Gleichstrom oder Wechselstrom

Möglicherweise wird 2021 als das Jahr in die Geschichte eingehen, in dem sich die Elektromobilität unumkehrbar durchsetzte. Es sind nicht mehr nur die weltverbessernden Enthusiasten und technikverliebten Early Adopter, sondern rationale Autofahrer, die sich für ein batterieelektrisches Fahrzeug entscheiden. Das Fahrzeugangebot nimmt kontinuierlich zu und die staatliche Neuwagenförderung leistet einen entscheidenden Beitrag bei der Verbreitung. Unentschlossene überzeugen sich bei der ersten Probefahrt vom neuen Fahrgefühl, egal wie stark sie an den guten Einfluss auf die Umwelt glauben. Themen wie Reichweitenangst oder die Sehnsucht nach Motoren-Sound und dem Lastwechselverhalten beim Schalten lösen sich zügig auf.
Aber ein Aspekt beschäftigt viele Elektroautofahrer auch nach der Umgewöhnung: Während die meisten eine klare Vorstellung davon haben, was ein Liter Diesel ist, bleibt der Umgang mit elektrischer Energie ein Mysterium. Eine Frage wird in diesem Zusammenhang besonders oft gestellt: Warum spricht man manchmal von Wechselstrom und von Gleichstrom und was macht das beim Elektroauto für einen Unterschied?

Unterschied Gleichstrom vs. Wechselstrom

Man spricht von einem Stromfluss, wenn elektrische Ladungsträger sich durch ein elektrisch leitfähiges Medium bewegen, getrieben durch eine sogenannte elektrische Spannung. Dabei fließen sie nach der Definition der technischen Stromrichtung vom Pluspol einer Spannungsquelle zum Minuspol. Wenn sich die Flussrichtung der elektrischen Teilchen über die Zeit nicht verändert, dann spricht man von Gleichstrom (englisch: Direct Current = DC). Bekannte Beispiele sind Batterien, Photovoltaik-Anlagen oder andere Stromquellen, die jeweils einen festen Minus- und Pluspol haben. Obwohl sich Gleichstrom auch für höhere Leistungen und die Übertragung über lange Strecken eignet, wird er heutzutage meistens im Schwachstrombereich in kleinen Geräten eingesetzt.
Bei Wechselstrom (englisch: Alternating Current = AC) hingegen ändert sich die Polung der Spannungsquelle und damit die Richtung des Stromflusses in einem festen Zeittakt. Übliche Wechselstromquellen sind zum Beispiel Generatoren in Kraftwerken und Windrädern. Durch deren Drehzahl wird indirekt die Frequenz der Richtungsänderung des Stromflusses bestimmt (50 Hz). Die Bauart der Generatoren bewirkt dabei die Verteilung der erzeugten elektrischen Energie auf drei Phasen. Drei-Phasen-Wechselstrom wird vor allem für die flächige Stromversorgung eingesetzt, weil man die Höchstspannungen aus dem Fernübertragungsnetz (bis 220 kV / 380 kV) mittels verlustarmen Transformatoren auf die geringeren Verbrauchsspannungen unserer Hausversorgung umspannen kann (Niederspannung: 220 V / 380 V).

Gleichstrom und Wechselstrom im batterieelektrischen Auto

Beide Formen der Stromversorgung haben offenbar ihre Berechtigung. Und obwohl die Umwandlung von Gleichstrom zu Wechselstrom (und umgekehrt) aufwendig ist, werden sie beide für den Betrieb eines Elektrofahrzeugs benötigt.
Das Stromnetz, welches die Energie zum Laden des Fahrzeugs anliefert, versorgt die Ladesäule mit Drei-Phasen-Wechselstrom (400 bis 1000 V).
Der Akku im E-Mobil besteht aus einer Zusammenschaltung von einzelnen Lithiumionen-Zellen, die wie jede Batterie eine Gleichstromquelle darstellen. Jede Lithiumionen-Zelle liefert dabei eine Spannung von in der Regel 4 V je nach Füllstand. Durch die Reihenschaltung der Zellen ergeben sich je nach Fahrzeugtyp eine Gesamtspannung des Akkus von 400 V oder 800 V Gleichspannung.
Der Antriebsmotor wiederum benötigt Drei-Phasen-Wechselstrom. Wechselstrommotoren können besonders effizient und verschleißarm betrieben werden und entwickeln trotz kleinem Bauraum einen großen Drehmoment und den berühmten Punch beim Anfahren, für den Elektroautos so bekannt sind.Um zu verstehen, wie und wann die Stromformen beim Auto zum Einsatz kommen, werden die wesentlichen Anwendungsfällebeschrieben: Das Laden und das Fahren.

Dies ist ein Auszug, eines Beitrags aus der Ausgabe 11 des T&Emagazins. Weitere Themen des Artikels sind:

Von der Säule zum Auto: Was passiert beim Laden? | Vom Akku zum Motor: Was passiert beim Fahren? | Was bedeutet Wechselspannung beziehunsgweise Gleichspannung für den Fahrer?

MARTIN HUND ist ein leidenschaftlicher Ingenieur, Tüftler und Visionär. Beruflich beschäftigt er sich seit mehr als 20 Jahren mit der Entwicklung von innovativen Produkten und dynamischen IT-Projekten. Er arbeitet für große Konzerne und Startups als Leader von agilen Teams und als Experte für Digitalisierung.
In seiner Freizeit baut er sich seine eigene vernetzte Welt rund um sein Tesla Model S und sein Smart Home. In seinem Blog hundhome.de kombiniert er Handwerkliches mit Elektronik und Software-Entwicklung. Bei Vorträgen und Keynotes referiert er über technische als auch unternehmerische und gesellschaftliche Themen der Elektromobilität und der Digitalisierung im Allgemeinen.

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Dieser Artikel ist ein Beitrag aus der Ausgabe 11 des T&Emagazin.

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Weitere Themen der Ausgabe sind:

Die Themen der Ausgabe 11 des T&Emagazin:

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  • Tesla Zwei-Faktor-Authentifizierung  – von Henning Frey
  • Smart Home-Anwendungen – von Mike Boch
  • Neue Tesla Wandladestation – von Oliver Fritsch
  • Tesla Welt – News des Quartals  – von David Reich
  • Deutschlands jüngste Tesla-Fahrerin im Interview
  • Alternativen zu Tesla auf der Langstrecke? Stimmen von Ove Kröger, Oliver Krüger und Nico Pliquett
  • Tesla Owners Club Helvetia (TOCH) 
  • Tesla Fahrer und Freunde (TFF) e.V.
  • Gleichstrom vs. Wechselstrom – von Martin Hund
  • Erste Robotaxis in Europa 2023? – von Markus Weber
  • Car Maniac E-Auto-Test – von Christopher Karatsonyi
  • Ev Events – Elektromobilitäts-Termine
  • Beschluss des Verfassungsgerichts zum Klimaschutz – von Silvia Oudhoff
  • Vom E-Auto zu Energiewende – Interview von Dennis Witthus mit Volker Quaschning und Holger Laudeley
  • Mieterstrom & Eigennutzung
  • M3T – Rückblick: Virtuelles E-Community-Treffen
  • T&Etalk – Rückblick: Tesla raus aus der Servicehölle?
  • Nächster T&Etalk: SEXY CARS Community
  • Wirtschaft – Mobilität der Zukunft – von Jörg Heynkes
  • Reisebericht – Mit Tesla und Wohnanhänger zum Nordkap – von Kai Möller
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