Technische ptionen Optionen f ür für das Auto der Zukunft

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1 Technische Optionen für das Auto der Zukunft Lino Guzzella

2 Fahrzeugdichte (2005) Au utos pro 1000 Einw wohner India USA CH 2030: 600 I F D CH J UK Poland Russia Korea Brazil China GDP per capita (US $) Bestand 2005: >800 Mio. Autos weltweit Produktion 2005: 60 Mio. Autos/Jahr Zunahme ( ): 1 Mio. Autos/Jahr 2 Quelle: OECD/IEA (2006) 2

3 3

4 Nachteile Automobil Verkehrsunfälle Luftverschmutzung Energieverbrauch Treibhausgase 4

5 Unfälle im Strassenverkehr CH Tote absolut Tote pro Million Einwohner Dieser Trend MUSS fortgesetzt werden ( vision zero )! Verkehrstote EU (2008), USA (2007) Quelle: BfU 5

6 Stadt Zürich NO 2 Belastung Quelle: Umwelt- und Gesundheitsschutz Zürich (UGZ)

7 Zukunftsszenario Energiebedarf Quelle: IEA 7

8 Primärenergie- quellen Raffinerien, well-to-tank Treibstoffe Antriebssystem Mechanische Energie tank-to-wheel Fahrverluste Fahrprofil 8

9

10 Norm-Fahrprofil (EU-Zyklus) Reales Fahrverhalten oft aggressiver 10

11 Kräfte am Fahrzeug Luftwiderstand Rollreibung (Steigung) Beschleunigungswiderstand 11

12 Bedarf an mechanischer Energie (EU-Zyklus) SUV Mittelklasse Kompakt Eco-Car A f c w = 0.7 m 2, c r = 0.012, m= 1' 500 kg 45 MJ/100km im EU Zyklus, 1.2 l Diesel 12

13 Mechanische Energie in Dieseläquivalent ( oder wenn der Motor 100 % Wirkungsgrad hätte ) Mittelklasse Ecocar 45 MJ/100 km 1.2 l/100km Diesel 0.6 l/100km Diesel 13

14 Wirkungsgradkennfeld Ottomotor 1 kj T Drehmoment ( Gaspedal ) (1-x) kj x kj n, T 0.1 Drehzahl hl ( Gang ) n 14

15 Downsizing and Supercharging T downsizing i V6 R supercharging Turbolader Kompressoren Elektromotoren n 15

16 Hybridantriebe V-Motor E-Motor AK AG zum Differential E-Generator Batterie 16

17 Prognose für die nächsten 10 Jahre Dieselmotoranteil t il wird nur noch leicht zunehmen (Dieselmotoren werden ähnlich sauber wie Ottomotoren) Hybridfahrzeuge (autark und plug-in ) werden zwar zunehmen, aber nur in finanzkräftigen Ländern Sparsame Ottomotoren ( DSC ) werden zunehmen, besonders dort, wo die Kosten wichtig sind Erdgasmotorenanteil kann spürbar ansteigen, besonders wenn die Rahmendbedingungen stimmen (Tankstellen, Preise, ) Reine Batterie-Elektromobile werden eine Nischenrolle spielen Agro Agro-Treibstoffe werden in kleinen Mengen beigefügt werden 17

18 Was kommt danach? Andere Treibstoffe? Andere Antriebssysteme? Andere Fahrzeuge? 18

19 or 99) en (Eco Indikato tschade Totaler Umwel Methan aus Holz CH Zuckerrohr Br Soja US Kartoffeln CH Benzin Totale Treibhausgasemissionen Quelle: Zah et. al, EMPA/BAFU

20 CLEVER Projekt (Methan + Hybrid) Methane Bottles Hybrid Controller driver s demand BfE BAFU ECU Pressure Regulator Throttle Methane Direct Injection Power P Electronics + - LiMn Battery Intercooler Gearbox E- Motor Turbocharger Catalyst Materials Sci ence & Technolog y 20

21 Wirkungsgradkennfeld Elektromotor 1 kj T (1-x) kj n x kj n, T 21

22 Energiedichten Bordenergieträger Diesel Benzin 2 CNG H 2 1 Li-ion "Zebra" Ni/MH Pb Kohlenwasserstoffe Batterien Netto Vortriebsenergie/Energieträgermasse Einheit kwh/kg 22

23 Plug-In Hybridantriebe V-Motor AK zum Differential Tank E-Motor AG E-Generator 220 V Batterie 23

24 EV werden mit Grenzstrom geladen 1 kwh g CO 2 8 km 680 g CO 2 24

25 Träumereien? Masse kg kg 800 kg Aero 0.7 m m m 2 Reifen 0,013 0,012 0,01 Antrieb 20% 24 % 30 % 6.8 l/100km 5.2 l/100km 2.4 l/100km 25

26 Zusammenfassung Sparsamere Fahrzeuge sind unsere besten Ölquellen. ll Die Technik bietet diverse Optionen an. Welche tatsächlich gewählt wird, hängt von vielen Faktoren ab. Die Technik kann vieles, aber eine magische Lösung gibt es nicht. 26

27 Merci für Ihre Aufmerksamkeit! Folienkopien (pdf): Laborwebsite: 27

28 Nenn- und Durchschnittsleistung Konsequenz: Baugleiche Autos mit kleineren Motoren verbrauchen weniger Treibstoff. Wieso kaufen dann die Leute meistens Fahrzeuge mit grossen Motoren? 115 kw Maximalleistung für 0 auf 100 km/h in 10 s 7 kw Durchschnittsleistung für EU-Zyklus 28

29 VW Golf VI, 1200 TSI, Fr., 5.7 l B /100 km, 77 kw VW Golf VI, blue motion, Fr., 3.8 l D /100 km, 77 kw Toyota Prius, Modell 3, Fr., 3.9 l B /100 km, 73 kw 29

30 Vergleich Mittelklasse-Dieselfahrzeug: 190 g CO 2 /km g 2 CO 2 -Emissionen 260 / 70 / 0 gco 2 /km 30

31 31

32 Und die Treibstoffkosten? Verbrauch Energie- Steuern Tank oder pro 100 km kosten pro 100 km Batterie VM: 7 l 1.00 Fr./l 6 Fr. 0 Fr. EM: 15 kwh 0.20 Fr./kWh 6 Fr Fr./kWh VM: 13 Fr. pro 100 km EM: 13 Fr. pro 100 km Annahme: Batteriekosten 500 Fr./kWh, 2000 Ladezyklen 32

33 Quelle: Paradiso & Starner, Pervasive Computing /05, 2005 IEEE 33

34 Neuzulassungen D Szenario Trend Quelle: Shell PKW Szenarien (2009) 34

35 M-Way-Mobil Preis: 50'000 bis 60'000 Fr. Plätze: 2 (3.1 x 1.6 x 1.5 m) Verbrauch: 15 kwh/100 km (?) CO 2 : 21 g/km (CH) 95 g/km (D) Reichweite: zirka 160 km (?) Ladezeit: 8 h (220 V) Höchstleistung: 30 kw Höchstgeschwindigkeit: 100 km/h Sicherheit: keine Angaben VW Polo blue motion Preis: Fr. Plätze: 4 (4.0 x 1.6 x 1.4 m) Verbrauch: 3.3 l/100 km (NEFZ) CO 2 : 85 g/km (CH, D, ) Reichweite: zirka km (NEFZ) Tankzeit: 3 Minuten Höchstleistung: 66 kw Höchstgeschwindigkeit: 180 km/h Sicherheit: NCAP 5 Sterne 35

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