3. Energieeffizientes Fahren im Fokus der Saisons

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Alexander Hofmann
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1 3. Energieeffizientes Fahren im Fokus der Saisons In diesem Abschnitt wird zunächst definiert, wie Energieeffizienten Fahren in der Arbeit verstanden wird. Anschließend werden die verschiedenen Faktoren, von welchen die Energieeffizienz des Fahrens abhängig ist, in einem Schaubild dargestellt und erläutert. Im zweiten Teil dieses Abschnitts werden die saisonalen Einflüsse benannt und die Auswirkungen bzw. Beschränkungen für das energieeffiziente Fahren ausgeführt. 3.1 Definition von Energieeffizientem Fahren Ziel des heutigen technischen Fortschritts ist, eine hohe Wirtschaftlichkeit durch energieeffiziente, nachhaltige und kostengünstige Technologien, unterstützt durch eine energieeffiziente Fahrweise und Fahrzeugnutzung zu erreichen. Energieeffizientes Fahren wird in dieser Arbeit als optimales Zusammenspiel von Fahrweise, Bremsverhalten und der Nutzung der elektrischen Ausstattung (Nebenverbraucher) definiert, welcher die Energie aus den Energiequellen bestmöglich nutzt, um einen geringen Energieverbrauch und somit die maximal mögliche Reichweite zu erreichen. Fahrzeugkomponenten, die einen hohen Wirkungsgrad besitzen, fördern ebenfalls die Energieeffizienz beim Fahrzeuggebrauch. Beladung Nebenverbraucher Fahrverhalten (ökonomisch statt aggressiv) Fahrzeugkomponenten (mögl. hoher Wirkungsgrad) Rekuperation energieeffizientes Fahren Äußere Einflüsse Straßentopologie Außentemperatur Wettereinflüsse Roll- & Luftwiderstand Abbildung 5: Einflüsse auf energieeffizientes Fahren Quelle: Eigene Abbildung Im Detail kann energieeffizientes Fahren nach der Abbildung 5 durch ein ökonomisches, vorausschauendes Fahrverhalten, d. h. durch vermeiden von starken, abrupten Bremsen

Im zweiten Teil dieses Abschnitts werden die saisonalen Einflüsse benannt und die Auswirkungen bzw. Beschränkungen für das energieeffiziente Fahren ausgeführt. 3.

2 und Beschleunigungen, erzielt werden. Hier wird meist eine gleichmäßige Geschwindigkeit gefahren und mit der elektrischen Motorbremse gebremst, um die mechanische Bremse zu schonen. Beim Elektroauto wirkt hierbei die Rekuperation, die die beim Bremsen freigewordene Bremsenergie zurück gewinnt und somit das Fahren noch energieeffizienter und -sparsamer gestaltet. Die Menge der zurückgewonnenen Energie ist von der Fahrsituation, der Fahrweise und der ausgewählten Rekuperationsstufe abhängig. Die größten Rekuperationswerte werden durch häufiges Entschleunigen (Fuß vom Gas) erzielt, wie es im Stadtverkehr und bei Talfahrten auf hügeligen Strecken der Fall ist. 21 Förderlich ist auch eine bewusste Benutzung (z. B. rechtzeitiges Abschalten von Heckscheibenheizung) der elektrischen Nebenverbraucher. Zwar erhöht sich der Fahrkomfort durch die Nebenverbraucher, allerdings wird auch zusätzliche Energie verbraucht, die dann für den Antrieb fehlt. Auch unnötige Beladung durch das z. B. das nicht benötigte Golfbag im Kofferraum, erhöht den Energieverbrauch durch zusätzliche Masse die bewegt werden muss. 22 Energieeffizientes Fahren wird durch den Wirkungsgrad der vom Fahrzeughersteller ausgewählten Fahrzeugkomponenten beeinflusst. Der Wirkungsgrad Verhältnis der aufgenommenen zur abgegebenen Energie. ist definiert durch das = 100% (1) 23 Idealerweise wäre das Verhältnis 1:1, dieses wird in der Praxis aber nur annähernd erreicht. Die Energieeffizienz des gesamten Fahrzeugs ergibt sich aus dem Wirkungsgrad, welcher sich in Formel 2 aus dem Wirkungsgrad jeder einzelnen verbauten Komponente, also wie effizient (mit wenig Energieverluste) jedes der in der Formel 1 genannten Autoteile arbeitet, zusammensetzt. =.., (2) Vgl. Schoblick (2013), S Vgl. Schoblick (2013), S Vgl. Schoblick (2013), S Vgl. Schoblick (2013), S. 36

Die Menge der zurückgewonnenen Energie ist von der Fahrsituation, der Fahrweise und der ausgewählten Rekuperationsstufe abhängig.

3 Vergleicht man den Wirkungsgrad, also die Energieeffizienz des konventionellen Automobils mit dem Elektroauto, arbeitet der Elektromotor energieeffizienter, da dort keine Abwärme wie beim Verbrennungsmotor verloren geht. 25 Da sich die restlichen Komponenten bis auf die Innenraumheizung unwesentlich unterscheiden, der Elektromotor aber deutlich effizienter arbeitet, hat das Elektroauto insgesamt einen besseren Wirkungsgrad in der Umsetzung von elektrischer, über mechanische, in Bewegungsenergie. 26 Beim Elektroauto ist es aufgrund seiner ohnehin begrenzten Reichweite unerlässlich, durch energieeffizientes Fahren die Reichweite zu optimieren und zu stabilisieren. Äußere Einflüsse können allerdings das energieeffiziente Fahren und die Reichweite einschränken. Zu den äußeren Einflüssen zählen die Straßentopologie, d. h. Steigungen, die überwunden werden müssen, Fahrwiderstände wie Luft- und Rollwiderstand, sowie Außentemperaturen und Wettereinflüsse. 27 Diese Einflüsse erhöhen den Energieverbrauch, wodurch das energieeffiziente Fahren eingeschränkt wird, bzw. verringern die verfügbare Energie aus der Batterie. Auch die Energierückgewinnung wird durch die Wintereinflüsse beschränkt. Langfristig können äußere mechanische und thermische Belastungen sogar zur Reduzierung der Lebenserwartung von der sensiblen Elektronik und Batterie führen Zuordnung saisonale Einflüsse 25 Vgl. Schoblick (2013), S Vgl. Schoblick (2013), S Vgl. Schoblick (2013), S Vgl. Schoblick (2013), S.87f.

25 Da sich die restlichen Komponenten bis auf die Innenraumheizung unwesentlich unterscheiden, der Elektromotor aber deutlich effizienter arbeitet, hat das Elektroauto insgesamt einen besseren

4 Schnee & Eis kalte Temperaturen spät hell und früh dunkel milde bis gemäßigte Temperaturen bewölkt bis sonnig Winter Frühling Herbst Sommer milde bis gemäßigte Temperaturen windig, regnerisch, stürmisch Sonnenschein heiße Temperaturen früh und lange hell Abbildung 6: Zuordnung Wetter- & Temperatureinflüsse in den einzelnen Jahreszeiten Quelle: Eigene Abbildung Die vier Saisons bzw. Jahreszeiten (Frühling, Sommer, Herbst und Winter) unterscheiden sich durch verschiedene Temperaturen und Wetterzustände, wie Sonne, Regen, Nebel und Schnee. Diese wirken sich auf das Fahrverhalten, die Benutzung von Nebenverbrauchern, den Rollwiderstand der Reifen und die Leistungsfähigkeit der Batterie des Elektroautos aus. Idealtypisch betrachtet, liegen im Winter die Temperaturen weit unter 0 C und es liegt Schnee. Durch die Kälte im Innenraum und die beschlagenen Scheiben, wird die Lüftung und Heizung verwendet, um die Feuchtigkeit in der Fahrkabine zu entsorgen und eine angenehme Innenraumtemperatur zu erreichen. Während das konventionelle Auto die durch den Verbrennungsmotor entstandene, sonst ungenutzte Abwärme zum Heizen der Fahrkabine verwendet, benötigt das Elektroauto eine zusätzliche elektrische Heizung. Heizung, Lüftung und die im Winter genutzte Beleuchtung müssen von der Batterie gespeist werden und mindern somit die Antriebsleistung. Da bei Schnee und Eis auf den Straßen ein anderer Rollwiderstand herrscht, muss mehr Gas gegeben werden und folglich wird mehr Energie verbraucht. Auch die Rekuperations-

Jahreszeiten (Frühling, Sommer, Herbst und Winter) unterscheiden sich durch verschiedene Temperaturen und Wetterzustände, wie Sonne, Regen, Nebel und Schnee.

5 fähigkeit wird auf Schnee bedeckten Straßen eingeschränkt. Zum einen mindert es die Rekuperationswirkung und zum anderen, darf nicht in der höchsten Rekuperationsstufe mit der größten Anfangsverzögerung gefahren werden, da sonst ein Ausbrechen des Autos droht. Ein zusätzlicher negativer Einfluss ist, dass die kalten Temperaturen die Leistungsfähigkeit der Batterie erheblich reduzieren. Am Beispiel des VW e-up lässt die Batterieleistung der Hochvoltbatterie lt. Hersteller bei Temperaturen zwischen -40 C und 0 C nach. 29 Das liegt daran, dass sich die chemischen Reaktionsprozesse im Inneren der Batterie verlangsamen, wodurch sich die Reichweite des Elektroautos deutlich reduziert und es zu erheblichen Leistungseinbußen von ca. 30% bis 40% kommt. 30 Im Sommer sind die Temperaturen meistens warm bis heiß, wodurch die Klimaanlage und Lüftung häufiger genutzt werden. Durch die direkte Sonneneinstrahlung auf das Auto kann sich der Fahrzeuginnenraum auf hohe Temperaturen erhitzen. Die Fahrzeugelektronik und die Batterie reagieren darauf häufig empfindlich, aber auch für die Fahrzeuginsassen ist diese Hitze in der Fahrzeugkabine unangenehm. 31 Daraufhin wird die Klimaanlage eingeschaltet, welche von der Energie der Batterie gespeist wird. Diese verbrauchte Energie steht für den Antrieb des Fahrzeugs nicht mehr zur Verfügung. Die Reichweite die mit der restlichen Menge im Energiespeicher gefahren werden kann, wird minimiert. 32 Im Frühling & Herbst herrscht idealtypisch betrachtet Mischwetter, bestehend aus gelegentlichem Niederschlag oder Sonnenschein, bei gemäßigten Temperaturen. In diesen Jahreszeiten wird daher häufig nur Scheibenwischer, Licht sowie die Lüftung genutzt. Diese Energieverbräuche haben aber keine allzu großen Auswirkungen auf die Reichweite, da diese Nebenverbraucher nur temporär und über kurze Zeitintervalle benutzt werden. 29 Vgl. Metropolregion (2013), S Vgl. Schoblick (2013), S Vgl. Schoblick (2013), S Vgl. Schoblick (2013), S.56

droht. Ein zusätzlicher negativer Einfluss ist, dass die kalten Temperaturen die Leistungsfähigkeit der Batterie erheblich reduzieren.

6 Abbildung 7: Saisonale Einflüsse auf die Reichweite des VW e-up lt. Volkswagen Quelle: Metropolregion (2013), S.8 Die Minderung der Reichweite in abhängig von der Kombination aus Außentemperatur und der im Kasten angegebene Einflussgrößen. Diese werden in Abbildung 7 durch einen grünen Balken bei gemäßigten Temperaturen zwischen 5 C bis 35 C und einem blauen Balken bei Temperaturen von -10 C bis 5 C (im Winter) veranschaulicht. Im Winter mindert sich die Reichweite auf 80 bis 120 km, während bei gemäßigten Temperaturen, mit Berücksichtigung der Einflüsse, eine Reichweite von bis zu 165 km erreicht werden kann. Die genaue Reichweite ist schwer zu kalkulieren, da die Einflüsse variieren.

Diese werden in Abbildung 7 durch einen grünen Balken bei gemäßigten Temperaturen zwischen 5 C bis 35 C und einem blauen Balken bei Temperaturen von -10 C bis 5 C (im

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