Alle Elektromotoren benötigen eine Energiequelle oder Ladestation als Stromversorgung. Dabei wird dann der elektrische Strom in mechanische Energie umgewandelt. Im Regelfall benötigt man zum Aufladen eines E-Autos eine Wall Box, eine herkömmliche Haushaltssteckdose oder eine Ladesäule.
Wie ein Elektromotor überhaupt funktioniert
Im Grunde genommen wandelt der Motor eines E-Autos den Strom aus der Batterie in mechanische Energie um. Hierfür sind ein beweglicher Teil (Rotor) und ein fester magnetischer Teil (Stator) zuständig. Der Strom macht den Rotor erst magnetisch. Sind bei der elektrischen Aufladung zwei Plus-Pole einander zugewandt, stoßen sie sich ab. Das hat den Effekt, dass der bewegliche Teil des Elektromotors zu drehen anfängt.
Damit man diese Funktion eines Elektromotors versteht, benötigt man nur einige Grundkenntnisse im Magnetismus. Unterschiedliche Pole ziehen sich an, gleiche Pole stoßen sich ab. Somit ist es mit elektrischem Strom möglich, ein Teil magnetisch zu machen, welches normalerweise nicht magnetisch geladen ist. Je nachdem in welche Richtung der Strom fließt, kann auch die Polarität beeinflusst werden. Die Stromrichtung wechselt automatisch bei jeder halben Umdrehung. Das stellt sicher, dass die Maschine durchweg in Bewegung bleibt. So kann sie nicht am Totpunkt stehen bleiben.
Auch Blei-Säure-Batterien sind Bestandteil eines E-Autos
Vor allem für Kurzstrecken ist die Elektromobilität ein Megatrend der Zukunft. Natürlich denkt man bei einem Elektroauto zunächst an die bekannte Lithium-Ionen-Antriebsbatterie. Aber wussten Sie, dass jedes E-Auto auch zusätzlich noch eine 12V Blei-Säure-Bordnetzbatterie benötigt?
Die eingebauten Hochvolt-Antriebsbatterien mit der Lithium-Ionen-Technologie haben zumeist eine Nennspannung von 288 bis weit über 400 V. Der Porsche Taycan ist das erste E-Auto mit einer 800 V Bordnetzspannung. Gerne wird aber übersehen, dass jedes E-Auto auch mit einer 12V Blei-Säure-Batterie ausgestattet wird.
Bisher kommt kein Elektrofahrzeug ohne die Blei-Säure-Batterie aus. Sie ist Voraussetzung für die ordnungsgemäße Versorgung des Bordnetzes. Auch renommierte Fahrzeughersteller wie BMW setzen auf eine 12 V-Batterie zur Bordnetzversorgung. Die Blei-Säure-Batterie stabilisiert auh das Brodnetz.
Je nach Autohersteller kommen zum Thema Technologie konventionelle Batterien zum Einsatz. Manchmal greifen Sie jedoch auch auf AGM- bzw. EFB-Batterien zurück. EFB bedeutet: Enhanced Flooded Battery (zyklenfeste Starterbatterie). AGM steht für Absorbent Glass Mat. Ein Glasvlies saugt bei dieser Batterie die Säure auf und bindet sie.
Die Hauptaufgaben einer Bordnetzbatterie im E-Auto
12V Bordnetzversorgung
Viele Verbraucher in E-Autos arbeiten natürlich auch mit einer 12V Spannung, wie beispielsweise das Innenlicht, Instrumente, Zentralverriegelung usw. Diese Teile wurden über Jahrzehnte immer weiter entwickelt und kommen in zahlreichen neuen Autos zum Einsatz, egal ob E-Auto oder Verbrenner. Da ist es nur allzu verständlich, dass die E-Auto-Hersteller diese Teile nicht neu entwickeln wollen. Zumal sie ohnehin nicht viel Leistung benötigen. Deshalb ist das 12V Bordnetz auch in E-Autos gesetzt. Grund dafür ist, dass die Blei-Säure-Batterien eine gute Verfügbarkeit und Stabilität besitzen, weshalb sie in allen E-Autos für das Bordnetz eingesetzt werden. Zwar übernimmt diese Bordnetzbatterie keine Starterfunktion, versorgt aber sämtliche 12V Verbraucher im Auto damit. Dazu zählt auch der Bordcomputer, der letzten Endes die Hochvoltbatterie steuert.
Sicherheit erfordert Redundanz
Die 12V Bordnetzbatterie hat nämlich noch eine ganz andere Funktion: Sie dient als Puffer, damit funktionale Sicherheitsaspekte redundant bleiben. Bei einem E-Auto muss nämlich auch sichergestellt werden, dass die Servolenkung weiter läuft, wenn der Motor aus ist. Die Manövrierfähigkeit muss erhalten bleiben. Nicht nur bei den E-Autos arbeitet die Servolenkung heutzutage elektrisch. Die 12V Bordnnetzbattterie versorgt auch die kritischen Fahrassistenzsysteme. Hierfür hat sich in der internationalen Automobilindustrie der englische Ausdruck „Adaptive Cruise Control (ACC)“ etabliert. Dies bedeutet so viel wie „Adaptive Geschwindigkeitsregelung“. Im Vordergrund stehen hier oftmals Sicherheitsaspekte, aber auch der Zuwachs des Fahrkomforts. Auch ein wichtiger Aspekt: die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit.
Hochvoltsicherheit
Zunächst einmal muss die Hochvoltsicherheit gegeben sein, damit man auf den Hochvoltakku zurückgreifen kann. Um dies zu überprüfen, müssen die Steuergeräte in Betrieb sein. Diese wiederum ziehen ihre komplette Energie aus der 12V Bordnetzbatterie auf Blei-Säure-Basis. Wenn diese Batterie entladen ist, kann auch der Bordcomputer nicht hochfahren. Das heißt, dass der Frequenzumrichter nicht mehr gesteuert werden kann und somit ein Start des Fahrzeugs unmöglich ist.
Durchführung einer Zustandsänderung
Eine zweite Energiequelle ist erforderlich, um aus dem Zustand „Hochvolt aus“ in den Zustand „Fahrzeug steht“ zu gelangen. Hierzu werden benötigt: Licht, Bremse, Scheibenwischer, Lenkung usw. Dies ist eine entscheidende Sicherheitsanforderung. Sämtliche dieser Funktionen müssen einwandfrei funktionieren, um das Hochvoltsystem im Sicherheitsfall auszuschalten, während das Auto bei voller Fahrt ist. Weiterhin bei abgeschaltetem Hochvoltsystem funktionieren Radio bzw. Soundsystem und die Türschließanlage.
Die Bordnetzbatterie austauschen
Je nach E-Auto-Hersteller muss die Bordnetzbatterie alle 2 bis 3 Jahre ausgewechselt werden. Sie ist eines der relevantesten Bauteile überhaupt. Einmal angenommen, das Hochvoltsystem würde nachts auf der Autobahn bei Tempo 130 abgeschaltet werden, muss trotzdem noch die Bordnetzbatterie für die Fahrzeugbeleuchtung usw. zuverlässig versorgt werden. Spätestens wenn im Bordcomputer die Fehlermeldung „ELEC System prüfen“ erscheint, sollte unverzüglich die Bordnetzbatterie ausgetauscht werden. Oftmals erscheint die Fehlermeldung auch in Kombination mit der roten Batteriewarnleuchte. Beim Batteriewechsel besteht eine gewisse Reihenfolge, die es unbedingt einzuhalten gilt.
Zu beachten:
Es sollte keinesfalls eine herkömmliche Nassbatterie im E-Auto verbaut werden, wenn das E-Auto serienmäßig mit einer AGM- bzw. EFB-Batterie ausgestattet wurde. Hier sollte unbedingt auch wieder eine AGM- bzw. EFB-Batterie eingebaut werden, und zwar in ähnlicher Leistungsklasse und identem Gehäuse. Keine Auswirkungen auf optimale und sichere Bordnetzversorgung haben geringe Abweichungen was die Kapazität bzw. den Kaltstart betreffen.
Starthilfe vom E-Auto?
Etwas skurril: Die 12V Batterie erlaubt den E-Autos, Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor Starthilfe zu geben. Dazu muss die Hochvoltbatterie noch nicht einmal mit dem Netz des Autos verbunden sein. Natürlich wäre es hilfreich, die Hochvoltbatterie zu aktivieren, wenn der Starthilfeprozess ziemlich lange dauert. Sonst kann es nämlich passieren – genauso wie bei Verbrennern – dass sich die 12V Batterie zu stark entlädt, weil die Lichtmaschine und der Motor nicht laufen. Sollte jemand einmal mit dem Porsche Taycan Starthilfe geben müssen: Die 12V-Batterie befindet sich ziemlich mittig vor der Spritzwand, verdeckt von einer Abdeckung. Wird diese Abdeckung abgenommen, findet sich hier, wie beim Verbrenner, ein Klemmpunkt mit einer roten Kappe. Dann muss nur noch das schwarze Kabel an einen Massepunkt geklemmt werden.
Sie begeistern sich für Elektro-Mobilität?
- Dann finden Sie hier einen Überblick über alle am WIFI angebotenen Bildungsveranstaltungen im Bereich Elektromobilität und KFZ-Technik.
- Beratung und Buchung auch unter Tel. 0316-602-1234
Fotos: Adobe Stock