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Der Grund, warum Elektromotoren Verbrennungsmotoren ersetzen und zur zentralen Antriebsquelle von Elektrofahrzeugen werden können, liegt in ihren umfassenden Vorteilen hinsichtlich Energieumwandlungseffizienz, Leistungscharakteristik, Umweltverträglichkeit sowie ihrer hohen Anpassungsfähigkeit an das Energieversorgungssystem von Elektrofahrzeugen. Diese Vorteile resultieren aus den grundlegend unterschiedlichen Funktionsprinzipien von Elektromotoren und Verbrennungsmotoren und spiegeln sich auch in ihren technischen Eigenschaften wider, die den Anforderungen moderner Mobilität gerecht werden.
I. Wesentlicher Unterschied: Das Funktionsprinzip bestimmt den Kernunterschied
Hinsichtlich ihrer Funktionsprinzipien besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen Verbrennungsmotoren und Benzinmotoren. Benzinmotoren basieren auf einem mechanischen Verbrennungszyklus: Sie saugen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch an, entzünden es im Zylinder und verbrennen es. Dabei entsteht ein Hochdruckgas, das den Kolben antreibt und die Kraft über komplexe mechanische Strukturen wie Kurbelwelle und Getriebe auf die Räder überträgt. In diesem Prozess wird chemische Energie zunächst in Wärmeenergie und anschließend in mechanische Energie umgewandelt, was zu hohen Energieverlusten führt. Zudem bedingt die Komplexität der mechanischen Struktur einen geringen Wirkungsgrad der Kraftübertragung. Das Funktionsprinzip von Verbrennungsmotoren hingegen basiert auf dem Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Mit elektrischer Energie aus der Bordbatterie erzeugt ein Strom in den Statorwicklungen ein rotierendes Magnetfeld. Die Wechselwirkung dieses Magnetfelds mit den Permanentmagneten bzw. dem induzierten Strom des Rotors erzeugt ein Drehmoment, das die Räder direkt antreibt. Der Energieumwandlungsprozess ist eine direkte Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie. Dadurch entfallen komplexe mechanische Zwischenglieder, und die Energieeffizienz wird grundlegend verbessert.
II. Kernvorteil 1: Ein qualitativer Sprung in der Energieumwandlungseffizienz
Der enorme Unterschied in der Energieumwandlungseffizienz ist der Hauptgrund dafür, dass Motoren zur zentralen Antriebsquelle geworden sind. Der thermische Wirkungsgrad herkömmlicher Verbrennungsmotoren liegt üblicherweise zwischen 20 % und 40 %, was bedeutet, dass der größte Teil der Kraftstoffenergie als Wärme im Abgas- und Kühlsystem verloren geht. Im Gegensatz dazu erreichen Fahrzeugantriebsmotoren in der Regel einen Wirkungsgrad von 85 % bis 95 %, und einige hochwertige Permanentmagnet-Synchronmotoren können sogar stabil über 90 % Wirkungsgrad halten. Das bedeutet, dass Motoren bei gleichem Energieeinsatz mehr Leistung abgeben können, was sich direkt im Reichweitenvorteil von Elektrofahrzeugen widerspiegelt. Bei gleicher Kapazität der Antriebsbatterie können hocheffiziente Motoren die Reichweite des Fahrzeugs deutlich erhöhen und die Reichweitenangst der Nutzer mindern.
III. Kernvorteil 2: Die Leistungscharakteristik erfüllt die Fahranforderungen
Die hervorragenden Leistungscharakteristika von Elektromotoren ermöglichen im Vergleich zu Verbrennungsmotoren einen entscheidenden Vorteil beim Fahrgefühl. Verbrennungsmotoren leiden unter dem sogenannten „Leistungsloch“ – sie müssen eine bestimmte Drehzahl erreichen, um ihr maximales Drehmoment zu liefern. Beim Anfahren oder Beschleunigen ist oft ein Drehzahlanstieg erforderlich, was zu einer verzögerten Leistungsentfaltung führt. Elektromotoren hingegen liefern vom Startmoment an ihr maximales Drehmoment. Dank dieser verzögerungsfreien Leistungsentfaltung beschleunigen Elektrofahrzeuge schnell und gleichmäßig und bieten eine flexiblere Leistungsabgabe, egal ob im dichten Stadtverkehr oder beim Überholen auf der Autobahn. Darüber hinaus verfügen Elektromotoren über einen extrem breiten Drehzahlregelbereich, der alle Betriebszustände von niedrigen bis hohen Drehzahlen problemlos abdeckt. Sie benötigen kein komplexes Mehrganggetriebe wie Verbrennungsfahrzeuge und können die Kraft über ein einstufiges Untersetzungsgetriebe übertragen. Dies vereinfacht die Antriebsstruktur und reduziert das Risiko mechanischer Ausfälle.
IV. Kernvorteil 3: Umweltschutz und Energieanpassungsfähigkeit gestalten die Zukunft
Umweltschutz und Energieflexibilität sind weitere zentrale Vorteile, die Motoren für die zukünftige Entwicklung des Verkehrswesens prädestinieren. Verbrennungsmotoren verbrennen Benzin oder Diesel und produzieren dabei Schadstoffe wie Kohlendioxid und Stickoxide, die die Hauptquellen der Fahrzeugabgase darstellen. Motoren hingegen erzeugen im Betrieb keine Abgase, erreichen somit echte Emissionsfreiheit und tragen zum Ziel der Klimaneutralität entlang der gesamten Wertschöpfungskette bei. Gleichzeitig ist die Energiequelle von Motoren äußerst flexibel. Sie können durch saubere Energieerzeugung wie Photovoltaik, Wind- und Wasserkraft aufgeladen werden und bilden so einen grünen Kreislauf aus „sauberer Energie – elektrischer Energie – Strom“. Verbrennungsmotoren hingegen sind stark von nicht erneuerbaren Erdölressourcen abhängig.
V. Technologische Iteration: Wichtige Unterstützung für die Konsolidierung der Kernposition
Erwähnenswert ist, dass die technologische Weiterentwicklung von Fahrzeugmotoren deren zentrale Stellung weiter gefestigt hat. Moderne Permanentmagnet-Synchronmotoren verwenden Seltenerd-Permanentmagnete, wodurch sich Volumen und Gewicht deutlich reduzieren lassen, während gleichzeitig eine höhere Leistungs- und Drehmomentdichte erreicht wird. So eignen sie sich optimal für den begrenzten Bauraum von Fahrzeugen. Asynchronmotoren hingegen finden aufgrund ihrer einfachen Bauweise und geringen Kosten breite Anwendung in einigen Nutzfahrzeugbereichen. Darüber hinaus ermöglicht die intelligente Weiterentwicklung von Motorsteuergeräten (MCUs) die Anpassung von Ausgangsleistung und Drehzahl der Motoren in Echtzeit an die Fahrbedingungen und sorgt so für ein optimales Verhältnis zwischen Leistung und Energieverbrauch.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Motor dank seiner effizienten Energieumwandlung, seiner hervorragenden Leistungseigenschaften, seines umweltfreundlichen Betriebsmodus und seiner hohen Anpassungsfähigkeit an neue Energiesysteme zu einer unverzichtbaren Kernenergiequelle für Elektrofahrzeuge geworden ist. Genau diese Vorteile treiben die Automobilindustrie an, ihren Wandel vom „Zeitalter des Kraftstoffs“ zum „Zeitalter der Elektromobilität“ zu beschleunigen.
