Die Leistung eines Elektromotors verstehen

Verfasst von am 23.02.2021 - 3 min

Der Elektromotor unterscheidet sich in seinem Aufbau stark von Benzin- oder Dieselaggregaten, dennoch verfügt er über eine ähnliche Leistungscharakteristik wie seine Verbrenner-Geschwister. Um welche Art von Leistung es sich dabei handelt, wie sie gemessen wird und wie sie sich im Fahrbetrieb bemerkbar macht, zeigen wir Ihnen hier.

Wie beschreibt man die Leistungsabgabe von Automotoren?

In der Physik bezieht sich die Leistungsabgabe auf die Menge an Energie, die in einem bestimmten Zeitraum abgegeben wird. Übertragen auf das Automobil beschreibt sie die Menge an mechanischer Energie, die vom Motor erzeugt wird, wiederum innerhalb eines bestimmten Zeitrahmens. Sie wirkt sich auf die Beschleunigung des Fahrzeugs, die Zugkraft (das Gewicht, das es bewegen kann) und die Fähigkeit, bergauf zu fahren, aus.

Unabhängig davon, ob es sich um einen Verbrennungsmotor oder einen Elektromotor handelt, bezieht sich die Leistung der mechanischen Energie auf das Produkt aus Drehzahl (gemessen in Umdrehungen pro Minute) und Drehmoment. Ausgedrückt in Newtonmeter (Nm) beschreibt das Drehmoment die Durchzugskraft des Motors. 

Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass sich zwei Motoren mit gleicher Leistung unterschiedlich verhalten und für den Fahrer sehr unterschiedlich anfühlen können. Ein Sportwagen liefert eine Performance, die nicht mit der eines großen LKWs zu vergleichen ist, auch wenn beide die gleiche Motorleistung aufweisen!

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Wie berechnet man die Leistung, die ein Elektromotor liefert?

Ein Fahrzeughersteller kann die Motorleistung nicht einfach angeben: Sie wird in einem Testverfahren gemessen und äußert sich in der Veränderung des Drehmoments in Abhängigkeit von der Drehzahl. Der von den Automobilherstellern verwendete Wert bezieht sich in der Regel auf die maximal gemessene Leistung. Sie wird in Watt (W) und allgemeiner in Kilowatt (kW) angegeben.

Wie man die Leistung eines Elektromotors bestimmt

Wenn es um ein elektrisches System wie das in einem Elektrofahrzeug geht, wird die mechanische Leistung – angegeben in Watt (W), Kilowatt (kW) oder Pferdestärken (PS) – berechnet, indem die Drehzahl (U/min) mit dem Drehmoment (dem Rotationsäquivalent der linearen Kraft, gemessen in Pfundfuß (lb-ft) oder Newtonmeter (Nm)) multipliziert wird. Doch bevor Sie sich auf langwierige Berechnungen einlassen, finden Sie im Internet eine Reihe von Websites, auf denen Sie einfach die Drehzahl und das Drehmoment Ihres Elektrofahrzeugs eingeben, um die Leistung in Kilowatt zu berechnen. Oder Sie schauen in der Bedienungsanleitung Ihres Fahrzeugs nach.

Wie hängen Kilowatt (kW) und Pferdestärken (PS) zusammen?

“Pferdestärken” bezeichnen traditionell die Leistung eines Automotors. Die Bezeichnung stammt aus dem späten neunzehnten Jahrhundert. So wurde die Leistungsabgabe mit einer Arbeitslast gleichsetzt, die Menschen kennen und dadurch leichter verstehen können. Die Pferdestärke, abgekürzt mit PS, bezeichnet also die Leistung, die ein Pferd aufbringt, um ein 75 kg schweres Gewicht in einer Sekunde einen Meter hoch zu heben. Nach dem metrischen System entspricht sie etwa 736 W. 

Die Motorleistung eines Elektrofahrzeugs kann also gleichermaßen in kW oder PS angegeben werden. Der R135-Motor in der ZOE zum Beispiel erzeugt eine Motorleistung von 100 kW, also 135 PS – daher der Name! Sein Drehmoment wurde auf 245 Nm erhöht, im Vergleich zu 225 Nm beim 2018 eingeführten R110-Motor. Dadurch wird der ZOE beim Überholen oder Einfädeln in den Autobahnverkehr dynamischer.

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Welche Faktoren bestimmen die Leistungsabgabe eines Elektroautos?

Die Aufgabe eines Motors ist es, mechanische Energie aus einer anderen Energiequelle zu erzeugen. Seine Leistung leitet sich also von seiner maximalen Energieumwandlungskapazität ab. Im Falle eines Elektrofahrzeugs hängt die Leistung von der Größe des Motors (seinem Volumen) und der Wattzahl des ankommenden Stroms ab.

Was ist die “nutzbare” Energieabgabe eines Elektromotors?

Die Leistungsabgabe ist die Fähigkeit eines Motors, zugeführten Strom in mechanische Energie umzuwandeln. Umso mehr Energie umgewandelt werden kann, umso effizienter der Motor. 

Nicht die gesamte vom Stromnetz oder der Ladestation bereitgestellte Energie wird am Ende für den Antrieb des Motors genutzt. Sie kann auf dem Weg dorthin durch Wärme oder Reibung verloren gehen. Mit anderen Worten: Die vom Motor tatsächlich genutzte mechanische Energie ist die nutzbare Energie. Teilt man die tatsächliche Leistung eines Elektromotors durch die ideale Leistung (gleich der anfänglichen Leistungsaufnahme), erhält man den mechanischen Wirkungsgrad des Motors.

Für ein Elektrofahrzeug lässt sich die “nutzbare” Energie also berechnen, indem man die Ausgangsleistung (Drehzahl x Drehmoment) durch die Eingangsleistung dividiert und das Ergebnis in Prozent ausdrückt. Dies ist auch bekannt als die Wirkungsgradformel r=P/C, wobei P die Menge an nützlicher Leistung (“Produkt”) ist, die pro Menge C (“Kosten”) an verbrauchten Ressourcen produziert wird.

Das Ziel besteht also darin, diese Leistungsverluste zu reduzieren, um einen maximalen Wirkungsgrad zu erreichen. Auf diese Weise wird der größte Teil der in der Batterie gespeicherten Energie genutzt, um die Reichweite des Elektrofahrzeugs zu erhöhen. In dieser Hinsicht schneidet der ZOE besonders gut ab. Mit einer WLTP*-Reichweite von 395 km dank einer 52-kWh-Batterie bietet er eines der besten Verhältnisse auf dem Elektrofahrzeugmarkt über alle Segmente hinweg. 

Leistung, Verbrauch und Reichweite

Die maximale Leistungsabgabe hat jedoch keinen direkten Einfluss auf die Reichweite eines Elektroautos – hier wirkt sich der Fahrstil wesentlich stärker aus. Es geht also nicht um den effizientesten Elektroauto-Motor, sondern um das effizienteste Fahrverhalten. Starke Beschleunigung für beispielsweise zu einer Zunahme des Stromverbrauchs. Auch hohe Geschwindigkeiten belasten die Batterie erheblich. Und je höher die Geschwindigkeit, desto mehr Energie wird auch benötigt, um sie zu halten. 

Umgekehrt hält eine entspannte Fahrweise den Momentanverbrauch niedrig und macht das regenerative Bremsen effektiver. Das ist das Prinzip der Eco-Fahrweise – eine der besten Möglichkeiten, die Reichweite eines Elektroautos zu erhöhen.

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Hoe werkt een elektrisch voertuig ?

Wie können Elektromotoren an Leistung zulegen?

Während die “ideale Maschine”, die gleichviel Leistung abgeben wie aufnehmen kann, nicht existiert (nur als hypothetisches mechanisches System), gibt es Möglichkeiten, die Ausgangsleistung zu erhöhen. Je effizienter der Motor eines Elektroautos ist, desto mehr der Eingangsleistung kann in mechanische Energie für den Antrieb umgewandelt werden. 

Effizienz ist das Schlüsselwort für Elektroauto-Ingenieure und wird bei jedem Schritt des Herstellungsprozesses angewandt: von der Übertragung der Elektrizität vom Netz zum Auto (über eine Ladestation oder direkt), über die Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom, die Speicherung der Energie in der Batterie, die Rückwandlung in Wechselstrom und schließlich die Effizienz des mechanischen Motors selbst. Kurz gesagt, je effizienter ein Fahrzeug ist, desto mehr kann es die ihm zugeführte Energie nutzen, und desto kostengünstiger ist es für alle Beteiligten, vom Hersteller bis zum Fahrer.

Im Vergleich zu ihren Geschwistern mit Verbrennungsmotor sind Elektrofahrzeuge in Sachen Effizienz aber um Längen voraus. Nach Angaben des US-Energieministeriums “wandeln Elektroautos über 77 Prozent der elektrischen Energie aus dem Netz in Leistung an den Rädern um. Herkömmliche Benzinfahrzeuge wandeln nur etwa 12 Prozent bis 30 Prozent der im Benzin gespeicherten Energie in Radleistung um.” 

 

*WLTP: Worldwide Harmonised Light Vehicle Test Procedure. The standard WLTP cycle corresponds to 57% of city journeys, 25% of suburban journeys and 18% of motorway journeys.

 

Copyrights : MOUNOURY Jean-Christophe,  Renault Marketing 3D-Commerce

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