Elektrofahrzeuge: Das Glossar für Einsteiger
Elektrofahrzeuge haben ihre eigene Terminologie – manches ist geläufig, anderes sehr technisch – die für Neulinge mysteriös und verwirrend wirken kann. Zu wissen, was diese Begriffe bedeuten, ist entscheidend, um nicht nur zu entscheiden, ob ein E-Auto das Richtige für Sie ist, sondern auch, um zu wählen, welches E-Auto am besten zu Ihnen passt. Machen Sie sich beispielsweise Gedanken darüber, wie schnell Ihr Auto Benzin an der Tankstelle aufnimmt? Nein. Aber Sie müssen wissen, wie schnell Ihr Auto und Ihr Zuhause eine Batterie wieder aufladen können, um das Laden daheim optimal zu nutzen – und es gibt keine Standardantwort. Aber wir können Ihnen mit einem Verständnis der Begriffe rund ums Laden und mehr näherbringen.
Wechselstrom (AC)
Die Form, die Elektrizität im Stromnetz sowie in Häusern und anderen Gebäuden annimmt.
Bei Wechselstrom ändern die Elektronen regelmäßig ihre Richtung. Die Relevanz von Wechselstrom in der Welt der Elektrofahrzeuge liegt darin, dass alle Batterien Gleichstrom (DC) benötigen, bei dem die Elektronen immer in die gleiche Richtung fließen. Daher muss Wechselstrom immer in Gleichstrom umgewandelt oder gleichgerichtet werden, wenn ein Fahrzeug geladen wird.
Beim Laden der Stufe 1 und 2 übernimmt eine verborgene Komponente in jedem Elektrofahrzeug, das sogenannte Ladegerät (Onboard Charger), diese Aufgabe und steuert auch die Ladegeschwindigkeit. Im Falle eines öffentlichen DC-Schnellladens befindet sich das Ladegerät extern und speist Gleichstrom direkt in die Batterie des Autos, wobei das integrierte Ladegerät umgangen wird, das einen Engpass für den Stromfluss darstellt. Das DC-Schnellladegerät startet mit fast der doppelten Haushaltsstromspannung und richtet den Wechselstrom extern mit größeren Komponenten um, als ein Auto aufnehmen könnte. Das sind die beiden Hauptgründe, warum DC-Laden viel schneller sein kann als Level 2.
Wechselstrom verdankt seinen Namen der Tatsache, dass der Strom die Richtung wechselt, was in den USA 60 Mal pro Sekunde geschieht. Es ist schwer zu verstehen, was das bedeutet, und es wird noch verwirrender, wenn man tiefer gräbt und erfährt, dass der Strom, wenn er sich umkehrt, technisch gesehen im selben Leiter von positiv nach negativ fließt. Aber Wechselstrom hat Vorteile gegenüber Gleichstrom, wie z.B. minimale Verluste bei der Übertragung über lange Strecken und die Möglichkeit, Transformatoren zur Erhöhung oder Verringerung seiner Spannung zu nutzen. Ironischerweise verwenden die meisten Elektroautos Wechselstrom-Fahrmotoren, also muss der Gleichstrom der Batterie wieder in Wechselstrom umgewandelt werden, ein Prozess, der als Wechselrichterfunktion bezeichnet wird, um das Fahrzeug anzutreiben. Tatsächlich nutzen Hybride in der Regel Wechselstrommotoren, was bedeutet, dass der Strom buchstäblich ständig von Wechsel- in Gleichstrom oder umgekehrt umgewandelt wird. Jedes Mal, wenn diese Umwandlungen stattfinden, ob im Auto oder außerhalb, gehen Energieverluste einher.
Konventionelle Benzin- und Dieselfahrzeuge verwenden riemengetriebene Generatoren, die Wechselstromgeneratoren sind, obwohl alle elektrischen Verbraucher Gleichstrom benötigen.
Lichtmaschine
Eine Art Generator, der Wechselstrom erzeugt
In allen modernen konventionellen Autos treibt der Benzin- oder Dieselmotor über einen Riemen eine Lichtmaschine an, um den Strom zu erzeugen, der die Starterbatterie lädt und die Lichter, die Elektronik und andere elektrische Komponenten an Bord mit Strom versorgt. Heutzutage benötigen buchstäblich all diese Geräte Gleichstrom, was die Wahl eines Generators, der nur Wechselstrom erzeugt, seltsam erscheinen lässt. Aber Lichtmaschinen sind die Generatorwahl, weil sie kleiner, leichter und mechanisch haltbarer sind als Gleichstromgeneratoren – drei der Kriterien, die Autohersteller am meisten interessieren. Das ist seit den 1960er Jahren der Fall, als die Gleichrichtung mit Halbleitern (Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom) praktikabel wurde. Lichtmaschinen integrieren solche Gleichrichter und Spannungsregler, um die richtige Gleichspannung sicherzustellen.
Ampere (A)
Abkürzung für Ampere, eine Maßeinheit für den elektrischen Strom, die E-Auto-Besitzer am ehesten bei der Einrichtung einer Level-2-Heimladestation antreffen.
Level 2 bedeutet 240 Volt, aber die Menge an Energie, die dem Auto zugeführt wird, hängt auch vom Stromfluss ab, der bei Level-2-Ladegeräten erheblich variiert. Um die klassische Analogie der Wasserleitung für fließenden Strom zu verwenden: Die Spannung repräsentiert den Druck, der das Wasser durch ein Rohr zwingt, und der Strom ist der Wasserdurchfluss, der hauptsächlich durch den Durchmesser des Rohrs bestimmt wird. Um mehr Wasser aus dem Ende des Rohrs zu bekommen, können Sie entweder den Druck erhöhen oder den Rohrdurchmesser vergrößern. Bei der Elektrizität ist es genauso: Erhöhen Sie die Spannung oder den Strom (Amperezahl), um mehr Leistung (gemessen in Watt) am Ende des Kabels zu erhalten. Genau wie das Rohr bietet ein Kabel mit größerem Durchmesser weniger Widerstand und ermöglicht einen höheren Stromfluss.
Ampere sind die Maßeinheit für die elektrische Leistung, die ein Haus vom Stromversorger beziehen kann – wie 50, 100 oder 200 Ampere – und für den Strom, den eine bestimmte Stromkreis oder ein Level-2-Ladegerät führen kann.
Batteriepack
Die komplette Energiespeicherkomponente in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, einschließlich der einzelnen Batteriezellen sowie der unterstützenden Elektronik und in der Regel der thermischen Management-Maßnahmen.
Die Zellen eines Packs, unabhängig vom Typ, sind typischerweise in Module gruppiert, die Struktur hinzufügen und den Austausch defekter Zellen vereinfachen. Packs beinhalten ein Batteriemanagementsystem, das den Ladezustand des Packs verfolgt und die Spannungen und Temperaturen der Zellen überwacht. Packs enthalten ihre eigene Sicherung und eine Möglichkeit zur manuellen Trennung vom Rest des Fahrzeugs für Wartungsarbeiten. Schütze (robuste Relaisschalter) sind typischerweise vorhanden, insbesondere in reinen Elektrofahrzeugen, um die Batterie vom Fahrzeug zu trennen, wenn sie einen internen Sicherheitstest nicht besteht oder ein Aufprall erkannt wird.
Batterieelektrische Fahrzeuge verwenden typischerweise eine zirkulierende Flüssigkeit, um die Batterietemperatur zu managen, mit Ausnahme des Nissan Leaf (abgebildeter Pack), der kein aktives thermisches Management hat. In den meisten dieser Packs gibt es Kanäle, durch die das Kühlmittel (typischerweise eine Mischung aus Wasser und handelsüblichem Frostschutzmittel) zirkuliert und dann die Batterie verlässt, um entweder in einem einfachen Kühler oder in einem Wärmetauscher, der mit einer Klimaanlage oder einer Wärmepumpe verbunden ist, konditioniert zu werden.
Batteriezelle
Die kleinste Komponente einer Batterie, von der Hunderte benötigt werden können, um die erforderlichen Spannungen zum Antrieb eines Hybrid- oder Elektroautos zu erreichen.
Wie alle anderen einzelnen Batteriezellen arbeiten auch diese nur mit wenigen Volt jeweils. (Was wir eine Batterie mit höherer Spannung nennen, wie eine 12-Volt-Autobatterie, ist selbst ein Pack aus separaten Zellen in einem Gehäuse – in diesem Beispiel sechs Zellen.) Lithium-Ionen-Batteriezellen gibt es in drei Grundtypen, bzw. drei Formen: zylindrisch, prismatisch und Pouch. Die zylindrischen Batterien, die einige Elektrofahrzeuge antreiben, ähneln so sehr etwas, das man in eine Taschenlampe stecken könnte, dass man meinen könnte, sie seien unausgereift. Kritiker haben dasselbe über die Effizienz ihrer Packungsdichte gesagt, weil ihre Form Platz dazwischen lässt, aber Tesla scheint damit den Großteil seiner Geschichte sehr gut gefahren zu sein, obwohl die Marke sich nun für prismatische Zellen interessiert, die die Form eines Kartenspiels oder eines Schokoriegels haben. Die Wahl der meisten anderen E-Fahrzeughersteller war der Pouch-Stil, der wie ein praktisch leerer Ziploc-Mylar-Sandwichbeutel aussieht. Im Gegensatz zu den anderen beiden Stilen ist der Pouch auf ein Batteriemodul für seine Struktur angewiesen.
Batteriemodul
Eine strukturelle Untereinheit des Batteriepacks eines Elektrofahrzeugs, in der die Batteriezellen zur Überwachung und gegebenenfalls zum Austausch unterteilt und untergebracht sind.
Da die Spannung einer Batteriezelle im Bereich von wenigen Volt liegt, werden Dutzende bis Hunderte von ihnen in Elektrofahrzeugen verwendet, die in Gehäusen zusammengefasst sind, die Struktur bieten (besonders wichtig für Pouch-Zellen) und die Verkabelung vereinfachen. Jedes Modul hat typischerweise seinen eigenen Spannungs- und Temperatursensor und hat nur zwei Anschlüsse, unabhängig davon, wie viele Zellen miteinander verdrahtet sind, was vom Design des Herstellers abhängt. Typischerweise beinhalten Module isolierte Kanäle, durch die Kühlmittel fließt, um den thermischen Zustand des Batteriepacks zu managen.
Combined Charging System (CCS)
Ein nahezu universeller (außer für Tesla) Ladeanschluss für E-Fahrzeuge auf dem US-Markt, der den J1772 AC-Anschluss mit zwei Leitern für DC-Schnellladen in einem einzigen kombinierten Port vereint.
Während sich die ersten japanischen Elektroautos auf einen separaten Anschluss namens CHAdeMO für das DC-Schnellladen verließen, bieten die meisten neuen Elektrofahrzeuge mit dieser Fähigkeit (mit Ausnahme von Tesla, das einen eigenen Anschluss hat) diesen kombinierten CCS-Port an. Bei der Suche nach öffentlichen Lademöglichkeiten online oder über eine App müssen Besitzer dieser Autos J1772 für Level-2-Laden und CCS für DC-Schnellladen auswählen.
Gleichstrom (DC)
Die Form, die Elektrizität in Batterien und in den meisten elektronischen Schaltkreisen annimmt.
Bei Gleichstrom fließen die Elektronen nur in eine Richtung. Die Hauptbedeutung in der Welt der Elektrofahrzeuge ist, dass Elektrizität im Stromnetz als Wechselstrom (AC) übertragen wird. Daher muss, wann immer die Autobatterie geladen wird, Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt oder gleichgerichtet werden. Beim Laden der Stufe 1 und 2 erledigt das das Auto selbst über eine unsichtbare Komponente, das eingebaute Ladegerät (Onboard Charger). DC-Schnelllader starten mit fast der doppelten Haushaltsstromspannung und richten den Wechselstrom extern mit sperrigen Komponenten um, die oft fern der Ladezone versteckt sind, bevor sie den Gleichstrom direkt an die Autobatterie liefern und so das integrierte Ladegerät umgehen, das einen Engpass für den Stromfluss darstellt.
Obwohl einige Elektrofahrzeuge Gleichstrom-Fahrmotoren verwenden, nutzen die meisten Wechselstrommotoren, was bedeutet, dass das Fahrzeug den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom umwandeln muss, um zu beschleunigen – und umgekehrt beim rekuperativen Bremsen. Gleichrichtung und Wechselrichterfunktion, wie die Umwandlung von DC zu AC genannt wird, führen zu Ineffizienzen, aber Autohersteller, die sich für AC-Motoren entscheiden, denken an die Gesamtleistung und -effizienz des Fahrzeugs, nicht an eine einzelne Komponente oder einen Prozess. Was das betrifft, ist sogar ein konventionelles Fahrzeug auf Wechselstrom angewiesen, durch die Verwendung einer Lichtmaschine, die ein Generator ist, der Wechselstrom erzeugt, auch wenn Gleichstrom im gesamten Fahrzeug dominiert.
DC-Schnellladen
Eine Art des öffentlichen Ladens, die kompatible Fahrzeuge um ein Vielfaches schneller laden kann als der schnellste AC-Level-2-Lader, indem sie eine höhere Gleichspannung direkt an die Batterie liefert. Tesla Supercharger sind DC-Schnelllader.
Aktuelle Elektrofahrzeuge eignen sich besser für DC-Schnellladen, wenn die Zeit knapp ist (z.B. auf langen Reisen oder bei geringer Reichweite). Der Begriff „schnell“ ist im Namen, aber E-Auto-Neulinge werden DC-Schnellladen nicht mit einer Betankung mit Benzin vergleichbar finden, die in wenigen Minuten Hunderte von Kilometern Reichweite liefern kann. Autohersteller behaupten typischerweise, dass DC-Schnellladen Ladesitzungen von 30 Minuten beinhaltet, aber das stellt selten eine vollständige Ladung dar. Obwohl immer mehr Autohersteller kostenloses DC-Schnellladen beim Kauf eines neuen E-Fahrzeugs beinhalten, erkennen fast alle an, dass häufiges Schnellladen die Lebensdauer der Fahrzeugbatterie beeinträchtigen wird. Wenn Kosten anfallen, ist Schnellladen teurer als öffentliches Level-2-Laden, typischerweise genug, um die finanziellen Vorteile des elektrischen Fahrens mit Heimladung zunichte zu machen.
DC-Schnelllader und der dafür benötigte Drehstrom machen sie extrem teuer für die Installation zu Hause. Die Leistung, die sie liefern, reicht von 24 bis 350 kW, aber nichts garantiert, dass das E-Fahrzeug, unabhängig von seiner eigenen Akzeptanzspezifikation, mit dieser Geschwindigkeit lädt.
Ziel-Laden (Destination Charging)
Ein neuer Name für öffentliches Level-2-Laden, bei dem Elektrofahrzeuge lange genug geparkt werden können, um nennenswerte Kilometer hinzuzufügen.
Populär gemacht von Tesla, zielt der Begriff Ziel-Laden darauf ab, das langsamere Laden außer Haus vom DC-Schnellladen (oder Supercharging in Teslas Sprache) zu unterscheiden.
Luftwiderstandsbeiwert (Cw-Wert)
Ein Maß für den Widerstand eines Fahrzeugs gegen die Luft, durch die es sich bewegt.
Die schlankere Form heutiger Fahrzeuge spiegelt eine aerodynamische Bewegung wider, die vor einigen Jahrzehnten begann, teilweise zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz. Der Luftwiderstand wirkt, wie eine blockierte Feststellbremse oder jede andere Form von Widerstand, der Anstrengung des Motors oder Antriebsmotors entgegen. Je höher der Luftwiderstandsbeiwert eines Fahrzeugs, desto härter muss sein Motor arbeiten und desto mehr Kraftstoff verbraucht es, ob Benzin, Diesel oder Strom.
Der Luftwiderstandsbeiwert eines Fahrzeugs wird nicht nur durch seine Größe und Form beeinflusst, sondern auch durch die Oberfläche seiner Unterseite und die Höhe