung vor allem auf der Verbrennung von emissionsintensiven fossilen Brennstoffen wie oder beruht. Zudem werde sich der Klimavorteil von E-Autos in der Zukunft mit dem erwarteten Rückgang der Emissionen der Stromerzeugung noch weiter verbessern, sodass zukünftig auch die ineffizientesten E-Autos eine bessere Klimabilanz aufweisen würden als die effizientesten Verbrenner. Insgesamt würde der Umstieg auf E-Autos in den meisten Regionen weltweit fast sicher die Treibhausgasemissione reduzieren, sogar unter der Annahme, dass diese Elektrifizierung des Verkehrs nicht gleichzeitig von einer der Stromerzeugung begleitet würde.
Mercedes-Benz vergleicht in seiner 2014 veröffentlichten ?Life cycle?-Umweltzertifikatsdokumentation
Volkswagen vergleicht in einer Studie die CO2-Bilanz des Golf mit Benzin-, Diesel-, Erdgas- und Elektroantrieb unter Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus (u. a. 200.000km, Primärenergiefaktoren, Deutscher Strommix, Herstellung Auto & Akku). Dabei kommt der E-Golf auf 120 g/km, der Diesel auf 140 g/km (Erdgasantrieb: 151 g/km; Benzin: 173 g/km). Durch die voranschreitende Energiewende in Deutschland extrapoliert die Studie für 2030 eine CO2-Bilanz von 95 g/km für das Elektrofahrzeug und 114 g/km für den Diesel, womit der Golf Diesel 20 % mehr CO2 verursacht als der vergleichbare E-Golf. Unberücksichtigt bleibt in der Studie jedoch aufgrund fehlender belastbarer Daten ein mögliches ?second life? der Batterie bzw. ggf. des Recyclings jener.
Elektrofahrzeuge verlagern je nach einsatz für ihren Betrieb vom Fahrzeug weg zu den Orten, an denen der Strom für ihren Betrieb produziert wird. Diese lassen sich reduzieren, wenn emissionsfreie Primärenergien beispielsweise aus eingesetzt werden. Bei Verbrennungsmotoren fallen nach einer Shell-Studie 15?20 % der CO2-Emission im Bereich Herstellung und Bereitstellung von Kraftstoffen an.
Bewertung nach ?Grenzstrom? oder ?Durchschnittsstrom?
Die überwiegende Zahl der Publikationen setzt für die Emissionen der Stromerzeugung den ?Durchschnittsstrom? an, der das Verhältnis wiedergibt, in welchem Maße die verschiedenen Energieträger in der betrachteten Region und dem betrachteten Zeitraum zur Stromerzeugung beitragen. Diese Werte sind in der Regel leicht verfügbar und einfach zu berechnen und gelten als Standard in der Ökobilanzierung.
- Der lasse keine Ausweitung der Verstromung von fossilen Energieträgern zu, ohne dass die Industrie zusätzliche Einsparungen im gleichen Umfang erziele. Der Kohleausstieg sei in Deutschland politisch beschlossen und würde durch mehr Elektroautos nicht verzögert, sondern diese erhöhten nur den Druck und die finanziellen Anreize zum beschleunigten Ausbau erneuerbarer Energien.
- Man könne aus demselben Grund auch nicht mit Dekarbonisierung von Verkehr und Wärmeerzeugung bis zum Abschluss der Energiewende warten; ohne einen Hochlauf der Stromnachfrage entstehe ein . Die Dekarbonisierung muss daher zeitgleich mit der Umstellung der Energiequellen vorangetrieben werden.
- Die Annahme, dass zusätzlicher Strombedarf nur mit der jeweils umweltfeindlichsten Technologie (zzt. Braunkohle) gedeckt würde, entspreche nicht der Realität. Wann welche klimaschädlichen Energiequellen reduziert werden, messe sich auch an Kriterien wie Wirtschaftlichkeit, politischer Willensbildung und Versorgungssicherheit.
- Zudem können Elektroautos durch ihre Stromspeicher und die gesteuerte, insbesondere auch bidirektionale, Beladung dazu dienen, die stark schwankend produzierten Energiequellen Photovoltaik und Windkraft besser auszunutzen. Dies sei mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien unverzichtbar, um fossile Energieträger zu verdrängen.
- Des Weiteren müsste man bei einer Grenzbetrachtung für die Stromerzeugung dann auch auf Verbrennerseite die Ölproduktion für fossile Kraftstoffe mit den jeweils klimafeindlichsten Verfahren bewerten. So führe Öl aus .
- Die Grenzstromemissionen ließen sich auch nicht klar einem Verursacher zuordnen. Es sei willkürlich, diese nur der Elektromobilität zuzuordnen und nicht zum Beispiel der Erdölindustrie. Man könne im Prinzip für jeden Stromverbraucher mit nicht-elektrischen Alternativen (zum Beispiel Gasherde statt E-Herde, fossile Heizungen statt Wärmepumpen) so argumentieren, und ihm den Grenzstrom zuordnen.
Akkumulator-Recycling
Bei der Herstellung der Akkumulatoren entsteht .
Nach einer Studie des Instituts für Energie- und Umwelttechnik schlägt sich in der Ökobilanz des Elektrofahrzeugs zu knapp einem Drittel der Materialbedarf für die Batterien nieder.
Das Recycling von ausgedienten eingesetzt. Die Produktionsverfahren der Automobilhersteller mit ihrem Kostensenkungspotential können so auch andere Bereiche der Energiewirtschaft beeinflussen.
In einer Studie für die Europäische Umweltagentur aus dem Jahr 2016 geben das und das Forschungsunternehmen Transport & Mobility Leuven an, dass zur Herstellung eines Elektroautos 70 Prozent mehr Energie verbraucht wird als bei der Herstellung eines konventionellen Fahrzeugs, während der Energiebedarf im Betrieb viel geringer sei.
Beim Recycling der Auto-Akkus gibt es unterschiedliche Ansätze wie das Einschmelzen oder das mechanische Aufbereiten. Bei letzterem Verfahren sei aktuell eine stoffliche Recycling-Quote von über 90 % möglich, wobei dadurch der CO2-Fußabdruck der Herstellung um bis zu 40 % reduziert werden könne.
Die Verwertung von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) aus Altfahrzeugen wird innerhalb der durch die Richtlinien 2000 / 53 / EC und 2006 / 66 / EC geregelt. Erstere befasst sich mit der Verwertung von Fahrzeugen am Ende ihres Lebenszyklus. Für Teile mit erhöhtem Gefährdungspotenzial wie der Batterie eines E-Fahrzeugs ist der Ausbau und eine getrennte Handhabung vorgeschrieben. Diese wird in der Batterierichtlinie 2006 / 66 / EC reglementiert, welche eine erweiterte Herstellerhaftung für Batterieproduzenten vorsieht. Diese müssen für alle Kosten des Sammel-, Aufbereitungs- und Recyclingsystems aufkommen. Fahrzeugbatterien werden darin als Industriebatterien geführt. In Bezug auf das Recyclingverfahren fallen LIB unter die Kategorie ?sonstige Batterien?, für die lediglich ein Recyclinganteil von 50 % des durchschnittlichen Gewichts gilt.
Für das Recycling beschädigter E-Auto-Akkus, beispielsweise hervorgerufen durch Verkehrsunfälle, fehlen hingegen noch technisch und rechtlich klare Vorgaben.
In einer Studie des aus dem Jahre 2020 wird der voraussichtliche Ertrag bei der Demontage auf 210 bis 240 Euro pro Tonne Batterien geschätzt. Die Hälfte des Ertrags entfalle auf Aluminium, ein Viertel auf Stahl und ein weiteres Viertel auf Kupfer. Das eigentliche Zellrecycling sei jedoch deutlich komplexer und es waren hierfür noch keine genauen Zahlen verfügbar. Zusätzlich werde das Problem erschwert durch die unterschiedlichen Bauweisen der Batterien. Ebenso unsicher sei die Umweltbewertung des Recyclingprozesses, lediglich Labordaten sprächen für eine Treibhausgasreduzierung.
Anlagen in Europa
Die Anlage des Unternehmens in kann 10.000 Tonnen pro Jahr sämtlicher Arten von Lithium-Ionen-Batterien verarbeiten.
Direkte Fahrzeugemissionen
Reine Elektroautos sind . Sie stoßen keine Abgase aus und werden dadurch in der jeweils höchsten eingeordnet. Diese Bewertung vergleicht die Fahrzeuge nur abhängig vom Gewicht und den Emissionen im laufenden Betrieb. zu Grunde, so kommt man bei Ottomotoren auf einen Primärenergiefaktor von 3,58 bei einer Betrachtung von . Dieselmotoren schneiden dabei mit einem Primärenergiefaktor von 2,97 (PKW) bzw. 2,71 (NFZ) etwas besser, aber immer noch schlechter als Elektrofahrzeuge ab.
Vergleich Brennstoffzellenfahrzeug
Auch e besitzen einen geringeren Gesamtwirkungsgrad als reine Elektrofahrzeuge. Diese benötigen zum Beispiel zusätzlich einen . Die Gewinnung des Wasserstoffes und die Speicherung (bis 700 bar Kompression oder Verflüssigung bis ca. ?253 °C) ist sehr energieaufwendig. Wird der Wasserstoff aus regenerativen Energien durch erzeugt, betragen die addierten Verluste aus Elektrolyse und Kompression auf 700 bar 35 %. ergeben sich Verluste von etwa 61 % auf dem Weg vom Stromerzeuger bis zum Antriebsmotor im Fahrzeug. Für denselben Weg betragen die Lade- und Entladeverluste eines Lithium-Ionen-Akkumulators nur 10 bis 20 %.
Wirtschaftlichkeit
Die Wirtschaftlichkeit von E-Autos im Vergleich zu Verbrennern hängt von einer Vielzahl Faktoren ab, die bei einem individuellen Vergleich zu berücksichtigen sind. Hinzu kommt die Unsicherheit bezüglich der zukünftigen Entwicklung von kostenbestimmenden Faktoren wie Energiekosten, Lebensdauer bzw. Wertverlust oder Reparaturkosten.
Allgemeine Aussagen, dass die eine oder andere Antriebsform günstiger sei als die andere, sind nicht möglich (siehe jedoch Tendenzen im Abschnitt ). Dieser Abschnitt beschreibt einige wichtige Einflussfaktoren.
Anschaffungskosten
Die Anschaffungskosten von Elektroautos liegen derzeit (2023) überwiegend höher als bei vergleichbaren Verbrennern. Erwartet wird, dass im Laufe der technologischen Entwicklung und des Markthochlaufs aufgrund von durch höhere Stückzahlen und geringere Investitionen in Forschung und neue Fertigungsanlagen die Herstellungskosten von Elektroautos sinken werden und langfristig geringer sind als bei Verbrennern.
In vielen Ländern erfolgt eine Subventionierung der Anschaffungskosten (siehe ).
Die Hersteller , , und bieten bzw. boten für die n ihrer Elektroautos Mietmodelle an. Hierdurch wird der Kaufpreis des Fahrzeugs reduziert, jedoch bewegen sich bei höheren Grundinvestitionen die kilometerabhängigen Mietpreise oft in den gleichen Größenordnungen wie die Kraftstoffkosten vergleichbarer Modelle. Bei Nio bietet ein gemieteter Akku die Möglichkeit an einer getauscht zu werden. Stand 2023 bietet in Deutschland nur noch Nio ein Mietsystem.
Fahrzeug-Lebensdauer
Da moderne Elektroautos noch relativ jung am Markt sind und auch noch einem vergleichsweise hohen technologischen Wandel unterliegen, liegen noch keine empirischen Statistiken vor, die die Lebensdauer von Elektroautos im Vergleich zu Verbrennern belegen.
Befürchtungen, eine schnell nachlassende Akkukapazität würde die Lebensdauer von E-Autos stark vermindern, haben sich in der Praxis bislang nicht bestätigt. Insbesondere bei größeren Akkus und mit modernem Thermomanagement ist zu erwarten, dass diese eine höhere Laufleistung erzielen können als ein typisches Verbrennerfahrzeug (siehe auch Abschnitt ).
Die geringeren Reparaturaufwände für Elektroautos (siehe Abschnitt ) könnten dazu führen, dass die Entscheidung der Eigentümer zur Verschrottung bei Elektroautos später erfolgt als bei Verbrennern ähnlichen Alters und ähnlicher Laufleistung und somit die Lebensdauer höher ist.
Energieverbrauch
Elektrofahrzeuge weisen durch den um mehr als Faktor drei energieeffizienteren Antriebsstrang einen deutlich niedrigeren Energieverbrauch auf als Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor. Um 100 km zu fahren, mussten bei einem im Januar 2020 veröffentlichten ADAC-Test für die getesteten PKWs zwischen 14,7 kWh und 27,6 kWh Strom genutzt werden.
Ergebnisse von Verbrauchsmessungen an Elektrofahrzeugen berücksichtigen manchmal nur den Verbrauch während der Fahrt, nicht aber die Verluste, die beim Laden der Antriebsakkumulatoren entstehen und zwischen 10 und 25 % betragen.
Eine Reduktion der Fahrgeschwindigkeit kann den Energieverbrauch deutlich senken. Die hat 2023 anhand von sieben Modellen nachgewiesen, dass Elektroautos bei Tempo 50 im Schnitt 16,5 Prozent mehr Energie verbrauchen als bei Tempo 30.
Energiekosten
Die Energiekosten eines Elektroautos im Vergleich zum Verbrennerfahrzeug hängen wesentlich von der Preisentwicklung bei Strom bzw. den Kraftstoffen ab. Beim Elektroauto kommt hinzu, dass der Strompreis erheblich von den Bezugsmöglichkeiten bestimmt wird: Während an Schnellladesäulen in Deutschland nach den Preiserhöhungen einiger Betreiber 2020 meist zwischen 42 und 79 Cent je kWh gezahlt werden müssen, sind mit Hilfe einer eigenen Stromerzeugungspreise von wenigen Cent pro kWh möglich. Auch durch die Nutzung können die Kosten deutlich gesenkt werden. An Ladestationen einiger Handelsketten oder Stadtwerke kann Strom für Elektroautos mit Stand Juni 2021 kostenlos geladen werden. Ebenso erlauben manche Arbeitgeber das kostenlose Aufladen am Unternehmensstandort.
Aufgrund dieser Preisunterschiede hängen die Energiekosten eines Elektroautos sehr stark von den individuellen Umständen ab und können sowohl deutlich niedriger als auch (beim ausschließlichen Laden an Schnellladesäulen) leicht höher sein als bei einem Verbrennerfahrzeug. Eine Untersuchung von ermittelte 2021 unter Zugrundelegung des für Elektroautos durchschnittliche Stromkosten in Höhe von 78 % der Kraftstoffkosten eines Verbrenners, für Österreich 62 %, für die Schweiz 56 %.
Konventionelle Kraftstoffe werden neben den marktbedingten Preisschwankungen durch die bis 2025 mit zusätzlich ca. 16 Cent je Liter belegt. Ab 2027 ist aufgrund der dann am freien Markt gehandelten CO2-Zertifikate und des stetig sinkenden Zertifikatsvolumens mit weiter steigenden Preisen zu rechnen.
Reparatur- und Wartungskosten
Die Kosten von Wartung und verschleißbedingten Reparaturen sind bei Elektroautos in der Regel geringer als bei Autos mit Verbrennungsmotor.
Bei Elektroautos entfallen folgende Teile und Betriebsstoffe eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, und damit auch die zugehörigen Wartungs- und Reparaturkosten:
- anlage samt
- bzw. Zahnriemen
- , Wasserpumpe und Keilriemen samt Spannrolle
- nwechsel und -wartung bei Fahrzeugen mit Ottomotor
- Zustand des Katalysators und der Motorregelung ()
- , und
- bei Dieselfahrzeugen
- Der einschließlich seiner Peripherie enthält zahlreiche bewegliche oder thermisch hoch beanspruchte Teile und unterliegt daher hohem Verschleiß, während Elektromotoren typischerweise länger halten als das Fahrzeug und dabei nicht oder kaum gewartet werden müssen.
- Das muss bei einem Verbrennerfahrzeug immer als (Handschalt- oder Automatikgetriebe) ausgeführt werden und ist daher deutlich komplexer und anfälliger als die in Elektroautos üblichen Festgetriebe.
- Die n werden deutlich weniger beansprucht, da die Mehrheit der Verzögerungsvorgänge über die Rekuperation ausgeführt wird. Entsprechend müssen und n/- seltener gewechselt werden.
Hingegen können die Reifen von Elektroautos wegen des aus dem Stand zur Verfügung stehenden hohen Drehmoments und des hohen Fahrzeuggewichts bei entsprechender Fahrweise stärker beansprucht werden und müssen dann häufiger gewechselt werden.
Die US-amerikanische Verbraucherorganisation hat in einer Analyse tatsächlicher Wartungs- und Reparaturausgaben von Autobesitzern festgestellt, dass diese bei Elektroautos nur etwa halb so hoch ausfallen, und rechnet damit, dass ein Elektroauto im Lauf seines Lebens etwa 4600 US$ weniger Wartungs- und Reparaturkosten verursacht.
Eine Auswertung von Vollkasko-Schadenfällen der Jahre 2018 bis 2020 des Zentrums für Technik der en um 97 % senken.
Versicherungskosten
Die für die und eines Elektroautos sind in Deutschland tendenziell etwas günstiger als bei Autos mit Verbrennungsmotor.
Zu beachten ist, dass die Versicherung meist an der Dauerleistung bemessen wird, die bei Elektroautos in der Regel deutlich geringer ist als die Spitzenleistung.
In einigen Ländern entfallen bestimmte Steueranteile bei der Versicherung, beispielsweise in Österreich die .
Gesamtkostenvergleiche
Laut Berechnungen des von 2023 sind Elektroautos häufig, aber nicht immer, in der Gesamtkostenbetrachtung günstiger als vergleichbare Autos mit Benzin- oder Dieselmotor (Annahmen: Neukauf mit fünf Jahren Haltedauer und 15.000 km pro Jahr). Dies hängt jedoch immer von den individuellen Rahmenbedingungen ab, insbesondere auch vom erzielbaren Rabatt auf den Listenpreis und den Strombezugskosten.
Im Januar 2020 veröffentlichte das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) eine Studie, die besagt, dass zu dieser Zeit bestimmte E-Fahrzeuge unter der Gesamtkostenbetrachtung günstiger gewesen seien. In den nächsten 5 bis 10 Jahren würden E-Fahrzeuge einen größeren Kostenvorteil zu ihren konventionellen Counterparts haben. Hauptgründe dafür seien die sinkenden Kosten der Akkumulatorenherstellung, der voraussichtlich billiger werdende Strom und der Preisanstieg von Produkten aus dem knapper werdenden Erdöl.
Energiewirtschaftliche Aspekte
Energiebedarf: Anteil am Gesamtstromverbrauch
In Deutschland werden bis 2030 10 Millionen E-Fahrzeuge auf deutschen Straßen prognostiziert, was die Stromnachfrage um 3?4,5 % steigern würde. Im Falle von einer Million Elektroautos, was einem Anteil von etwa 2 % aller Fahrzeuge entspricht, sind rund 3 TWh an elektrischer Energie aufzubringen, was einem halben Prozent des derzeitigen deutschen Strombedarfs entspricht. Der gesamte deutschlandweite elektrobetriebene und benötigt rund 15 TWh Strom pro Jahr, entsprechend knapp 3 % des Bruttostromverbrauchs.</small>
Modelle
Das meistverkaufte Elektroauto der Welt war 2015, 2016 und 2017 das . Von 2018 bis 2021 war das das meistverkaufte Elektroauto der Welt. 2022 wurde es vom abgelöst.
Bei den kumulierten Verkäufen führt das Tesla Model 3 mit rund 1 Million Einheiten bis Mitte 2021.
Im 1. Quartal 2023 war das Tesla Model Y über alle Antriebsarten hinweg das meistverkaufte Auto der Welt.
Marktentwicklung
In verschiedenen Studien wird eine ähnliche Entwicklung vorausgesehen wie bei Digitalkameras, die Analogkameras ablösten usw., ein sog. unterhalb von 200 USD pro kWh.
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| || style="text-align:right" | 1.314.000
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| || style="text-align:right" | 911.000
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| || style="text-align:right" | 750.000
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| || style="text-align:right" | 572.000
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| || style="text-align:right" | 381.000
|}'''Pkw-Neuzulassungsanteil batterieelektrischer Autos pro Land'''
{| class="wikitable sortable" style="text-align:right;"
|-
! Land
! 2016
! 2017
! 2018
! 2019
! 2020
! 2021
! 2022
|-
| style="text-align:left;" |
| 15,5 %
| 20,8 %
| 30,9 %
| 42,5 %
| 54,5 %
| 63,9 %
| 79,5 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 1,8 %
| 3,9 %
| 4,2 %
| 8,0 %
| 27,0 %
| 33,7 %
| 40,6 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,8 %
| 1,1 %
| 1,9 %
| 4,3 %
| 9,5 %
| 18,2 %
| 31,8 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 1,1 %
| 2,2 %
| 5,5 %
| 13,9 %
| 20,7 %
| 20,2 %
| 23,9 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 1,2 %
| 1,9 %
| 3,7 %
| 3,9 %
| 4,7 %
| 13,3 %
| 21,6 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,6 %
| 0,3 %
| 0,7 %
| 2,5 %
| 7,0 %
| 13,5 %
| 21,2 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,2 %
| 0,4 %
| 0,6 %
| 1,7 %
| 4,4 %
| 10,3 %
| 18,4 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,3 %
| 0,7 %
| 1,0 %
| 1,7 %
| 6,3 %
| 13,6 %
| 17,6 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 1,0 %
| 1,5 %
| 1,7 %
| 4,2 %
| 8,2 %
| 13,6 %
| 16,9 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,4 %
| 0,5 %
| 0,7 %
| 1,6 %
| 6,8 %
| 11,6 %
| 16,8 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 1,1 %
| 1,5 %
| 1,9 %
| 2,8 %
| 6,4 %
| 13,8 %
| 15,9 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 1,1 %
| 1,2 %
| 1,4 %
| 1,9 %
| 6,5 %
| 10,1 %
| 13,0 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,6 %
| 0,8 %
| 1,2 %
| 2,1 %
| 5,4 %
| 9,4 %
| 12,9 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,4 %
| 0,8 %
| 1,8 %
| 3,1 %
| 5,5 %
| 9,0 %
| 11,6 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,4 %
| 0,5 %
| 0,7 %
| 1,6 %
| 3,5 %
| 5,8 %
| 10,2 %
|-
| style="text-align:left;" | Welt
| 0,5 %
| 0,9 %
| 1,6 %
| 1,9 %
| 2,8 %
| 6,2 %
| 10,0 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,4 %
| 1,0 %
| 1,5 %
| 2,2 %
| 2,0 %
| 2,4 %
| 8,8 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,3 %
| 0,9 %
| 3,3 %
| 2,0 %
| 2,0 %
| 4,9 %
| 8,6 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,0 %
| 0,0 %
| 0,0 %
| 0,3 %
| 0,6 %
| 3,1 %
| 8,2 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,3 %
| 0,5 %
| 1,4 %
| 2,0 %
| 3,0 %
| 4,4 %
| 7,0 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,5 %
| 0,6 %
| 1,3 %
| 1,6 %
| 1,7 %
| 3,4 %
| 6,2 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,1 %
| 0,1 %
| 0,2 %
| 0,8 %
| 0,8 %
| 2,3 %
| 4,3 %
|-
| style="text-align:left;" |
| 0,2 %
| 0,3 %
| 0,5 %
| 0,8 %
| 2,1 %
| 2,8 %
| 3,6 %
|- class="sortbottom"
| colspan="8" style="text-align:center;" | <small>Quelle: </small>
|}Staatliche Förderungen
In vielen Ländern gibt es zahlreiche , um den Wechsel von Autos mit Verbrennungsmotor hin zu Autos mit Elektromotor zu begünstigen. Eine Art der Förderung sind Subventionen beim Neuwagenkauf (siehe , , usw.). Eine weitere Art sind steuerliche Begünstigungen (siehe , usw.). Eine weitere Art ist es, Autos mit Verbrennungsmotor zu benachteiligen. So werden für diese höhere Steuern beim CO2 fällig (siehe usw.). Es gibt Tempolimits z. B. Tempo 100 km/h auf manchen Autobahnen in , von denen Elektroautos ausgenommen sind. Es gibt Fahrverbote z. B. in manchen Innenstädten in Deutschland. Zudem setzen einige Länder ein Datum fest, ab dem dann keine Neuwagen mit Verbrennungsmotor mehr verkauft werden dürfen (z. B. , , , usw.). In der einen bestimmten CO2-Wert nicht mehr überschreiten, was die Hersteller dazu veranlasst, Elektroautos zu verkaufen.
Europa
Vereinigte Staaten
In den wurde im August 2016 der Wert von 500.000 verkauften elektrisch aufladbaren Fahrzeugen (Plugins) erreicht.
Einzelnachweise
<references responsive>
<ref name="Crastan S57">
- ''Elektrische Energieversorgung 2.'' Berlin/Heidelberg 2012, S. 57.
</ref>
<ref name="Elektra S91">
ELEKTRA: Entwicklung von Szenarien der Verbreitung von Pkw mit teil- und voll-elektrifiziertem Antriebsstrang unter verschiedenen politischen Rahmenbedingungen; Projektnummer 816074; Auftragnehmer: Technische Universität Wien, Institut für Elektrische Anlagen und Energiewirtschaft; Wien, 31. August 2009; Seite 91 ff. (PDF).
</ref>
<ref name="DLR 11">
DLR-Vortrag: Batterie oder Brennstoffzelle ? was bewegt uns in Zukunft? K. Andreas Friedrich; Institut für Technische Thermodynamik; Pfaffenwaldring 38?40, Stuttgart; Chart 11 (PDF; 3,5 MB)
</ref>
<ref name="GlobalSales2022">https://cleantechnica.com/2023/02/07/world-ev-sales-report-tesla-model-y-wins-1st-best-seller-title-in-record-year/</ref>
</references>Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Elektroauto aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar. Der Artikel kann hier bearbeitet werden.