Elektrofahrzeuge
Elektroautos werden von einem oder von mehreren Elektromotoren angetrieben. Die Energie für den Motor kommt meistens aus einer Batterie. Hier spricht man von einem batterieelektrischen Auto oder BEV (Battery Electric Vehicle).
Elektromotoren haben viele Vorteile gegenüber Verbrennungsmotoren. Da sie leicht und kompakt sind, können Elektromotoren flexibel an der Vorder- und Hinterachse eingebaut werden. Ihr breites Drehzahlband macht in den meisten Fällen ein Schaltgetriebe überflüssig. Die Kupplung zum Anfahren fällt auch ganz weg, da Elektromotoren aus dem Stillstand ohne Leerlauf ein Drehmoment erzeugen können. Dieses gleichmässige Drehmoment verursacht kaum Vibrationen oder Lärm, ist innert Millisekunden abrufbar und lässt sich sogar von der Steuerung umkehren, um das Fahrzeug abzubremsen. In diesem Rekuperationsmodus arbeitet der Motor als Generatorbremse und speist die Energie zurück in die Batterie.
Ihre grösste Trumpfkarte haben Elektroautos bei der Effizienz: Betankt man ein Elektroauto mit Netzstrom für zehn Franken, gehen davon mehr als sieben Franken an die Räder. Beim Verbrennungsmotor sieht es umgekehrt aus: Von zehn Franken Benzin werden mehr als sieben in Abwärme umgewandelt.
Brennstoffzellenfahrzeuge
Brennstoffzellenfahrzeuge oder FCEV (Fuel Cell Electric Vehicles) sind Elektroautos, die mit einem Brennstoff statt direkt mit Strom betankt werden. Es existieren zwar unterschiedliche Zellentypen für Stoffe wie Methanol oder Methan, der wichtigste Typ ist aber bei weitem die Wasserstoff-Brennstoffzelle.
Im Brennstoffzellenauto wird Wasserstoff aus einem Hochdrucktank mit Sauerstoff aus der Luft kombiniert, um Strom zu erzeugen. Das einzige Abfallprodukt dabei ist Wasser. Eine kleine Batterie bietet Speicherkapazität für die regenerative Bremse und unterstützt die Brennstoffzelle beim starken Beschleunigen. Sie ist aber viel kleiner als beim batterieelektrischen Auto.
Der Vorteil von Wasserstoff gegenüber Batterien liegt im Gewicht und der Befüllungszeit. Besonders bei Autos mit hoher Reichweite sind Lithium-Ionen-Batterien sehr schwer, was zu erhöhtem Verbrauch und weniger Nutzlast führt. Allerdings bringt das extrem flüchtige und entzündbare Gas andere technische Hürden mit sich. Damit die Tanks nicht zu viel Platz im Auto einnehmen, muss der Wasserstoff auf 700 bar komprimiert werden. Zudem gehen bei der Wasserstoffproduktion ungefähr 40% und bei der Umwandlung in der Brennstoffzelle nochmals ca. 50% der Energie verloren: Schlussendlich braucht ein Brennstoffzellenauto pro Kilometer etwa dreimal so viel Strom wie ein batterieelektrisches Auto.
Hybridfahrzeuge
Hybridfahrzeuge kombinieren mehrere Antriebstechnologien, um ihre Effizienz oder ihre Leistung zu steigern. Es existieren viele unterschiedliche Ausführungen vom Hybridantrieb. Beim Auto besteht er grundsätzlich aus einem Verbrennungsmotor mit Kraftstofftank und einem Elektromotor mit einer Batterie. Dabei wird zwischen Mikro-, Mild- und Voll-Hybriden unterschieden.
Alle drei Konzepte haben gemeinsam, dass sie über ein Start-/Stop-System verfügen und durch Rekuperation einen Teil der Bremsenergie zurückgewinnen können. Im Gegensatz zum Mikro-Hybrid unterstützt der Elektromotor im Mild- und Voll-Hybrid den Verbrennungsmotor beim Fahren und spart so Kraftstoff. Zusätzlich kann der Elektromotor als Leistungssteigerung eingesetzt werden – beispielsweise um Schaltvorgänge zu überbrücken oder um den Turbolader zu unterstützen (sog. Boosting-Betrieb). Im Vergleich zum Mikro- und Mild-Hybrid kann der Voll-Hybrid geringe Reichweiten von 1 bis 5 Kilometer vollelektrisch zurücklegen.
Plug-in-Hybrid
Autos mit einem Plug-in-Hybridantrieb, abgekürzt PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle), sind dafür ausgelegt, grössere Strecken rein elektrisch zu fahren. In der Regel haben sie eine Reichweite von 30 bis 80 Kilometern, bevor der Verbrennungsmotor einspringen muss. Wie der Name schon sagt, haben PHEV einen Stecker, um ihre Batterie über das Stromnetz aufzuladen. Sie sind somit in der Lage, alltägliche Strecken ohne jeglichen Kraftstoffverbrauch zu überwinden, vorausgesetzt sie werden auch konsequent täglich aufgeladen.
Range Extender
Der Range Extender ist nichts anderes als ein Generator, der bei Bedarf die Reichweite eines Elektroautos erhöht. In der Regel handelt es sich dabei um einen kleinen Verbrennungsmotor, der aber mechanisch nur mit einem Generator und nicht mit dem Antrieb verbunden ist. Man spricht hier auch von einem seriellen Hybridantrieb.
Verbrenner
Benzinfahrzeuge
Benzinfahrzeuge nutzen im Ottomotor die Verbrennungswärme von Benzin, um ihre Räder anzutreiben. Benzin ist ein raffiniertes Erdölprodukt und besteht je nach Gemisch aus Hunderten Bestandteilen. Im Motor wird das Benzin fein zerstäubt und mit Luft vermischt. Das Gemisch wird anschliessend verdichtet und mit einem Funken entzündet. Die resultierende Verbrennung erzeugt sehr viel Druck, welcher dazu dient, einen Kolben anzutreiben. Zuletzt werden die heissen Abgase aus dem Motor ausgestossen und der Prozess beginnt wieder von vorne. Wegen dieser vier Schritte – Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstossen – bezeichnet man diese Art von Motor als Viertaktmotor.
Dieselfahrzeuge
Ein Dieselmotor ist wie der Ottomotor eine Verbrennungsmaschine. Auch Diesel ist ein raffiniertes Erdölprodukt, er besteht aber aus schwereren Molekülen als Benzin und enthält deshalb mehr Energie pro Liter. Der primäre Unterschied zwischen den beiden Motoren ist die Art, wie Kraftstoff zugeführt und entzündet wird. Im Gegensatz zum Ottomotor, wo das Beimischen von Benzin vor der Verdichtung erfolgt, wird beim Dieselmotor zuerst die Luft stark komprimiert und erst dann der Kraftstoff zugeführt. Die Verdichtung im Dieselmotor ist so hoch, dass die Luft heiss genug wird, um den eingespritzten Diesel ohne zusätzlichen Zündfunken zu entzünden.