E-Mobilität definiert sich aus der Nutzung von elektrobetriebenen Fahrzeugen, wie E-Autos, E-Bikes, Pedelecs, E-Rollern, E-Scootern, E-Motorrädern, E-Bussen und E-Trucks. Sie alle werden ganz oder teilweise elektrisch angetrieben, haben einen Energiespeicher an Bord und beziehen ihre Energie überwiegend aus dem Stromnetz. Die Nutzung dieser E-Fahrzeuge umfasst neben dem privaten Bereich auch zunehmend gewerbliche Bereiche wie Speditionen, Lieferdienste, Taxen und Carsharing.

Neben den reinen E-Autos gibt es auch eine große Auswahl an sog. Hybrid-Fahrzeugen, die grundsätzlich zwei Antriebstechniken kombinieren. Der Verbrennungsmotor ermöglicht einerseits kürzere Strecken rein elektrisch zurückzulegen und bietet andererseits die Sicherheit auch Langstrecken problemlos zu meistern. Eine Variante der Hybrid-Fahrzeuge sind die sog. Plug-in-Hybride, die nicht nur beim Ausrollen oder Bremsen zurückgewonnenen Strom nutzen, sondern auch an der Steckdose geladen werden können.

Die aus dem Stromnetz geladene elektrische Energie wird in einer aufladbaren Batterie gespeichert. Inverter (Gleichstrom-Wechselstrom-Konverter) konvertieren den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom für den Antrieb des Elektromotors (E-Motor). Die Effizienz dieser Umwandlung entscheidet darüber, wie lange das E-Auto mit einer Batteriestrom-Ladung fahren kann. Ein E-Motor wandelt die elektrische Energie schließlich in mechanische Energie um. Die vom E-Motor bezogene Energie erzeugt Magnetfelder, durch deren anziehende und abstoßende Kräfte eine Drehbewegung resultiert.

Zu den weiteren zentralen Komponenten eines E-Autos gehört der Umrichter (Gleichstrom-Gleichstrom-Konverter), der die hohe Batterie-Spannung (100-400 V, teils mehr) effizient in die deutlich niedrigere Spannung (12 oder 48 V) für elektronische Bauteile umwandelt.

Hybrid (HEV)
In diesen Fahrzeugen werden sowohl ein E-Motor als auch ein Verbrennungsmotor eingesetzt. Die Batterie wird beim Fahren über den Motor aufgeladen. Diese dient auch zur Speicherung der Bremsenergie (Rekuperation).

 

Plug-in-Hybrid (PHEV)
Die Batterie kann hier zusätzlich über das Stromnetz aufgeladen werden. Auch hier fungiert die Batterie als Speicherung der Bremsenergie (Rekuperation).

 

Range Extendend Electric Vehicle (REEV)
Bei Bedarf erzeugt z.B. ein Verbrennungsmotor mittels eines Generators Strom für den E-Motor. Die Reichweite wird dadurch deutlich verlängert. Im Gegensatz zu Hybrid-Fahrzeugen wird der Verbrennungsmotor nicht für den direkten Fahrzeugantrieb verwendet.

 

E-Auto | Batteriebetriebenes Fahrzeug (BEV)
Bei batteriebetriebenen Fahrzeugen kommt die Antriebsenergie ausschließlich aus der Batterie. Diese wird über das Stromnetz geladen.

 

Brennstoffzellen-Fahrzeug (FCEV)
Die Stromerzeugung für den E-Motor erfolgt direkt an Bord. In der Brennstoffzelle wird die chemische Energie von Wasserstoff in elektrische Energie umgewandelt.

E-Autos müssen für ihre Mobilität an die Steckdose. Nach einer Studie des Bundesverbands für eMobilität laden 80 % der E-Auto-Besitzer ihr Fahrzeug an der heimischen Steckdose auf. Die Ladedauer beträgt fahrzeug- und batterieabhängig mindestens 8 Stunden. Problematisch ist, dass nicht jede Steckdose für große, länger fließende Strommengen ausgelegt ist. Hierfür werden sog. Wallboxen für den privaten Gebrauch eingesetzt, die etwa viermal schneller laden können.

Das Laden an öffentlichen Wechselstrom-Ladesäulen (AC “Alternating Current”) dauert ähnlich lang, an Gleichstrom-Schnelllade-Stationen (DC “Direct Current”) dagegen nur knapp eine Stunde. Der Grund für hierfür ist, dass der Akku in einem E-Auto mit Gleichstrom geladen werden muss, der Strom aus dem öffentlichen Netz ist jedoch Wechselstrom. Der Inverter im E-Auto muss diesen erst umwandeln. An AC-Wallboxen dauert das Laden deshalb länger als an DC-Wallboxen, denn diese wandeln den Strom bereits vor dem Laden in Gleichstrom um und geben ihn dann direkt an die E-Auto-Batterie weiter. Die DC-Wallboxen ermöglichen zwar hohe Ladeleistungen, doch sie sind aufgrund der hohen Investitionskosten wenig verbreitet. Sowohl für die AC-Wallboxen als auch für die DC-Wallboxen benötigt man ein Spezialkabel.

Akku
Der Akku ist ein elementarer Bestandteil von E-Autos. In der Regel werden Lithium-Ionen-Akkus verwendet, die auch in Smartphones und Notebooks zum Einsatz kommen.

 

Brennstoffzelle
Die Brennstoffzelle ist eine Technologie-Alternative zu batteriebetriebenen Fahrzeugen. Sie nutzt den in einem Tank komprimierten Wasserstoff als Brennstoff. Durch die Verbindung mit Sauerstoff aus der Luft entsteht in der Zelle elektrische Energie. Der Wasserstoff kann unter Einsatz von (Öko-)Strom aus einfachem Wasser hergestellt werden.

 

Effizienz
Ein entscheidender Vorteil batteriebetriebener Fahrzeuge ist deren hervorragender Wirkungsgrad. So benötigt es für die gleiche Entfernung nur ca. 50 % der Energie eines Fahrzeugs mit Wasserstoffantrieb und nur ca. 16 % eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor, der mit sauberem synthetischem Kraftstoff fährt.

 

E-Motor
Der E-Motor ist eine im Vergleich zum Verbrennungsmotor einfache, strombetriebene Maschine, die wechselnde Magnetfelder erzeugt und dadurch in Bewegung gerät.

 

Feststoff-Batterie
Die Feststoff-Batterie stellt eine Weiterentwicklung des Akkus dar. Im Gegensatz zum Akku besteht hier das Elektrolyt aus flüssigem statt aus festem Material. Die bisherigen Prüfergebnisse gehen von einer 3-fachen Energiedichte aus, die eine höhere Reichweite bei gleichem Gewicht ermöglichen würde.

 

Induktionsladung
Die Induktionsladung bezeichnet eine drahtlose Energieübertragung. Sie macht die beim Laden von E-Autos und Plug-in-Hybriden benötigten Kabel überflüssig. Statische Konzepte wurde bisher schon von BMW realisiert. Konzepte für dynamische Induktionsladungen (Laden während der Fahrt) befinden sich noch in der Testphase.

 

Kobalt
Kobalt ist ein umstrittener Rohstoff, der in Lithium-Ionen-Akkus eingesetzt wird und für die Brandgefahr-Minimierung sowie eine gute Zyklenfestigkeit benötigt wird. Das Gros der Kobalt-Ressourcen stammt aus dem Kongo, wo es unter menschenunwürdigen Bedingungen gefördert wird.

 

Ladesäule
Ladesäulen sind die Tankstellen der E-Mobilität und werde im privaten wie auch öffentlich Raum eingesetzt. Alternative Begriffe sind Wallbox, Charger oder bei uns der sonnenCharger.

 

Netzausbau
Der Netzausbau bezeichnet die für einen angemessenen Hochlauf der E-Mobilität nötige Optimierung der Infrastruktur.

 

Reichweite
Die Reichweite definiert einen der allgemein wichtigsten Leistungsfaktoren eines E-Fahrzeugs. Sie wird maßgeblich von Akkugröße und Verbrauch bestimmt und ist durch technologische Weiterentwicklungen sukzessive gestiegen. Einige Modelle kommen bereits heute auf Reichweiten von über 600 km. Zu berücksichtigen ist aber, dass hohe Geschwindigkeiten und die Nutzung elektrischer Verbraucher die Reichweite teils deutlich verringern.

 

Smart Grid
Smart Grid bezeichnet ein intelligentes Stromnetz, in dem E-Autos ebenfalls eine Rolle spielen. So können die Akkus der E-Autos überschüssigen Strom aus Photovoltaik-Anlagen und Windrädern zwischenspeichern und bei Bewölkung und Windflaute wieder ins Netz einspeisen. Dieses Konzept setzt aber bidirektionales Laden bei E-Autos und Wallboxen voraus.

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