Zukünftige Mobilität. Was kann der Hybridantrieb dazu beitragen? Fachtagung Elektromobilität Dipl.-Ing. Carsten von Essen Bremen, 15.

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1 Was kann der Hybridantrieb dazu beitragen? Fachtagung Elektromobilität Dipl.-Ing. Carsten von Essen Bremen, 15. September 2011 Innovationen in Serie

2 Urbanisierung - Was kann der Hybridantrieb dazu beitragen? 2048: 9 Mrd. 2027: 8 Mrd. 2013: 7 Mrd. Source: UN, Deutsche Stiftung Weltbevölkerung, Bosch Städte mit mehr als 5 Millionen Einwohnern: 1955: : : 60 Weltbevölkerung 1999: 6 Mrd. 1987: 5 Mrd. 1974: 4 Mrd. 1960: 3 Mrd. 1927: 2 Mrd Stadtbevölkerung in 2011: >50 % IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 2

3 Transportbedarf - Was kann der Hybridantrieb dazu beitragen? (Million Barrels of Oil Equivalent) Source: ExxonMobil, 2011 (Million Barrels of Oil Equivalent) IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 3

4 Nachhaltige Mobilität: CO 2 -Ziele und Emissionsnormen - Was kann der Hybridantrieb dazu beitragen? Source: Uni Marburg Source: Handelsblatt IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 4

5 Optionen für den Antrieb Source: Toyota Source: VW Verbrennungsmotor Hybridantrieb E-Antrieb Source: Bosch IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 5

6 CO 2 -Emissionen der PKW-Neuzulassungen in Europa - Was kann der Hybridantrieb dazu beitragen? Ottomotor Dieselmotor Alle PKW 130 g/km Source: EU, 2011 Phase-In 2012 bis g/km Phase-In: Vorgabe gilt für 65%, 75%, 80% und dann 100% der Flotte Das CO 2 -Ziel 95 g/km im Flottendurchschnitt ist allein mit Verbrennungsmotoren nicht zu erreichen. IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 6

7 CO 2 -Emissionen aktueller Fahrzeuge in Europa CO 2 -Emissionen in g/km Ottomotoren Dieselmotoren beste Ottomotoren beste Dieselmotoren EU Ziel 2015 EU Ziel 2020 Source: IAV, 2011 Leergewicht in kg Für leichte (kleine) Fahrzeuge und für schwere Fahrzeuge sind das EU Ziel 2020 eine Herausforderung Einzelne Fahrzeuge mit Dieselmotor erreichen jedoch bereits heute die EU Ziele IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 7

8 CO 2 -Emissionen neuer Fahrzeuge up! up! CNG up! elektro Antrieb: 3 Zyl. Ottomotor CNG E-Antrieb Leistung: 44 kw 50 kw? kw Source: VW, 2011 CO 2 : 98 g/km 79 g/km 0 g/km IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 8

9 Elektromobilität in Berlin IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 9

10 Elektromobilität IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 10

11 Ladepunkte in Berlin Ladeinfrastruktur ist derzeitig ausreichend Kinderkrankheiten müssen noch beseitigt werden. IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 11

12 Systemkomponenten eines Elektroantriebes Energiespeicher NiMH, Li-Ion, SuperCab Kühlung Batteriemanagement Leistungselektronik Motor-Umrichter Bordnetzwandler Ladegerät Fahrzeugsteuerung Kabel EMV E-Motor Asynchronmaschine, Synchronmaschine Zentralmotor / radnaher Motor / Radnabenmotor Getriebe IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 12

13 Energiedichte: Theorie und Praxis Energiedichte in kwh/kg -2/3-30% Source: Johnson Controls Saft Theoretischer Wert Zelle System IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 13

14 E-Motor: Wirkungsgradkennfeld 60% 70% 80% 85% 90% 91% 92% Der Wirkungsgrad der E-Maschine ist, ähnlich wie bei Verbrennungsmotoren, abhängig vom Betriebsbereich. IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 14

15 E-Fahrzeug: CO 2 Emissionen CO 2 Emissionen eines E-Fahrzeuges mit Batterie Source: BMW Strommix in Deutschland ca 563 g/kwh? Emissionsnormen für PKW Die CO 2 Emissionen von Elektrofahrzeugen im NEFZ sind per Definition: 0 gco 2 /km! IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 15

16 Strommix: CO 2 -Emissionen Source: Umweltbundesamt, 2011 CO 2 -Emissionenn in g/kwh IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 16

17 CO 2 -Emissionen: Strom vs. Verbrennungsmotor Entwicklung der CO 2 Emissionen in % D Strommix EU Neuzulassungen IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 17

18 Antrieb mit Verbrennungsmotor vs. Elektroantrieb EU II EU III EU IV EU V EU VI Anteil am Fahrzeugbestand 32 % EU IV 34 % EU II 21 % EU III 13 % <= EU I Verbrennungsmotor Neue Abgasnormen durchdringen den Fahrzeugbestand sehr langsam. Eine Nachrüstung alter Fahrzeuge ist in der Regel nicht möglich. Elektroantrieb Emissionen entstehen im Kraftwerk und können dort bekämpft werden Verbesserungen im Kraftwerk wirken sich sofort auf den gesamten Fahrzeugbestand aus! IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 18

19 Optionen für den Antrieb Source: Toyota Source: VW Verbrennungsmotor Hybridantrieb E-Antrieb Source: Bosch IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 19

20 Facetten der Antriebe Source: VW Source: Porsche Source: Bosch Verbrennungsmotor Hybridantrieb E-Antrieb Anteil Verbrennungsmotor Anteil Elektromotor Benzin, Diesel, Erdgas (CNG), Flüssiggas (Butan/Propan; LPG) Batterie, Brennstoffzelle (H 2 ) IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 20

21 Hybrid-Antrieb: Lastpunktbeeinflussung b a Maßnahmen zur Kraftstoffeinsparung des Verbrennungsmotors: a) Lastpunktanhebung b) Betriebspunktverschiebung (Leistung=konst) c) Start/Stop c IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 21

22 Serieller Hybrid / Parallel Hybrid / Powersplit Verbrennungsmotor Kupplung Getriebe Generator Elektromotor Batterie Kraftstofftank IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 22

23 Plug-In Hybrid vs. Hybrid Source: Toyota IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 23

24 Plug-In Hybrid Source: RWE Source: Toyota Vorteil Kann rein elektrisch Fahren Kann die Ladeinfrastruktur nutzen Benötig gegenüber E-Antrieben eine kleinere Batterie Nachteil Kraftstoffverbrauch stark vom Fahrprofil abhängig Gegenüber VKM und Hybrid teurer IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 24

25 Plug-In Hybrid: Lokal Emissionsfrei 20 km 20 km Source: Google Source: Google IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 25

26 Lebensdauer der Batterie Lebensdauer der Batterie in Jahren Source: Toyota, Modus: Hybrid Modus: Rein elektrisch genutzter SOC-Bereich in % Die Lebensdauer der Batterie ist immer noch eine Herausforderung. IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 26

27 Normzyklus vs. Kundenverhalten Fahrzeug mit einem Dieselmotor (Quelle: BMW) Verteilung [-] Fahrzeug mit Plug-in Hybrid (theoretisch) Kraftstoffverbrauch [l/100km] Der Kraftstoffverbrauch eines Plug-in Hybrid Fahrzeugs kann stark variieren. IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 27

28 VW XL1: Dieselhybrid Plug-In Source: VW Source: VW Zweizylinder-TDI-Motor (35 kw / 48 PS), E-Motor (20 kw / 27 PS), 7-Gang-Doppelkupplungsgetriebe (DSG) Lithium-Ionen-Batterie Source: VW Verbrauch: 0,9 l/100km (CO 2 = 24 g/km) IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 28

29 Plug-In Antrieb oder E-Antrieb mit Range Extender? Source: Toyota Source: Opel Source: Daimler Prius Plug-In 2,2 l/100km 49 gco 2 /km 5,2 kwh Li-Ion 20 km elek. Reichweite Opel Ampera 1,6 l/100km 40 gco 2 /km 16 kwh Li-Ion km elek. Reichweite Daimler E-Cell+ 1,4 l/100km 32 gco 2 /km? kwh Li-Ion 100 km elek. Reichweite laut Hersteller: E-Antriebe IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 29

30 CO 2 -Emissionen aktueller Fahrzeuge in Europa beste Ottomotoren beste Dieselmotoren EU Ziel 2015 EU Ziel 2020 Source: IAV, 2011 E-Fahrzeuge und Plug-In Hybridfahrzeuge unterbieten das EU Ziel 2020 deutlich. IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 30

31 Für jeden Einsatzzweck den passenden Antrieb Fahrzeuggröße Verbrennungsmotor Hybrid E-Antrieb mit Range Extender E-Antrieb Source: nach GM und IAV Stadt Landstraße Fernverkehr Fahrzeugart und Fahrprofil bestimmen die Wahl zukünftiger Antriebe. IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 31

32 Prognose: Antriebe 2050 (weltweit) Source: United Nations, Global Insight, Credit Suisse, BMW Groupe Fahrzeugflotte in Millionen Batterie E-Fahrzeug Plug-In Hybridfahrzeug Hybridfahrzeug Fahrzeug mit Verbrennungsmotor IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 32

33 Zusammenfassung Das Technologiespektrum für zukünftige Antriebe wird breiter. Der Elektroantrieb wird das Antriebsspektrum ergänzen, aber auf absehbare Zeit Otto- und Dieselmotoren nicht ersetzen. Der Hybridantrieb partizipiert an den Entwicklungsschritten der Verbrennungsmotoren und der E-Antriebe, zudem kann er die Fortschritte wirtschaftlich darstellen. IAV Neungang-Hybrid-Doppelkupplungsgetriebe Insbesondere der Plug-In Hybrid kann kurzfristig den Zielkonflikt zwischen lokal emissinsfreien Fahren in Ballungsräumen und hoher Reichweite auflösen. IAV GmbH 09/2011 CvE MD Zukuenftige Mobilitaet - Hybridantrieb.ppt 33

34 Vielen Dank Dipl.-Ing. Carsten von Essen IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr Carnotstraße 1, Berlin Telefon: Innovationen in Serie

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