Elektrische Straßenfahrzeuge

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1 Elektrische Straßenfahrzeuge Technik, Entwicklungsstand und Einsatzgebiete Prof. Dr. Dietrich Naunin Dr. Ch. Bader W. Klingler F. A. Driehorst Prof. Dr. H. Schaefer Dr. W. Fischer Prof. Dr. H. Ch. Skudelny Dr. A. Kalberlah Dr. B. Sporckmann Dipl.-Ing. M. Kalker Dr. U. Wagner Dipl.-Ing. H. A. Kiehne Dipl.-Ing. E. Zander 2., völlig neubearbeitete und erweiterte Auflage Mit 125 Bildern und 162 Literaturstellen Kontakt & Studium Band 255 Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Wilfried J. Bartz Technische Akademie Esslingen Weiterbildungszentrum DI Elmar Wippler expert verlag

2 Inhaltsverzeichnis Herausgeber-Vorwort Autoren-Vorwort 1 Wirtschaftliche und verkehrspolitische Aspekte für den Einsatz elektrischer Straßenfahrzeuge 1 Dietrich Naunin 1.1 Elektroautos seit 100 Jahren Heutige weltweite Bemühungen um das Elektroauto Praxisteste mit Elektrofahrzeugen Test der Fahvrzeugtechnik Akzeptanz der Elektrofahrzeuge Umweltfreundlichkeit von Elektrofahrzeugen Wirtschaftlichkeit und wirtschaftliche Auswirkungen Betriebswirtschaftliche Gesichtspunkte Volkswirtschaftliche Gesichtspunkte Energieverbrauch, Kraftwerkseinsatz, Steueraufkommen und soziale Kosten Einsatzpotential, Marktpotential und Marktchancen 17 \J Infrastruktur für Stromtankstellen 18 T!8~ Vejrkehrspolitische und verkehrsplanerische Aspekte Gesetzliche Rahmenbedingungen und ordnungspolitische Maßnahmen 21 Literatur zu Kapitel Stromversorgung von Elektrostraßenfahrzeugen in der Bundesrepublik Deutschland 23 Bernd Sporckmann _2J Leistuagsbereitsleilung.^ Stromlieferungjjnd Primärenergiezuordnung Zusammenfassung 31 Literatur zu Kapitel 2 32

3 3 Energieverbrauch und Emissionen von Elektrostraßenfahrzeugen im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen 33 Helmut Schaefer, Ulrich Wagner 3.1 Einführung Heutige Fahrzeuge Vergleichsgrundlagen für die Berechnung der Emissionen Analyse des Endenergieverbrauchs Emissionsvergleich Zusammenfassung 41 Literatur zu Kapitel 3 42 f ~~f 4 Erwartungen an die Batterie von elektrischen Straßenfahrzeugen in verschiedenen Einsatzgebieten 43 Heinz-Albert Kiehne 4.1 Einleitung - ein Rückblick Die naturgesetzlichen Grenzen für die Entwicklung von elektro-chemischen Stromspeichern Die allgemeinen Anforderungen an die Batterie Die Einsatzgebiete von Elektrostraßenfahrzeugen und ihre typischen Anforderungen Der Anpassungsprozeß in der Entwicklungsarbeit an die Anforderungen Erwartungen und ihre Erfüllbarkeit ' Stoffrückgewinnung aus verbrauchten Antriebsbatterien Schlußbetrachtung 55 Literatur zu Kapitel Verschlossene Bleibatterien für Elektrofahrzeuge 58 Michael Kalker und Eberhard Zander 5.1 Batterie-Elektrofahrzeuge und Solarfahrzeuge Betriebsergebnisse von Elektrostraßenfahrzeugen mit verschlossenen Bleibatterien Übersicht Fahrzeug-und Batterieausführung Lebensdauerergebnisse Batteriekosten Entwicklungspotential Anwendungsmöglichkeiten verschlossener Bleibatterien Erforderliche Tagesfahrstrecke Anwendungspotential 71

4 Betriebsfreie Ladezeit für Elektrofahrzeuge Spezifische Eigenschaften von verschlossenen Bleibatterien Aufbau Wartungsfreiheit Ladungsverhalten Energiespeicher mit wartungsfreien Bleibatterien Anwendungssystem RWE Energie Elektrische Belastung Thermisches Management Batterie Monitor System Inbetriebsetzung Kapazitätsprüfung Zusammenfassung Literatur zu Kapitel Neue Batteriesysteme 91 Wilfried Fischer 6.1 Einleitung Anforderungen an Fahrzeugbatterien Quantifizierung der Anforderungen und Vergleich mit experimentell ermittelten Werten Entwicklungsstand Der Nickel/KOH/Metallhydrid-Akkumulator Der Lithium/Polymer/Metalloxid (oder Metallsulfid)- Akkumulator Das Zink/wässrige Zinkbromidlösung/Brom-System Das Natrium/Beta/Aluminiumoxid/Schwefel-System Das Natrium/Beta/Aluminiumoxid/Nickelchlorid (Zebra)- System Das Lithium/Salzschmelze/Eisensulfid-System Diskussion und Schlußfolgerungen 113 Literatur zu Kapitel Gleich- und Drehstromantriebe in elektrischen Straßenfahrzeugen 117 Hans-Christoph Skudelny 7.1 Einleitung Anforderungen Antriebe Antriebe mit Gleichstrommaschine Antriebe mit Induktionsmotor Antriebe mit Synchronmotor Permanent erregte Synchronmaschine 127

5 7.3.5 Magnetmotor Geschaltete Reluktanzmaschinen Vergleich Ausblick 131 Literatur zu Kapitel Elektro-Hybridantriebe für Straßenfahrzeuge 133 Adolf Kalberlah Vom Elektro-zum Hybridantrieb 133 Serien-Hybridantrieb 133 Parallel-Hybridantriebe 135 Vorteile 135 Strukturen von Parallel-Hybrid-Antrieben 136 Realisierte VW-Hybridantriebe 137 ^ 138 Pkw-Hybridantrieb EVW2 " 140 Pkw-Hybridantrieb EVW1 145 Audi Duo Hybridfahrzeug 147 ~~Tirisp8fpGtentiaTarf Kraftstoffen durch Elektro-Fahrzeuge und Elektro-Hybrid-Fahrzeuge Kostenbetrachtungen und Ausblick 148 Literatur zu Kapitel Elektrofahrzeuge aus der Sicht des Herstellers und des Marktes 150 Adolf Kalberlah und Frank-Aldo Driehorst 9.1 Technik der Fahrzeuge Elektrofahrzeug als Neukonstruktion oder auf Basis eines vorhandenen Großserienfahrzeugs Kompromiß zwischen Konversions-Lösung und Neukonstruktion Kundenrelevante Eigenschaften von Traktionsbatterien Antriebssysteme für Elektrofahrzeuge 158 9^ Stadtfahrzeuge 159 9^2.1 Solarmobile/Kabinenroller Nicht industriell gefertigte Elektro-Kleinstfahrzeuge Industriell gefertigte Elektrofahrzeuge Fahrleistungen der VW-CitySTROMer Golf-CitySTROMer mit Blei-Gel-Batterie Jetta-CitySTROMer mit Natrium/Schwefel-Batterie Darstellung der Fahrleistungen von Elektrofahrzeugen in der Öffentlichkeit 165

6 9.4 Anschaffungs-und Betriebskosten von Elektrofahrzeugen Elektrofahrzeuge und Umwelt Bewertung und Marktchancen 167 Literatur zu Kapitel Elektrische Straßenfahrzeuge im praktischen Einsatz in der Schweiz 170 Willy Klingler 10.1 EJrj^tZQr.te.ünd_EJrialzbed'Lngi i nge n _ Bau und Ausrüstung der Elektrofahrzeuge Infraslcuktut JL 10.4 Elektro-Bus Erfahrungen mit den Elektrofahrzeugen Auszug aus dem BERICHT über das Waldsterben: Parlamentarische Verstöße Ergänzende Bemerkungen Förderprogramm Leicht-Elektromobile" des Schweizer Bundesamtes für Energiewirtschaft (BEW) Verwendungschancen für elektrische Straßenfahrzeuge heute und morgen 182 C. Bader Einleitung Ausgeführte elektrische Straßenfahrzeuge Elektro-Transporter Elektrisch angetriebene Busse Bewertung Seh lu ßbetrachtung Zusammenfassung Ausblick Dietrich Naunin 206 Anhang Autorenverzeichnis: Weitere Informationsmöglichkeiten 209 Sachregister 212