- Elektrofahrzeuge haben Wurzeln im 19. Jahrhundert, Vorläufer zu Tesla und Toyota
- Dampf, Benzin und Elektrizität konkurrierten; Dampftechnologie dominierte, Cugnot erstes Automobil
- Dampfmotoren: lange Aufheizzeiten, geringe Reichweite, Wasserzufuhr als Hindernis
- Modernes Elektroauto: Elektromotor, Hochleistungsbatterie, Laden an Station oder Steckdose
Elektrofahrzeuge haben eine viel längere Geschichte, als die meisten Menschen vermuten, mit Wurzeln im 19. Jahrhundert. Um zu verstehen, wie wir zum Tesla Model S und zu den Toyota-Hybriden von heute gelangen, müssen wir in die Zeit zurückblicken, in der Benzin, Dampf und elektrische Energie um die Vormacht im Automarkt konkurrierten.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts war das Pferd das Hauptverkehrsmittel, doch mit steigendem Einkommen und fortschreitender Technologie begannen einige, neue Fortbewegungsmittel zu erproben. Damals waren Benzin, Dampf und Elektrizität alle verfügbar, jeder kämpfte darum, den Markt jener Epoche zu beherrschen.
Erste Experimente mit selbstantrieben Fahrzeugen
Die Dampftechnologie war zu jener Zeit gut etabliert und bei der Öffentlichkeit allgemein als zuverlässig anerkannt. Sie hatte bewiesen, dass sie Fabriken, Bergwerke, Züge und Schiffe zuverlässig antreiben konnte. Es schien eine natürliche Weiterentwicklung zu sein, kleinere Transportformen zu bauen, die Dampfmotoren nutzen.
Einige selbstfahrende Fahrzeuge existierten bereits seit dem Ende der 1700er Jahre (das Dampfdreirad von Nicholas Cugnot), doch diese Technologie wurde erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts wirklich entwickelt. Das Dampfwagen von Cugnot gilt als das erste Automobil der Welt.
Doch es gab ein großes Problem: Dampfmotoren brauchten lange Aufheizzeiten (ungefähr eine Stunde) und hatten eine geringe Reichweite, ganz zu schweigen davon, dass sie ständig mit Wasser versorgt werden mussten. Diese technischen Einschränkungen ebneten den Weg für andere Antriebssysteme.
Wie funktioniert ein modernes Elektroauto
Elektroautos arbeiten durch den Einsatz eines Elektromotors statt eines Verbrennungsmotors, wie er bei Fahrzeugen mit Benzinbetrieb verwendet wird. In den meisten Fällen verwenden Elektroautos eine große Hochleistung-Batterie, um den Motor zu versorgen.
Diese Batterie wird durch Anschluss an eine Ladestation oder an eine speziell für Elektrofahrzeuge zu Hause installierte Steckdose geladen.
Da Elektrofahrzeuge mit elektrischer Energie betrieben werden, haben sie keinen Auspuff und enthalten keine Bauteile wie Kraftstoffpumpe, Kraftstoffleitung, Vergaser, Tank oder andere Teile, die bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor unverzichtbar sind.
Hauptkomponenten eines Elektrofahrzeugs
Im Allgemeinen bestehen Elektrofahrzeuge aus einer Reihe von Basiskomponenten, von denen jede eine spezifische Rolle hat:
1. Hilf Batterie
Bei den meisten Elektrofahrzeugen liefert die Hilfsbatterie Energie, um den Motor zu starten und Bordzubehör wie das Uhrenwerk zu versorgen. Diese Batterie ist nicht mit der Hauptbatterie zu verwechseln – sie arbeitet mit einer viel niedrigeren Spannung (12V oder 24V) und speist konventionelle Bordelektronik.
2. Ladeanschluss
Die in einer Batterie gespeicherte Energie hält nicht ewig und muss von Zeit zu Zeit nachgeladen werden. Hier kommt der Ladeanschluss ins Spiel, der es dem Fahrzeug ermöglicht, sich mit einer externen Stromquelle zu verbinden. Es gibt verschiedene Anschlussarten – vom langsamen Hausladevorgang bis zum DC-Schnellladen.
3. DC-Wandler
Normalerweise hat die Hauptbatterie eine höhere Spannung als die anderen Fahrzeugkomponenten. Dieses Bauteil wandelt den Gleichstrom mit höherer Spannung in niedrigere Spannungen um, damit sie sicher genutzt werden können – zum Beispiel von 400V zu 12V für die Bordnetze.
4. Traktionsmotor
Da sich das Fahrzeug fortbewegen muss, braucht es eine Komponente, die Elektrizität in Rotationskraft umwandelt, um die Räder zu bewegen. Hier kommt der Traktionsmotor ins Spiel – üblicherweise ein Synchronmotor mit Permanentmagneten oder ein Asynchronmotor.
Einige Fahrzeuge verfügen außerdem über eine Rekuperation der Energie an den Rädern, um einen Teil der durch Bremsen verloren gegangenen Energie zurückzugewinnen.
5. Bordladegerät
Da externe Energiequellen üblicherweise Wechselstrom liefern, wandelt dieses Gerät diesen Strom in Gleichstrom um, der zum Laden der Batterie verwendet wird. Es überwacht auch die Eigenschaften der Batterie wie Spannung, Strom, Temperatur und Ladezustand während des Ladevorgangs.
6. Leistungs-Elektronik-Steuerung
Dieses Bauteil regelt den Energiefluss, der von der Batterie bereitgestellt wird, und steuert die Geschwindigkeit des Traktionsmotors. Es entspricht dem elektronischen Äquivalenten eines ECU (Electronic Control Unit) eines konventionellen Fahrzeugs.
7. Kühlsystem
Dieses System hält die passende Betriebstemperatur des Motors und anderer Komponenten. Im Gegensatz zu Verbrennungsmotoren erzeugen Elektromotoren deutlich weniger Wärme, aber der Akku benötigt eine aktive Kühlung für optimale Leistung.
8. Traktionsbatterie
Sie ist der „Kraftstofftank“ eines Elektrofahrzeugs und die Energiequelle, die die meisten anderen Systeme antreibt. Moderne Technologien verwenden hauptsächlich Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte.
9. Elektrische Übertragung
Dieses System überträgt die mechanische Leistung vom Traktionsmotor auf die Räder eines Elektrofahrzeugs. Im Gegensatz zu herkömmlichen Getrieben mit mehreren Gängen verfügen Elektroantriebe in der Regel über ein einziges Übersetzungsverhältnis.
Die Entwicklung der Verbrennungsmotoren: Otto, Diesel, Benzin und Ford
Der Vier-Takt-Motor, der heute noch populär ist, wurde 1862 von Nikolaus Otto entwickelt, während der Dieselmotor 1893 von Rudolf Diesel erfunden wurde. Wenig später entwarf Karl Benz sein erstes Fahrzeug im Jahr 1886, und der Ford Model T wurde Anfang der 1900er Jahre das erste massenproduzierte Auto.
Trotz der Leistung und Nützlichkeit der Verbrennungsmotoren hatten sie auch ihre Probleme. Sie waren schwer zu steuern, verlangten viel Kraft zum Schalten und Starten. Sie waren leistungsstark, aber der Abgasausstoß war erheblich und nicht jedermanns Sache.
All diesen Problemen stand eine einzige Alternative gegenüber: das Elektroauto. Es hatte offensichtlich keine der genannten Probleme, war leise, einfach zu bedienen und emittierte keine schädlichen Abgase. Elektroautos waren daher eine führende Alternative zu Verbrennungsmotor- und Dampfautos.
Erste praktikable Elektroautos
Eine der ersten praktikablen Maschinen wurde vom britischen Erfinder Thomas Parker um das Jahr 1884 geschaffen und 1888 in Deutschland, dem Flocken Elektrowagen, produziert.
Leider waren die damals schlechten Straßen außerhalb der Städte ein großes Hindernis für längere Ausfahrten.
Zu jener Zeit sahen die Fahrzeughersteller ein Potenzial in Elektroautos und begannen, diese zu experimentieren. Ein bemerkenswertes Beispiel ist Ferdinand Porsche, Gründer von Porsche, der sein berühmtes P1 in 1898 entwickelte.
Thomas Edison setzte sich ebenfalls stark für Elektrizität als Fahrzeugenergie ein und arbeitete daran, leistungsfähigere Batterien zu entwickeln. Henry Ford, Freund von Edison, kooperierte mit ihm um die Elektrifizierung voranzutreiben und die Kosten zu senken.
Der Niedergang der Elektroautos
Irritierenderweise oder absichtlich, war das Model T von Ford massenproduziert und deutlich billiger als andere Elektrofahrzeuge jener Zeit. Im Jahr 1912 kostete das Model T von Ford ungefähr 650 USD, während andere Fahrzeuge rund 1750 USD kosteten.
Elektrofahrzeuge erlitten einen schweren Schlag, als Straßennetze verbessert wurden und die Entdeckung großer Ölreserven erfolgte.
Diese Faktoren, und nicht zuletzt weitere, führten dazu, dass Elektrofahrzeuge ihren Marktanteil verloren und um das Jahr 1935 weitgehend verschwanden. Der Sieg der verbrennungsbetriebenen Fahrzeuge schien festzustehen – zumindest bis zur Ölkrise der 1970er Jahre.
Wer baute das erste Auto der Geschichte?
Wie bei Verbrennungsmotoren gab es auch bei Elektroautos nicht nur einen Erfinder. Ihr Auftreten und ihre Entwicklung lassen sich eher als eine Reihe von Entdeckungen und Erfindungen sehen, die schließlich zu dem führten, was wir heute als Elektroauto kennen.
Die Entdeckung der Elektrizität auf der einen Seite und eine verlässliche wiederaufladbare Batterie auf der anderen Seite bildeten die Grundlage für den Bau eines Elektroautos.
Anyos Jedlik, ein ungarischer Erfinder, entwickelte 1828 einen Elektromotor. Mit dieser Erfindung entwickelte er auch einen Beweis des Konzepts, die Elektrizität als Transportmittel zu nutzen, indem er ein Fahrzeug konstruierte.
Wenig später, im Jahr 1834, baute der Vermont-Schmied Thomas Davenport ein weiteres Modell eines Elektrofahrzeugs, das auf einer elektrischen Schiene fahren konnte.
So beeindruckend diese ersten Versuche auch waren, ihnen fehlte eine wiederaufladbare Energiequelle, und daher war ihr Nutzungspotenzial begrenzt. Die Welt musste bis 1859 warten, als der französische Physiker Gaston Planté die Bleisäure-Batterie erfand.
Die Technologie wurde weiter verbessert durch Camille Alphonse Faure, der 1881 die Kapazität der Batterie deutlich erhöhte, wodurch eine industrielle Produktion von Batterien möglich wurde.
Zeitachse der Erfindung der Elektroautos
Wie wir gesehen haben, war die Entstehung des Elektroautos eher eine Abfolge von Ereignissen als ein einzelnes Ereignis. Es gibt daher mehrere Anwärter darauf, wer das erste Elektroauto gebaut hat.
Erste Prototypen (1834-1867)
Eine interessante Entwicklung bei den Elektroautos wurde 1834 von Professor Sibrandus Stratingh aus Groningen, Niederlande, realisiert. Gemeinsam mit seinem Assistenten schufen sie ein kleines Elektrofahrzeug, das von primären, nicht aufladbaren Zellen gespeist wurde. Stratingh konnte sein Auto jedoch nicht weiterentwickeln, da er 1841 verstarb.
Wenig später, im Jahr 1867, stellte der österreichische Erfinder Franz Kravogl seinen Prototyp eines Fahrzeugs auf der Pariser Weltausstellung aus. Es war ein zweirädriges Fahrzeug mit Elektromotor, aber es war nicht zuverlässig genug, um gefahren zu werden.
Erster praktik Elektroauto (1881-1884)
Im Jahr 1881 testete Gustave Trouvé ein dreirädriges Fahrzeug durch die Straßen von Paris. Dies war der erste äußere Elektromotor als Antriebsmechanismus seines Coventry-Rotary-Trikes. Obwohl dies keine zentrale Erfindung auf dem Weg zu einem vollständigen Elektroauto war.
Erst 1884 baute der britische Erfinder Thomas Parker (der auch ein unterirdisches Stromnetz in London errichtet hatte) das erste Serien-Elektroauto. Parker betrieb das Fahrzeug mit eigenen wiederaufladbaren Hochleistung-Batterien.
Kommerzieller Erfolg (1894-1895)
Der erste erfolgreiche Elektrofahrzeug, The Electrobat, wurde 1894 vom Maschinenbauingenieur Henry G. Morris und dem Chemiker Pedro G. Salom in Pennsylvania entwickelt. Es war ein langsames, schwerfälliges Gerät mit Stahlrädern, das das Gewicht und eine große Bleibatterie tragen musste.
Auch in den USA entwickelte William Morrison aus Des Moines, Iowa, ein Elektroauto, das sechs Passagiere aufnehmen konnte und eine Höchstgeschwindigkeit von 23 km/h erreichen konnte.
1895 begannen Verbraucher, diese neue Technologie zu bemerken, nachdem A. L. Ryker Dreiräder in den USA eingeführt hatte.
Die goldene Ära der Elektroautos (1895-1910)
Andere Erfinder und Ingenieure entwickelten in diesem Zeitraum eine Reihe weiterer Modelle, was schließlich zu einer elektrische Automobilentwicklung führte, einschließlich eines Fahrzeugs, das am 18. Dezember 1898 einen Weltrekord in der Höchstgeschwindigkeit aufstellte.
Die Taxis mit Elektroantrieb begannen 1897 in London verfügbar zu werden, dank Walter C. Bersey, der zu der Zeit ein Taxisunternehmen betrieb.
Trotz der Vorteile gegenüber Benzinfahrzeugen jener Zeit hinderte das mangelnde elektrische Infrastruktursystem die breite Akzeptanz durch Verbraucher. Tatsächlich führten diese Faktoren und weitere dazu, dass Elektrofahrzeuge gegen 1910 aus dem Markt gedrängt und schließlich fast verschwanden. Die Zukunft gehörte den Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor – zumindest bis zur Ölkrise der 1970er Jahre.
General Motors und das erste moderne Elektroauto
Obwohl General Motors schon Mitte der 1960er Jahre mit einem Elektrofahrzeug experimentierte – dem Electrovair – kam dieses Fahrzeug nie in die Serienproduktion. Electrovair basierte auf dem Corvair (Modell 1966) und wurde mit einem Silber-Zink-Batteriepaket betrieben, das 532 Volt liefern konnte.
Nach einigen Jahrzehnten entschied GM, es erneut zu versuchen. Das erste moderne Serien-Elektroauto von einem großen Hersteller, der GM EV1, wurde Mitte der 1990er Jahre entwickelt. Der EV1 war das erste serienmäßig hergestellte Elektroauto eines führenden Herstellers.
Dieses Auto gewann einige bedeutende Auszeichnungen:
- Es war das erste Fahrzeug von General Motors, das von Grund auf als EV konzipiert wurde
- Der EV1 war das erste und einzige Serienfahrzeug, das unter der Marke General Motors verkauft wurde und nicht eine ihrer Divisionen
Die Entscheidung von General Motors, EV1 zu entwerfen und zu bauen, wurde stark vom California Air Resources Board (CARB) beeinflusst, das eine Forderung verabschiedete, amerikanische Hersteller dazu zu bewegen, emissionsfreie Fahrzeuge zu entwickeln, um ihr Geschäft im Bundesstaat Kalifornien fortsetzen zu dürfen.
Tesla und die Revolution der modernen Elektroautos
Tesla Motors brachte 2008 das erste Elektroauto auf den Markt, den Roadster. Dieses Fahrzeug markierte eine Revolution in der modernen Ära des Elektrofahrzeugs und setzte auf modernste Batterie- und Antriebstechnologie.
Der Roadster war ein Batterie-Elektrofahrzeug (BEV) und das erste legale, serienmäßig hergestellte Auto überhaupt, das eine Lithium-Ionen-Batterie als Energiequelle verwendete. Es war außerdem das erste voll elektrische Auto, das mehr als 320 km mit einer einzigen Ladung fahren konnte und eine Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h erreichen konnte.
Es war auch das erste Serienfahrzeug, das ins All gebracht wurde. Im Februar 2018 diente es als Nutzlast für den Falcon Heavy-Testflug. Eine in einem Raumanzug gekleidete Mannequin namens Starman nahm hinter dem Steuer Platz.
In den Jahren 2008–2012 wurden über 2450 Roadster in mehr als 30 Ländern weltweit verkauft.
Die ersten Hybridfahrzeuge der Geschichte
Eine naheliegende Antwort, die vielen auf der Zunge liegt, wäre der Toyota Prius. Leider ist dies jedoch nicht die korrekte Antwort.
Laut Aufzeichnungen wurde das erste Hybridfahrzeug viel früher entwickelt. Im Jahr 1889 wurde ein benzin–elektrischer Hybrid-Lkw entworfen von William H. Patton.
Obwohl es nicht als Auto gemäß unserer Definition gilt, ist es dennoch ein interessantes Konzept.
Wenig später, im Jahr 1901, während er bei der Lohner-Pfaffagfabrik arbeitete, entwickelte Ferdinand Porsche den Mixte. Dabei handelte es sich um eine Hybridvariante mit Allradantrieb des elektrischen Fahrgestells System Lohner-Porsche, das auf der Pariser Weltausstellung vorgestellt wurde.
Mixte gilt allgemein als das erste Hybridauto der Welt. Die anfänglichen Prototypen dieses Modells hatten Antrieb an zwei Rädern, wurden von Batterien gespeist und hatten zwei Motoren, die an den Naben der Vorderreifen montiert waren.
Einige sagen, dass die Ehre des ersten Hybrids einem Auto zukommt, das im Jahr 1905 von Henri Piper, einem deutsch-belgischen Erfinder, entwickelt wurde. Dieser fertigte sein eigenes Hybridfahrzeug, das aus einem Elektromotor, einem Generator, Batterien und einem kleinen Benzinmotor bestand.
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