ANTRIEBE - FAHRZEUGTECHNIK & MARKTÜBERSICHT EMOBILITÄT

Transkript

1 ANTRIEBE - FAHRZEUGTECHNIK & MARKTÜBERSICHT EMOBILITÄT PROF. DR.-ING MICHAEL LINDEMANN WILDAU, Folie 1

2 Übersicht 1. Fahrzeugtechnik Vom hybriden zum reinen Elektrofahrzeug: Eine logische Konsequenz? Zulassungszahlen und Hersteller 5 ausgewählte und aktuelle Beispiele Folie 2

3 1. Fahrzeugtechnik Vom hybriden zum reinen Elektrofahrzeug: Eine logische Konsequenz? Quelle: , 17:30 Uhr Leistung 1-3 kw 5-10 kw kw kw kw 40 kw+ 12 V 42 V 96 V 144 V 192 V 288 V+ 10 kw+ 60 V+ Micro Hybrid Full Hybrid Elektro Folie 3

4 1. Fahrzeugtechnik Vom hybriden zum reinen Elektrofahrzeug: Eine logische Konsequenz? Nein! Und doch ergeben sich aus den unterschiedlichen Anforderungen Antriebskonzepte, die heute auf der Straße zu finden sind. Worin liegt der Sinn und Zweck von Hybridantrieben? Hybridantriebe haben von der Grundidee her NICHT das Ziel, eine dauerhafte, rein elektrische Fahrt zu ermöglichen. Hybridantriebe haben das Ziel, einen Verbrennungsmotor in den Betriebspunkten zu ersetzen, wo dieser einen äußerst schlechten Wirkungsgrad hat. Wie funktioniert dies? Folie 4

5 1. Fahrzeugtechnik Erläuterung an einem typischen Verbrauchskennfeld eines Otto-Motors. Zum Beispiel: Für eine Energiemenge von 25 kwh wird in verschiedenen Betriebspunkten unterschiedlich viel Kraftstoff benötigt: Bei den links gezeigten Punkten zwischen 6,25 kg und 11,9 kg. Im oberen Lastbereich arbeitet der Motor wesentlich effizienter: Um die gleiche mechanische Energiemenge abzugeben, wird weniger Kraftstoff benötigt. Folie 5

6 1. Fahrzeugtechnik Was bedeutet das im täglichen Leben? Der Motor kann sich nicht aussuchen, wo im Kennfeld er betrieben werden will: Die Last (Motormoment) ergibt sich aus dem Fahrszenario (Beschleunigen, Fahrt bei bestimmten Geschwindigkeiten, Steigung der Straße usw.). Die Drehzahl ergibt sich über die Getriebeübersetzung aus der aktuellen Fahrzeuggeschwindigkeit. Unglücklicherweise liegen die häufigsten Betriebspunkte eines Verbrennungsmotors während einer Stadtfahrt im unteren Last- und Drehzahlbereich. => Hoher Kraftstoffverbrauch! Folie 6

7 1. Fahrzeugtechnik Vollhybrid In Kombination mit einem Elektromotor ergeben sich folgende Vorteile: Würde der Verbrennungsmotor im unteren Lastbereich betrieben, schaltet man lieber auf elektrischen Antrieb um. Dies kostet Batterieladung, aber erstmal kein Kraftstoff. Typischerweise treten diese Szenarien bei langsamer Fahrt in der Stadt auf (Es wird nicht viel Antriebsleistung benötigt). Wenn der Motor laufen muss (z.b. bei zu geringem Ladezustand der Batterie, Motor nicht betriebswarm o.ä.), kann die Last des Verbrennungsmotors zusätzlich erhöht werden, indem nicht nur das Fahrzeug angetrieben, sondern auch noch die Batterie mit der elektrischen Maschine geladen wird. Die Batterie kann ebenso beim Bremsen wieder nachgeladen werden. Die dafür erforderlich Energie wird über die elektrische Maschine aus der Verzögerung des Fahrzeugs gewonnen (Rekuperation). Diese Energie würde sonst in Form von Wärme an der Bremsanlage verloren gehen. Diese Effekte lassen sich am besten ausnutzen, wenn der Elektromotor so leistungsstark ist, dass er auch zum Fahren verwendet werden kann. => Vollhybrid Folie 7

8 1. Fahrzeugtechnik Reichweite: Da ein Vollhybrid nicht auf langes elektrisches Fahren ausgelegt ist, beschränken sich die Reichweiten auf ca. 2 min. bei 50 km/h. Eine Erhöhung ist gemäß dem Konzept eines Hybriden nicht notwendig. Nichtsdestotrotz besteht der Wunsch der Kundschaft und auch der Hersteller wegen des Flottenverbrauchs, längere Strecken rein elektrisch fahren zu können. Dies erfordert grundsätzlich eine Batterie mit höherem Energieinhalt. Vollhybride, die längere Strecken elektrisch fahren können und die eine Nachladung der Batterie nicht nur beim Bremsen (Rekuperation) oder über den Verbrennungsmotor (Lastpunktanhebung), sondern auch an der Steckdose ermöglichen, nennt man Plug-In-Hybride. Erhöhte Reichweite (Range Extender): Um die Reichweite noch weiter zu steigern und für lange Distanzen unabhängig von Nachlademöglichkeiten zu sein, wurde das Konzept des Range Extenders entwickelt. Hierzu wird mit Hilfe eines Verbrennungsmotors und eines Generators im Bedarfsfall elektrische Energie erzeugt. Dieses Prinzip findet Anwendung z.b. beim BMW i3. Folie 8

9 1. Fahrzeugtechnik Die Besonderheit eines elektrischen Antriebes Elektrische Antriebe zeichnen sich durch eine verhältnismäßig einfache Architektur aus. Da nicht mit flüssigen Betriebsmitteln gearbeitet werden muss, führt dies zu einer wesentlich geringeren Wartungsanfälligkeit der Fahrzeuge. Dennoch müssen wichtige Nebenaggregate/Komponenten auch in einem Elektrofahrzeug zur Verfügung gestellt werden. Dazu gehören u.a. Bremssystem mit Bremsunterstützung Klimaanlage Kühlung Lenkunterstützung usw. Die dafür erforderlichen Pumpen, Kompressoren etc. müssen nun elektrisch angetrieben werden. Folie 9

10 Übersicht Zulassungszahlen Hybrid- und Elektroantriebe Quelle: Kraftfahrt-Bundesamt (KBA) Zugriff: Folie 10

11 Hybrid Quelle: Kraftfahrt- Bundesamt (KBA) Zugriff: Folie 11

12 Elektro Quelle: Kraftfahrt- Bundesamt (KBA) Zugriff: Folie 12

13 Ausgewählte Elektrofahrzeuge BMW i3 Kia Soul EV Bildquelle: Wikipedia, Norbert Aepli, Schweiz Renault ZOE Bildquelle: Wikipedia, Renault Zoe charging von werner hillebrand-hansen Tesla Model S Bildquelle: Wikipedia, 14 Tesla Model S von Greg Gjerdingen VW E-Up! Bildquelle: Wikipedia, VW e-up! at Hannover Messe von MotorBlog Folie 13

14 Listenpreise Ohne Range Extender: ,00 Mit Range Extender: ,00 BMW i3 Standard: ,00 Kia Soul EV Bildquelle: Wikipedia, Norbert Aepli, Schweiz Folie 14

15 Listenpreise Ohne Batterie Standard: ,00 Inkl. ebox mit Montage und Inbetriebnahme Renault ZOE Batteriemiete bei km/jahr Miete 1 Jahr: 99,00 /Monat Bildquelle: Wikipedia, Renault Zoe charging von werner hillebrand-hansen Standard: , ,00 für Supercharger Tesla Model S Bildquelle: Wikipedia, 14 Tesla Model S von Greg Gjerdingen Folie 15

16 Listenpreise Standard: ,00 VW E-Up! Bildquelle: Wikipedia, VW e-up! at Hannover Messe von MotorBlog Folie 16

17 Daten ausgewählter Fahrzeuge Modell P EM in kw M EM in Nm BMW i3 Quelle 1a/1b Kia Soul EV Quelle 2a/2b Tesla Model S 85 Quelle 3a/3b VW eup Quelle 4a/4b Renault Zoe Quelle 5a/5b Quellen (Zugriffe ): P RE in kw V max in km/h EV in RW in km m Bat in kwh/100 km kg E Bat in kwh , ,8 81, , , , , , a) 1b) 2a) 2b) 3a) 3b) 4a) 4b) 5a) 5b) Folie 17

18 Abhängigkeit der Eigenschaften: Reichweite über Batteriekapazität Folie 18

19 Abhängigkeit der Eigenschaften: Batteriekapazität über Batteriemasse Folie 19

20 Abhängigkeit der Eigenschaften: Batteriekapazität über Batteriemasse Folie 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Folie 21