Wie funktioniert ein Elektroauto? Einfach erklärt

Elektrisch fahren klingt einfach, doch wie funktioniert ein Elektroauto eigentlich genau? Dieser Artikel erklärt Schritt für Schritt, wie die Komponenten eines E-Autos zusammen spielen und warum diese Technik so effizient ist.

Was ist ein Elektroauto und wie funktioniert es?

Ein Elektroauto ist ein Fahrzeug, das von einem Elektromotor angetrieben wird und seine Energie aus einer Hochvoltbatterie bezieht. Im Gegensatz zum Verbrenner gibt es keinen Kraftstofftank, keine Abgasanlage und kein mehrstufiges Getriebe.

So funktioniert der Antrieb in vier Schritten:

1. Die Hochvoltbatterie speichert elektrische Energie als Gleichstrom. Sie sitzt im Unterboden des Fahrzeugs und liefert Spannungen zwischen 400 und 800 Volt.
2. Beim Gasgeben fließt Strom zur Leistungselektronik. Der Inverter wandelt den Gleichstrom in Wechselstrom um und regelt, wie viel Energie der Motor erhält.
3. Der Elektromotor erzeugt aus dem Wechselstrom eine Drehbewegung. Das volle Drehmoment steht dabei sofort zur Verfügung.
4. Das einstufige Getriebe überträgt die Kraft direkt an die Räder. Ein Schalten zwischen Gängen ist nicht nötig.

Das Besondere dabei: Der Motor liefert sein maximales Drehmoment sofort beim Anfahren. Deshalb beschleunigen Elektroautos so kraftvoll aus dem Stand. Beim Bremsen funktioniert der Vorgang umgekehrt: Der Motor wird zum Generator, wandelt Bewegungsenergie zurück in Strom und lädt die Batterie wieder auf. Diesen Vorgang nennt man Rekuperation.

Alle Komponenten arbeiten nahezu geräuschlos zusammen. Das Ergebnis ist ein leises, vibrationsarmes Fahrerlebnis mit hoher Effizienz.

Wie ist ein Elektroauto aufgebaut?

Elektroautos nutzen die sogenannte Skateboard-Architektur, bei der die Batterie flach im Unterboden des Fahrzeugs liegt. Der Elektromotor sitzt je nach Modell an der Vorder- oder Hinterachse, bei Allradfahrzeugen auch an beiden.

Diese Bauweise bringt mehrere Vorteile: Der Schwerpunkt liegt tief und mittig, was das Fahrverhalten verbessert und die Kurvenstabilität erhöht. Gleichzeitig entsteht mehr Platz im Innenraum, weil kein Mitteltunnel für Getriebe oder Kardanwelle nötig ist. Viele Elektroautos haben deshalb einen zusätzlichen Stauraum unter der Fronthaube, den sogenannten Frunk (Front-Trunk).

Die kompakte Bauweise des Antriebsstrangs ermöglicht außerdem kürzere Überhänge und einen größeren Radstand. Das wirkt sich positiv auf das Raumangebot und die Unfallsicherheit aus. Die Batterie im Unterboden fungiert als strukturelles Element und verstärkt die Karosserie.

Welche Komponenten hat ein Elektroauto?

Ein Elektroauto besteht aus vier Hauptkomponenten, die im Zusammenspiel den Antrieb ermöglichen:

Zusätzlich gibt es ein 12-Volt-Bordnetz für Licht, Steuergeräte und Infotainment sowie ein Thermomanagement-System, das Batterie und Elektronik auf optimaler Temperatur hält. Ein Onboard-Ladegerät wandelt beim Laden an der Wallbox den Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom für die Batterie um.

Wie funktioniert der Elektromotor im E-Auto?

Der Elektromotor wandelt elektrische Energie in eine Drehbewegung um und treibt damit die Räder an. Das Grundprinzip basiert auf magnetischen Kräften zwischen zwei Bauteilen: dem feststehenden Stator und dem rotierenden Rotor.

Der Stator besteht aus Kupferwicklungen, die ein elektromagnetisches Drehfeld erzeugen, wenn Strom durch sie fließt. Der Rotor in der Mitte folgt diesem Drehfeld und dreht sich. Je nach Motortyp arbeitet der Rotor mit Permanentmagneten oder wird selbst elektromagnetisch erregt.

Der große Vorteil gegenüber Verbrennungsmotoren: Das maximale Drehmoment steht sofort bei der ersten Umdrehung zur Verfügung. Es gibt keine Anlaufphase und kein Hochdrehen bis zur optimalen Drehzahl. Deshalb fühlt sich die Beschleunigung eines Elektroautos so direkt und kraftvoll an.

Elektromotoren arbeiten zudem in beide Richtungen. Beim Bremsen wird der Motor zum Generator: Er wandelt die Bewegungsenergie zurück in elektrischen Strom und speist ihn in die Batterie ein. Diese Rekuperation erhöht die Reichweite um 10–20 %, je nach Fahrstil und Streckenprofil.

Wie funktioniert der Antriebsstrang im E-Auto?

Der Antriebsstrang besteht aus Leistungselektronik und Getriebe. Beide Komponenten sind deutlich einfacher aufgebaut als beim Verbrenner.

Was macht die Leistungselektronik?

Die Leistungselektronik steuert den gesamten Energiefluss zwischen Batterie und Motor. Der Inverter wandelt den Gleichstrom aus der Batterie in Wechselstrom um und regelt, wie viel Energie der Motor erhält. Beim Bremsen kehrt sich der Vorgang um: Der Inverter speist den vom Motor erzeugten Strom zurück in die Batterie.

Der DC/DC-Wandler versorgt das 12-Volt-Bordnetz mit Strom für Licht, Steuergeräte und Infotainment. Moderne Leistungselektronik arbeitet mit Siliziumkarbid-Halbleitern (SiC), die schneller schalten, weniger Wärme erzeugen und die Reichweite erhöhen.

Warum reicht ein einstufiges Getriebe?

Elektroautos kommen mit einem einstufigen Getriebe aus, weil der Motor über den gesamten Drehzahlbereich konstante Leistung liefert. Das volle Drehmoment steht sofort zur Verfügung, ein Schalten ist nicht nötig. 

Der Grund liegt in der Drehmoment-Charakteristik des Elektromotors. Während ein Verbrennungsmotor erst bei einer bestimmten Drehzahl seine maximale Kraft erreicht, steht beim Elektromotor das volle Drehmoment sofort zur Verfügung. Von 0 bis etwa 10.000 Umdrehungen pro Minute bleibt die Leistungsentfaltung nahezu konstant. Ein mehrstufiges Getriebe würde hier keinen Vorteil bringen

Diese einfache Konstruktion bringt folgende Vorteile:

• Weniger bewegliche Teile bedeuten weniger Verschleiß und geringere Wartungskosten.
• Das Getriebe ist kompakter und leichter als ein Schaltgetriebe oder Automatik.
• Es gibt keine Kraftschlussunterbrechung beim Gangwechsel, die Beschleunigung bleibt unterbrechungsfrei.
• Eine Kupplung im klassischen Sinne entfällt vollständig.

Wie ist die Batterie eines Elektroautos aufgebaut?

Die Hochvoltbatterie eines Elektroautos besteht aus vielen einzelnen Zellen, die zu Modulen zusammengefasst und in einem geschützten Gehäuse im Fahrzeugboden verbaut sind. Sie ist die größte, schwerste und teuerste Komponente des Fahrzeugs.

Der Aufbau folgt einer hierarchischen Struktur:

Zellen: Die kleinste Einheit der Batterie. Jede Zelle enthält eine Anode, eine Kathode und einen Elektrolyten. In Elektroautos kommen fast ausschließlich Lithium-Ionen-Zellen zum Einsatz. Sie bieten eine hohe Energiedichte bei vergleichsweise geringem Gewicht.

Module: Mehrere Zellen werden zu einem Modul zusammengeschaltet. Das Modul enthält Sensoren zur Überwachung von Temperatur und Spannung sowie Verbindungen zur Kühlung.

Batteriepack: Alle Module zusammen bilden das Batteriepack. Es ist von einem stabilen Gehäuse umgeben, das die Zellen vor Stößen, Feuchtigkeit und Beschädigung schützt. Das Gehäuse dient gleichzeitig als strukturelles Element der Karosserie.

Das Batterie-Management-System (BMS) überwacht den Zustand jeder einzelnen Zelle. Es steuert Lade- und Entladevorgänge, sorgt für eine gleichmäßige Belastung aller Zellen und schützt vor Überladung, Tiefentladung und Überhitzung. Ohne das BMS wäre ein sicherer Betrieb der Hochvoltbatterie nicht möglich.

Typische Batteriekapazitäten liegen heute zwischen 50 und 100 kWh. Die Spannung beträgt je nach Fahrzeug 400 oder 800 Volt. Systeme mit 800 Volt ermöglichen schnelleres Laden und geringere Energieverluste.

Wie funktioniert das Thermomanagement im E-Auto?

Das Thermomanagement hält Batterie, Motor und Leistungselektronik in einem optimalen Temperaturbereich zwischen 20 und 40 °C. In diesem Fenster arbeiten alle Komponenten am effizientesten und leben am längsten.

Die meisten Elektroautos nutzen eine aktive Flüssigkeitskühlung. Ein Kühlmittel zirkuliert durch Kanäle im Batteriegehäuse und transportiert überschüssige Wärme ab. Im Winter kann das System die Batterie vorheizen, um schnelles Laden und optimale Leistung zu ermöglichen.

Moderne Fahrzeuge verknüpfen alle Kühlkreisläufe intelligent: Die Abwärme von Motor und Elektronik kann im Winter die Batterie oder den Innenraum heizen. Diese Wärmepumpen-Funktion verbessert die Reichweite bei kalten Temperaturen um 10–15 %.

Welche Sicherheitssysteme schützen das Hochvoltsystem?

Das Schutzgehäuse der Batterie, automatische Notabschaltung und Isolationsüberwachung schützen Insassen und Rettungskräfte vor den hohen Spannungen. Bei einem Unfall trennen elektromagnetische Schalter die Batterie innerhalb von Millisekunden vom Rest des Fahrzeugs.

Das Batteriegehäuse aus verstärktem Stahl oder Aluminium nimmt bei einem Aufprall die Energie auf. Die Position im Unterboden bietet zusätzlichen Schutz. Ein manueller Service-Stecker ermöglicht Rettungskräften, das System sicher zu unterbrechen.

Elektroautos sind statistisch nicht häufiger von Bränden betroffen als Verbrenner.

Wie effizient funktioniert der Antrieb eines E-Autos?

Der Wirkungsgrad eines Elektroantriebs liegt bei 85–95 %, während Verbrenner nur etwa 25–35 % erreichen. Das bedeutet: Von der eingesetzten Energie kommt beim Elektroauto deutlich mehr an den Rädern an.

Der Unterschied erklärt sich durch die Energieverluste. Ein Verbrennungsmotor wandelt den größten Teil des Kraftstoffs in Wärme um, die ungenutzt über Kühler und Auspuff entweicht. Beim Elektroauto entstehen nur geringe Verluste in Batterie, Leistungselektronik und Motor.

Ein Beispiel verdeutlicht den Unterschied:

• Elektroauto: Von 100 kWh Strom kommen etwa 85–95 kWh als Antriebsenergie an den Rädern an.
• Verbrenner: Von 100 kWh Kraftstoff (etwa 10 Liter Benzin) werden nur 25–35 kWh in Bewegung umgesetzt.

Diese hohe Effizienz macht Elektroautos im Betrieb günstiger. Bei einem durchschnittlichen Verbrauch von 17 kWh pro 100 km und einem Strompreis von 32 Cent/kWh kosten 100 Kilometer etwa 5,44 €. Ein vergleichbarer Verbrenner mit 7 Litern Verbrauch liegt bei etwa 12–14 €.

Was ist Rekuperation und wie funktioniert sie?

So funktioniert Rekuperation: Bremsenergie wird zurückgewonnen und in die Batterie eingespeist. Der Elektromotor arbeitet dabei als Generator und wandelt Bewegungsenergie in elektrischen Strom um.

Der Vorgang startet automatisch, sobald das Gaspedal losgelassen wird oder die Bremse betätigt wird. Das Fahrzeug verzögert, während gleichzeitig Strom in die Batterie fließt. Die klassischen Bremsen werden erst bei stärkeren Bremsmanövern aktiv.

Die Reichweitenverbesserung durch Rekuperation hängt vom Fahrstil und Streckenprofil ab:

• Stadtverkehr: Häufiges Bremsen ermöglicht hohe Rückgewinnung, bis zu 20 % mehr Reichweite.
• Autobahn: Wenig Bremsvorgänge, die Rekuperation trägt nur 5–10 % bei.
• Bergabfahrten: Besonders effektiv, die Batterie kann sich spürbar aufladen.

Viele Elektroautos bieten verschiedene Rekuperationsstufen. Bei starker Rekuperation verzögert das Fahrzeug deutlich, sobald das Gaspedal losgelassen wird. Das ermöglicht sogenanntes One-Pedal-Driving: Beschleunigen und Bremsen funktionieren fast nur über das Gaspedal.

Wie unterscheidet sich der Aufbau von E-Auto und Verbrenner?

Ein Elektroauto hat etwa 200 bewegliche Teile im Antriebsstrang, ein Verbrenner über 1.400. Dieser Unterschied wirkt sich auf Wartung, Zuverlässigkeit und Kosten aus.

Der Verbrenner benötigt zahlreiche Komponenten, die im Elektroauto komplett entfallen: Kraftstofftank, Einspritzsystem, Zündkerzen, Auspuffanlage, Katalysator, Kupplung und mehrstufiges Getriebe. Jedes dieser Bauteile kann verschleißen oder ausfallen.

Die einfachere Konstruktion des Elektroautos bedeutet weniger Wartung und geringere Werkstattkosten. Ölwechsel, Zündkerzenwechsel und Abgasuntersuchung entfallen komplett. Auch die Bremsen halten länger, weil die Rekuperation einen großen Teil der Verzögerung übernimmt.

Die Skateboard-Architektur des Elektroautos schafft zusätzlich mehr Platz. Ohne großen Motorblock vorne entsteht ein zweiter Kofferraum (Frunk). Der flache Batterieboden ermöglicht einen ebenen Innenraum ohne Mitteltunnel.

Fazit

Ein Elektroauto ist technisch deutlich einfacher aufgebaut als ein Verbrenner: Batterie, Leistungselektronik, Motor und Getriebe arbeiten hocheffizient zusammen. Mit einem Wirkungsgrad von 85–95 % und nur 200 beweglichen Teilen im Antrieb entstehen weniger Verschleiß und geringere Wartungskosten. Die Skateboard-Architektur sorgt zusätzlich für einen tiefen Schwerpunkt und mehr Platz im Innenraum.

Und das Beste: Wer sein E-Auto mit Solarstrom vom eigenen Dach lädt, fährt nicht nur effizient, sondern auch super günstig.