VW Magazin: Wirkungsgrad von Elektromotoren

E-Autos lohnen sich aus vielen Gründen – einer davon ist die höhere Energieausbeute der elektrisch betriebenen Fahrzeuge. Denn Elektromotoren haben im Vergleich zu Verbrennern einen deutlich besseren Wirkungsgrad. Wir erklären, was sich hinter dem Wirkungsgrad verbirgt und wie groß die Unterschiede zwischen den verschiedenen elektrischen Antrieben sind.

Das und mehr erfahren Sie über den Wirkungsgrad von Elektromotoren:

Der Wirkungsgrad gibt Auskunft darüber, wie energieeffizient ein Motor ist.
Elektroantriebe verfügen insgesamt über einen deutlich höheren Wirkungsgrad als Verbrenner.
Die verschiedenen Elektromotoren unterscheiden sich allerdings hinsichtlich ihrer Effizienz.

Was bedeutet Wirkungsgrad?

„Wie man in den Wald hereinruft, so schallt es heraus.“ Diese Redewendung wäre wünschenswert für Maschinen und Geräte aller Art, die Energie benötigen. Tatsächlich geht aber immer etwas verloren: Der Wirkungsgrad zeigt an, welcher Prozentsatz der zugefügten Energie tatsächlich für den Betrieb genutzt wird. Schließlich besteht etwa der Motor eines Elektroautos oder ein anderes technisches Gerät aus verschiedenen Komponenten, bei denen ein Teil der zugeführten Energie auf der Strecke bleiben kann. Bei kleineren Geräten, wie einem Tauchsieder, sieht die Rechnung fast optimal aus, denn von der eingesetzten elektrischen Energie geht so gut wie alles in die (Heiz-)Leistung über. Wer Wasser kocht, tut dies also mit einem Wirkungsgrad von knapp 100 %. Zum Vergleich: Bei einer Solarzelle liegt der Wirkungsgrad etwa zwischen 5 und 40 %.

Illustration: Ein Elektroauto fährt auf der Straße, im Hintergrund eine Landschaft

Auch bei Motoren für Elektroautos sieht die Rechnung vielversprechend aus. Die aus dem Akku stammende elektrische Energie lässt sich zwar nicht 1:1 auf die Straße bringen, denn es geht immer Energie zum Beispiel in Form von Wärme verloren. Allerdings gibt es hierbei große Unterschiede zu Verbrennern und die spiegeln sich im Wirkungsgrad wider. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von der Energieeffizienz eines Motors: Je höher der Wirkungsgrad, desto energieeffizienter ist er. Ein Auto mit herkömmlichem Verbrennungsmotor kommt auf einen Wirkungsgrad von etwa 20 bis 50 %, während Elektrofahrzeuge 70 bis 90 % schaffen können. Die Stromer sind somit deutlich effizienter als mit Benzin oder Diesel betriebene Fahrzeuge.

Wie unterscheiden sich Elektromotoren?

Aus 1 kW investierter Energie lassen sich im Schnitt 0,8 kW Antriebsleistung bei einem Elektrofahrzeug gewinnen. Die restlichen 0,2 kW gehen als Wärme verloren. Ein weiterer Vorteil der Stromer liegt in der Gleichmäßigkeit. Verbrenner können ihre maximale Leistung oft nur in einem bestimmten Drehzahlbereich erbringen, während E-Motoren bei nahezu jeder Drehzahl gleich gut beschleunigen.

Die unterschiedliche Effizienz bei Elektromotoren basiert auf den verschiedenen Konstruktionen. Beim Antrieb von E-Autos kommen im Grunde nur zwei Typen vor: Die etwas komplexeren Synchronmotoren und die einfachen, aber robusten Asynchronmotoren. Bei Letzteren liegt der Wirkungsgrad mit 75 bis 80 % etwas niedriger, sodass sich Synchronmotoren durchgesetzt haben, die auf einen Wert von 90 % kommen können. Kombiniert mit der Energierückgewinnung beim Bremsen und der höheren Lebensdauer von Elektromotoren, ergibt sich insgesamt eine deutlich bessere Bilanz fürs Elektroauto. Wobei es auch Systeme gibt, die beide Motorentypen intelligent miteinander kombinieren: Der ID.4 GTX (Energieverbrauch kombiniert: 18,7-16,7 kWh/100 km; CO₂-Emissionen kombiniert: 0 g/km; CO₂-Klasse: A. Angaben zu Verbrauch, CO₂-Emissionen und CO₂-Klassen bei Spannbreiten in Abhängigkeit von den gewählten Ausstattungen des Fahrzeugs.) und der ID.5 GTX (ID.5 GTX: Energieverbrauch kombiniert: 18,6-16,2 kWh/100 km; CO₂-Emissionen kombiniert: 0 g/km; CO₂-Klasse: A. Angaben zu Verbrauch und CO₂-Emissionen bei Spannbreiten in Abhängigkeit von den gewählten Ausstattungen des Fahrzeugs.) von Volkswagen mit ihren Dualmotor Allradantrieben verfügen beispielsweise über beide Motorenarten. Für den Hauptantrieb sorgt der Synchronmotor. Der Asynchronmotor wird automatisch dazugeschaltet, wenn mehr Grip oder Leistung benötigt werden.

Illustration: Wirkungsweise des Antriebs bei einem E-Auto

Wie effizient sind Elektromotoren im Vergleich zur Brennstoffzelle?

Immer wieder wird Wasserstoff als weitere Antriebs-Alternative ins Spiel gebracht. Wasserstoffbetriebene Fahrzeuge nutzen eine Brennstoffzelle, die Wasserstoff zu elektrischer Energie umwandelt. Die Brennstoffzelle selbst kann einen recht hohen Wirkungsgrad von mehr als 80 % erzielen, allerdings ist die Herstellung von Wasserstoff sehr energieaufwendig und das ist ein echter Nachteil gegenüber batterriebetriebenen E-Autos. Um die gleiche Strecke zu bewältigen, braucht es bei einem wasserstoffbetriebenen Fahrzeug zwei- bis dreimal so viel Strom wie bei einem reinen Elektroauto. Und umweltbewusst ist dies nur, wenn es sich um „grünen Wasserstoff” aus erneuerbaren Energien handelt.