Energetische Bewertung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs

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1 Energetische Bewertung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs Inhalt: Ausgangsbasis Einsatzerprobung Schlußfolgerung 2. Tag der Forschung an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Prof. Dr.- Ing. Norbert Brückner, Studiengang Fahrzeugtechnik Dipl.-Ing. (FH) Frank Martin Dipl.-Ing. (FH) Michael Wagner Dipl.-Ing. (FH) Manfred Holz

2 Nationaler Entwicklungsplan Elektromobilität der Bundesregierung Million Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen Personenkraftwagen ( ) Transporter (79500) Zweiräder (159500) Stadt Dresden 2020: 5400 Elektrofahrzeuge

3 Ermittlung des Energiebedarfs eines Fahrzeugs ( ) [ ] m l dt v H dt v v c A g a g f m B T U K T w R T e S / 2 sin cos = ρ ρ α λ α η η = H U Benzin: 11,25 kwh/kg W B = 492,8 kwh 741 km Diesel: 11,90 kwh/kg W D = 592,6 kwh 882 km Tankinhalt: 60 l Durchschnittliche Reichweite (Quelle: DIW Wochenbericht 50/2009)

4 Möglichkeiten und Grenzen für den elektrischen Antrieb Fluor 2,87 Gold 1,69 Theoretisches Spannungspotential Konventioneller Energiespeicher Chlor 1,36 Chrom 1,33 Sauerstoff 1, Quecksilber 0, Silber 0,80 Eisen 0,36 Kupfer 0,35 Zinn 0,15 Wasserstoff 0,00 Blei -0,13 Molybdän -0,20 Energiedichte [Wh/kg] Cobalt -0,28 Cadmium -0,40 Schwefel -0,48 Nickel -0,49 Titan -1,21 Aluminium -1,66 Magnesium -2,37 Natrium -2,71 Kalium -2,92 Lithium -3, Blei Brom/Zink Natrium/Schwefel NiCd NiMH Li-Ion Li-Po Li-F H2 (flüssig) Kraftstoff Konventionelle Bleibatterien (1888) Einsatzerprobte Energiespeicher (Rügen - Projekt) Innovative Energiespeicher (Gegenwart und Zukunft)

5 Beispielbetrachtung: VW Golf VI - konventionell Hubraum 1390cm 3 CO 2 - Emission 149g/km Leistung 80 kw Tankinhalt 55 l Höchstgeschwindigkeit 172 km/h Zuladung 608 kg Kraftstoffverbrauch 6,4 l/100 km Leermasse 1215 kg Quelle: autowallpapers.net Motor/Getriebe Elektrik Flüssigkeiten incl. Kraftstoff Karosserie Massenanteil 34 % Masse 412 kg Ausstattung Ausstattung 14 % 170 kg Fahrwerk Elektrik 5 % 61 kg Flüssigkeiten 5 % 61 kg Motor/Getriebe 17 % 207 kg Karosserie Fahrwerk 25 % 304 kg Quelle: Braess/Seiffert, Handbuch der Kfz-Technik Summe 100 % 1215 kg

6 Beispielbetrachtung: VW Golf VI - electric Ottomotor: 55 l Tankinhalt 445 kwh (im Tank) 80 kwh (am Rad) Elektromotor: 80 kwh (am Rad) 160 kwh (Batterien) Massenanteil Masse Karosserie 16,8 % 412 kg Ausstattung Elektrik Flüssigkeiten 7,0 % 3,6 % 0,5 % 170 kg 87 kg 11 kg 1300 kg Batteriemasse für eine Reichweite von 859 km Motor/Getriebe 6,3 % 153 kg Fahrwerk 12,5 % 304 kg Batterie 53,3 % 1300 kg Summe 100 % 2437 kg

7 Fazit: Elektrisch angetriebene Fahrzeuge verlangen eine Kompromißbereitschaft vom Nutzer Es müssen drastische Einschränkungen hinsichtlich Reichweite Fahrleistung Zuladung Klimatisierung akzeptiert werden (Quelle: rp-online.com) (Quelle: evworld.com)

8 Umbau eines VW Caddy zu einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug der Kategorie N1 Fahrzustandsdiagramme des konventionellen und des elektrischen Antriebs Finanziert aus Mitteln der Europäischen Union und des Freistaates Sachsen. Elektromotor Lithium-Yttrium- Phosphat Zellen Nennspannung 300 V Energieinhalt 31 kwh Asynchronmotor 25/59 kw Konventionelles Schaltgetriebe Leermasse 1800 kg (379 kg) Gesamtmasse 2200 kg Zuladung 400 kg (incl. Fahrer/Beif.) Dieselmotor

9 Streckenerprobung im Straßenverkehr 14 Fahrten im Stadtverkehr Gesamtfahrstrecke 287 km 9 Fahrten im Stadt/Landverkehr Gesamtfahrstrecke 648 km 5 Fahrten im Stadt/Land/Autobahnverkehr Gesamtfahrstrecke 317 km Beispielhafte Darstellung einer Meßfahrt Gesamt 1252 km Dresden Altenberg Dresden Fahrstrecke 90,8 km Fahrzeit 1,86 h

10 Betriebspunkte im Motor - Kennfeld Fahrten im Stadtverkehr Fahrten im Stadt/Landverkehr Fahrten im Stadt/Land/BAB

11 Der Rekuperationsgewinn bleibt hinter den Erwartungen zurück! Dresden Altenberg Dresden Antriebsenergie 14,6 kwh Rekuperationsenergie 1,3 kwh Rekuperationsanteil 8,9 % Antriebsmoment Rekuperation

12 Auch im Stadtverkehr bleibt die Rekuperation marginal! Rabenerstr. Grundstr. Rabenerstr. Antriebsenergie 4,8 kwh Rekuperationsenergie 0,5 kwh Rekuperationsanteil 10,40 % Antriebsmoment Rekuperation

13 Energieverbrauch [Wh/km*t] Weitere Untersuchungsergebnisse Energieverbrauch [Wh/km*t) ,90 86,40 82,90 80,30 Stadt Stadt/Land Stadt/Land/BAB NEFZ2000 Reichweite, theoretisch Rekuperationsanteil [km] [%] Stadt ,5 Stadt/Land 189 9,3 Stadt/Land/BAB 166 3,5 NEFZ ,3 SOC/km 0,64 0,63 SOC/km 0,62 0,60 0,58 0,56 0,54 0,53 0,60 0,57 Die Rekuperation muß dem Fahrstil und der Verkehrssituation adäquat sein! 0,52 0,50 0,48 Stadt Stadt/Land Stadt/Land/BAB NEFZ2000

14 Fiktive Auswertung einer Fahrt mit einem Stadtlinienbus der Linie 63 Löbtau Graupa - Löbtau Leermasse kg mittlere Zahl der Fahrgäste 60 Fahrzeit 2,82 h mittlere Auslastung 34,3 % Fahrstrecke 51,9 km Stillstandsanteil 42,9 %

15 Fiktive Auswertung einer Fahrt mit einem Stadtlinienbus der Linie 63 Löbtau Graupa - Löbtau Gesamtgewicht [kg] Energiebedarf [kwh] Akkumasse [kg] mit Rekuperation ohne Rekuperation

16 Schlußfolgerungen aus der Einsatzerprobung generell gilt aber: Elektrischer Antrieb ist in kleinen Transporten realistisch Reichweite ist für einen Tageseinsatz ausreichend (lokale Nutzung) Fahrleistungen sind einsatzbedingt akzeptabel Große Abstriche sind an der Zuladung erforderlich Ladevorgang ist gewöhnungsbedürftig Ladetechnologie für den Masseneinsatz ungeeignet Einsatz bei geringen Temperaturen fragwürdig Sicherheit durch Überhitzung/Alterung/Crash untersuchungswürdig Anschaffungs- und Einsatzkosten ungeklärt und somit kein signifikanter transportlogistischer Fortschritt seit 1899 (Reichweite von 56,3 Meilen mit 350 kg Batterien)!

17 Grundsätzlich muß berücksichtigt werden, dass Elektrofahrzeuge sich letztlich nur dann durchsetzen werden, wenn die Entwicklung ihrer Gesamtkosten inklusive Infrastruktur die Gewähr dafür bietet, dass im Wettbewerb keine dauerhaften Subventionen erforderlich sind. (NEP) Ich danke für Ihre geschätzte Aufmerksamkeit! Finanziert aus Mitteln der Europäischen Union und des Freistaates Sachsen.

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