Wo steht die Technik bei Pkw, Bussen und Nutzfahrzeugen?

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1 Wo steht die Technik bei Pkw, Bussen und Nutzfahrzeugen? Martin Koppers Lehrstuhl für Mechatronik Universität Duisburg-Essen Grafik: BMW Bildnachweis: Ruhrauto-e, VRR

2 Motivation 2 Energie für die Mobilität Nutzen und Einflussfaktoren Nutzen ist eine Fortbewegung Widerstände durch Verformung (Rad), Reibung (Luft, technische Komponenten) und Trägheit (Masse) Energetische Betrachtung Linienbus, kg zul. Gesamtmasse Notwendige mechanische Energie (im Buszyklus): 175 kwh/100 km Bildnachweis: Wo kommt diese Energie her? Wie können wir sie mitführen? Bus: Stadtbus Goch, Ruhrgebiet: Ruhrauto-e

3 Motivation 3 Energie für die Mobilität Notwendige mechanische Energie: 175 kwh/100 km Mit Wirkungsgrad Verbrennungsmotor (30 %) 59,7 l / 100 km Für einen Elektrobus mit Wirkungsgrad (80 %) 218,8 kwh /100 km 48 kg kg Wie können die Vorteile beider Systeme genutzt werden? Bildnachweis: Wo ist das Optimum? Wie sieht es aus? Bus: Stadtbus Goch, Kanister: Oxid7, Batterie: BMW

4 Wo steht die Technik bei Pkw, Bussen und Nutzfahrzeugen? Motivation Grundlagen & Antriebsarten Einflüsse im Betrieb Bildnachweis: Babimu/Fotolia

5 Antriebsarten 5 Serienreife Technik Vielfältige Strukturen für unterschiedliche Anforderungen Neue Ladetechniken (Schnellladung, Induktion) hybride elektrische Fahrzeugkonzepte Batteriefahrzeug Reichweite: 145 km Leistungsverzweigt El. Reichweite: 25 km Bildnachweis: Batteriefahrzeug mit Range-Extender (seriell) Reichweite: 170 km Ruhrauto-e, cologne-mobil

6 Antriebsarten 6 Serienreife Technik Effizienzsteigung durch: Vermeidung schlechter Wirkungsgrade des VM 1 Rekuperation von Bremsenergie 1 VM: Verbrennungsmotor 2 EM: Elektromotor Effizienzsteigung durch: Höherer Wirkungsgrad EM 2 Rekuperation von Bremsenergie

7 Antriebsarten 8 Elektrofahrzeuge: Stand der Technik vs. Potential VDL Citea Electric Radnabenantrieb Batterie: 86 kwh Schnellladung an Endhaltestellen Schnellladung an Haltestellen Bildnachweis: Schnellladung mit bis zu 500 kw Radnabe/Citea: Auto-Medienportal.net/VDL Schnellladung: ABB, IFAS

8 Antriebsarten 9 Welches Potential besitzen diese Strukturänderungen? Beispiel: Hiriko Fold Bildnachweis: alle:

9 Antriebsarten 10 Brennstoffzellenfahrzeuge Toyota Mirai NiMH-Batterie ( Hybrid ) Reichweite: rund 480 km Verkaufsstart: September (Serienreif) + Lokal emissionsfrei + Hohe Energiedichte + Kurze Ladezeit vs. Kosten Wasserstoffdistribution Bildnachweis: Mercedes-Benz F-Cell Ebenfalls Hybrid Reichweite: 250 km Flotten-/ Fuhrparkeinsatz? Pkw: Toyota, Bus: Daimler, Preistafel: OMV

10 Wo steht die Technik bei Pkw, Bussen und Nutzfahrzeugen? Motivation Grundlagen & Antriebsarten Einflüsse im Betrieb Bildnachweis: Babimu/Fotolia

11 Einflüsse im Betrieb 12 Well-to-Wheel-Wirkungsgradkette Bisher: Betrachtung des Energieverbrauchs für die Fortbewegung Nebenaggregate: Steuergeräte, Komfort- und Infotainmentsysteme Nebenaggregate Well-to-Tank Tank-to-Wheel Quelle/ Förderung Rohstoff Erzeugung Übertragung Antriebsstrang Rad/ Antriebsleistung Vorkette/Energiebereitstellung Betrieb

12 Einflüsse im Betrieb 13 Reichweite von Batteriefahrzeugen Simulationsstudie (2010): Einfluss von Fahrstil und Nebenaggregaten in Kompaktklasse Deutliche Abweichungen vom Referenzwert (NEFZ) durch Fahrstil (Stadtfahrt in Köln), niedriger Temperatur und Nebenaggregate Winter Sommer Norm 87,9 115,1-53% 109,1 146,3-38% - 41% 143,5-21% - 23% 186,0 Köln-Zyklus NEFZ (Fahrprofil) Reichweite in km Ergebnisse bestätigt durch projektinterne Versuche, ersten Erfahrungswerten aus Feldtests und Verbrauchsmessungen des TÜV Süd

13 Einflüsse im Betrieb 14 Reichweite von Batteriefahrzeugen: Technischer Ansatz Beispiel: BMW i3 Sonderausstattung Wärmepumpe (Angaben laut Hersteller): Effizienzsteigerung Klimatisierung +50 % Reichweitenpotential bis zu +30 % Aufpreis +660 Bildnachweis: Ruhrauto-e

14 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Grafik: Toyota Martin Koppers Lehrstuhl für Mechatronik Universität Duisburg-Essen Grafik: Daimler Grafik: zukunft-mobilitaet.net

15 Tankstellennetz Antriebsarten 16

16 Antriebsarten 17 Schnellladung von Bussen ABB Ladesystem 400 kw 15 Sekunden Bildnachweis: Bild: ABB