Vorstellung der VDE Studie Elektrofahrzeuge

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1 Vorstellung der VDE Studie Elektrofahrzeuge Bundespressekonferenz, Berlin Prof. Rik W. De Doncker, RWTH Aachen University Tim Schäfer, Li-Tec Battery GmbH, Kamenz / 1

2 VDE Studie Elektrofahrzeuge Vorstellung der VDE Studie Elektrofahrzeuge Erstellt durch die Taskforce Elektrofahrzeuge der ETG Ziele der Studie Darstellung der Bedeutung von Elektrofahrzeugen Beschreibung der Komponenten und technischen Trends Klärung der Infrastrukturanforderungen Ableitung des Handlungsbedarfs / 2

3 Elektromobilität Was bisher geschah Im 19. Jahrhundert war das Automobil elektrisch Im Anschluss wurde Elektromobilität phasenweise wieder als Alternative zu verbrennungsmotorbetriebenen Kraftfahrzeugen gesehen. Erste Phase Ölkrisen der 70er Jahre Ölabhängigkeit als externer Treiber Zweite Phase Kalifornisches Nullemissionsgesetz zu Beginn der 90er Jahre Luftverschmutzung als externer Treiber Dritte Phase heute Öl, Umwelt und erneuerbare Energien als externe Treiber Fortschritte in Batterietechnologie als interner Treiber Neue Mitspieler drängen in den Markt / 3

4 Motivation Klimaschutz: Reduzierung von CO 2 -Emissionen Erneuerbare Energien liefern vor allem Strom! Verbesserung der Luft- und Lebensqualität in Städten: Lärm, Feinstaub, NO x -Emissionen Elektrofahrzeuge mit und ohne Range Extender sind eine effektive Lösung für diese Probleme Lärmemissionen in Braunschweig Quelle: (links Tag, rechts Nacht) / 4

5 Auswahl von Antriebsstrangkonzepten Elektrischer Antrieb erlaubt flexible Gestaltung des Antriebs und ermöglicht neue Fahrzeugkonzepte Gestaltungsfreiheit im Fahrzeugkonzept / 5

6 Elektrische Antriebsstrangkomponenten Wechselrichter für Hilfsaggregate Ladegerät Wechselrichter Spannungswandler Wechselrichter Spannungswandler Elektromotoren, Leistungselektronik und Energiespeicher Hohe Stückzahlen erfordern kostengünstige Massenproduktion Schlüsselkomponente: Energiespeicher / 6

7 Hohe Batteriekosten Batteriekosten begrenzen die Reichweite: Reichweite Batteriegewicht Batteriekosten 50 km 90 kg km 180 kg km 270 kg 8100 Annahmen: 18 kwh/100km, Energiedichte der Batterie: 100 Wh/kg, Geschätzter Batteriepreis bei Massenproduktion: 300 / kwh Kosten der Batterie müssen durch Verbrauchsvorteile erwirtschaftet werden: Reine Elektrofahrzeuge für Strecken bis 100 km Range Extender für längere Strecken / 7

8 Entwicklung der Batteriekosten Quelle: Energy Storage Development for Automotive Applications, Ted J. Miller, 2008 Lithium-Ion Technologie hat hohes Potential für Kostensenkung Die Batterie bleibt die teuerste Komponente im Fahrzeug / 8

9 Fahrverhalten privater PKW nach KiD 2002 Ca. 90% der Tagesfahrleistungen unter 100 km Nur 2,3% der Fahrten länger als 100 km, Durchschnitt: 25 km Fahrtziele: 43% der Fahrten enden zu Hause, 27% im Betrieb / 9

10 Schnellladesysteme von geringem Nutzen Trotz hoher Ladeleistungen ergeben sich lange Ladezeiten: Ladeleistung Ladezeit * Pausenzeit ** 3,7 kw 5 h 15 h 40 kw 27 min 81 min 100 kw 11 min 33 min **Vollladung von 18 kwh Batterie ohne Begrenzung **Warteschlange mit 3 Fahrzeugen Hohe Investitionen in Netze, Batterien und Ladegerät erforderlich Hoher Bedarf an Schnellladungen z. B. zu Urlaubszeiten erfordert hohe Überdimensionierung der Infrastruktur Konzepte mit Range Extender oder die Benutzung anderer Verkehrsmittel sind für lange Fahrten sinnvoll / 10

11 Parkzeiten privater PKW Lange Standzeiten überwiegend zu Hause und am Arbeitsplatz sollten zum Laden genutzt werden. Hier reichen 16 A, 230 V aus. Parkzeiten während des Einkaufs oft unter 1 Stunde. Hier sind nur höhere Ladeleistungen sinnvoll / 11

12 Ladeleistung in Abhängigkeit vom Ladeort ohne netzseitiges Lademanagement Durchschnittliche Leistung beim Laden mit 3,7 kw ist gering Nachladen am Arbeitsplatz bringt größten Nutzen: geringere mittlere Spitzenleistung größere Tagesreichweite bzw. kleinere Batterie / 12

13 Netzanbindung 1 Mio. Elektrofahrzeuge verbrauchen weniger als 0,5% der elektrischen Energie in Deutschland. Die Netzbelastung durch Elektrofahrzeuge bleibt auch bei hoher Durchdringung relativ gering, wenn langsam und mit netzseitigem Lademanagement geladen wird. Elektrofahrzeuge als Speicher im Netz nutzbar? Energiemenge reicht nicht für Ausgleich der Volatilität von Wind- und Solarenergie über mehrere Tage Die Primärregelung mit einer Statikkennlinie ähnlich wie bei regenerativen Erzeugungsanlagen kann sinnvoll sein / 13

14 Standardisierungsbedarf Energiespeicher sollten modular und nachrüstbar sein, um flexibel auf (neue) Bedürfnisse der Fahrer reagieren zu können. Interne Schnittstellen sollten standardisiert werden (z. B. Spannungsniveaus, Steckverbinder). Standardisierung der Ladestationen Kommunikation Aufbau, Schnittstellen und Schutzkonzepte Qualifizierung und Standardisierung des Werkstattumfelds Erweiterung und Ergänzung vorhandener Sicherheitsnormen / 14

15 Forschungs- und Entwicklungsbedarf Kostenreduktion sowie Erhöhung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Lithium-Ionen-Batterien Entwicklung effizienter Heiz-, Dämm- und Klimasysteme Kostenreduktion, Erhöhung der Leistungsdichte und der Zuverlässigkeit bei der Leistungselektronik Automobilgerechte Produktionsverfahren und Entwicklung verbesserter Werkstoffe für elektrische Maschinen Steigerung der Effizienz und Senkung von Bauvolumen und Kosten von Hilfsaggregaten durch direkte Anbindung an die Traktionsspannung / 15

16 Politischer Handlungsbedarf für die Einführung von 1 Mio. Fahrzeugen bis 2020 Steuerliche Vergünstigungen oder Zuschuss beim Kauf Förderung neuer Mobilitätskonzepte: Mobilität statt Eigentum Schaffung von Nutzungsvorteilen für Elektrofahrzeuge (z. B. kostenloses Parken, Freigabe von Sperrzonen in Städten) Förderung von Firmen, die im Betrieb Lademöglichkeiten für Elektrofahrzeuge von Mitarbeitern schaffen Schaffung von dediziertem öffentlichem Parkraum mit einfacher Lademöglichkeit für Elektrofahrzeuge. Beispiel: Ladestationen in Parkhäusern Mittelfristig sollten der Zugang zu Ladepunkten und die Abrechnung der Energie standardisiert sein / 16

17 Fazit Elektrofahrzeuge mit einer Reichweite von ca. 100 km sind ausreichend für die meisten Fahrten. Für weitere Fahrten und zur Steigerung der Akzeptanz eignen sich Range-Extender. Die Batteriekosten sind entscheidend für die Markteinführung. Batterien sollten modular erweiterbar sein und sich an die Bedürfnisse der Käufer anpassen lassen. Die Technik für Antriebe von Elektrofahrzeugen ist vorhanden. Eine Weiterentwicklung für die automobile Massenproduktion muss erfolgen. Die Vorteile von Elektrofahrzeugen müssen durch kreative Fahrzeug- und Nutzungskonzepte zur Entfaltung kommen / 17

18 / 18 Quelle: Scribner s Magazin, 1910

19 Vorstellung der VDE Studie Elektrofahrzeuge Bundespressekonferenz, Berlin Prof. Rik W. De Doncker, RWTH Aachen University Tim Schäfer, Li-Tec Battery GmbH, Kamenz / 19

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