Der Weg zur E-Mobilität

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1 Technische Universität Ilmenau Dr. Richard Aumayer Zentralabteilung Außenangelegenheiten Regierungs- und Politikbeziehungen 1

2 1 Motivation: Weshalb machen wir uns auf den Weg? 2 Herausforderung: Kernproblem batterielektrischer Fahrzeuge 3 Wegbeschreibung: Der pragmatische Ansatz 3.1 Potentiale Verbrennungsmotor 3.2 Aspekte der E-Mobilität 4 Zusammenfassung 2

3 Die EU hat sich zur Reduzierung ihrer CO2- Emissionen verpflichtet Die EU hat die Mitgliedsländer in diese Verpflichtung eingebunden Damit sollen die Vorräte an fossilen Brennstoffen geschont und die Klimaerwärmung begrenzt werden Konsequenz: Es sind Konzepte für alle Wirtschaftssektoren zur Reduzierung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe zu entwickeln in Industrie, Gebäude und Verkehr Der Politische Wille zur Einführung der E-Mobilität ist nunmehr vorhanden 3

4 1 Motivation: Weshalb machen wir uns auf den Weg? 2 Herausforderung: Kernproblem batterielektrischer Fahrzeuge 3 Wegbeschreibung: Der pragmatische Ansatz 3.1 Potentiale Verbrennungsmotor 3.2 Aspekte der E-Mobilität 4 Zusammenfassung 4

5 Vergleich Diesel vs. Batterie *Schätzwerte 5 Liter Diesel: Entspricht ca. 100 Kilometer Reichweite (Kompaktklasse) 4,15 kg Wh E-Inhalt Diesel ca kwh/kg Batterie: Stand heute Batterie: 100 Wh/kg* 490 kg für Wh notwendig Wirkungsgrade Wandler Verbrennungsmotor < 30% Elektromotor > 90% 5

6 Entwicklungsplanung Elektrochemischer Speicher 2009 Li-Ion Wh/kg 300 /kwh cell level Wh/kg 200 /kwh Wh/kg real vehicle range: 200 km 500 kg Li-Ion 200 km 260 kg Li-x 200 km 44 kwh 44 kwh nutzbare Energie 22 kwh/100 km 12 kwh/100km consumption Li-Ion 200 km 200 kg 35 kwh Li-x 200 km? /kwh 180 kg 44 kwh 100 kg 24 kwh improved module with intelligent BMS modular design w/ optimized vehicle integration 6

7 1 Motivation: Weshalb machen wir uns auf den Weg? 2 Herausforderung: Kernproblem batterielektrischer Fahrzeuge 3 Wegbeschreibung: Der pragmatische Ansatz 3.1 Potentiale Verbrennungsmotor 3.2 Aspekte der E-Mobilität 4 Zusammenfassung 7

8 Herausforderung: Vielfalt im Antriebsstrang Benzin Benzin Diesel Benzin Diesel Alternative Kraftstoffe Hybrid HCCI Diesel Alternative Kraftstoffe Hybrid Elektro / Range Extender Elektro / Batterie Elektro / Brennstoffzelle Elektro (Batterie / Brennstoffzelle) Elektro / Range Extender

9 Weiterentwicklung Verbrennungsmotor erforderlich Benzin Benzin Diesel Benzin Diesel Alternative Kraftstoffe Hybrid HCCI Diesel Alternative Kraftstoffe Hybrid Elektro / Range Extender Elektro / Batterie Elektro / Brennstoffzelle Elektro (Batterie / Brennstoffzelle) Elektro / Range Extender

10 Kraftstoffeffizienz Ottomotor-Technologie l/100 km CO 2 g/km % -29 % -39 % G0 G1 G2 G2H G0 G1 G2 = G0 = G1 G2H= G2 Saugrohreinspritzung + Direkteinspritzung, + Downsizing, Start/Stopp, + Thermo Management, + Turbo + Zylinder-Downsizing (4 3 Zylinder) + var. Valve Lift (VVL) + Hybrid Batterie 1 kwh, E-Motor 25 kw 2.0 l 200 Nm 1.4 l 210 Nm 1.1 l 200 Nm 1.1 l Nm Euro 5 Euro 6 Hybrid Fahrzeuggewicht 1400 kg, 100 kw, NEFZ G0-G2: Handschalter G2H: Automatikgetriebe 10

11 Kraftstoffeffizienz Dieselmotor-Technologie CO 2 g/km D0 Common Rail System, Turbo 2.0 l 340 Nm l/100km Reduktion ggü. Diesel Basis System D0-22 % -28 % -33 % -40 % D1 = D0 + optim. Verbrennung + Start/Stopp + Thermo Management + Downsizing 1.6 l 340 Nm D0 D1 D2 D3 3.2 D3H D2 D3 = = D1 D2 + NO x -Abgasnachbehandlung + Zylinder-Downsizing (4 3 Zylinder) 1.6 l 340 Nm 1.2 l 290 Nm Euro 5 Euro 6 Hybrid D3H = D3 + Hybrid Batterie 1 kwh, E-Motor 25 kw 1.2 l Nm Fahrzeuggewicht 1400 kg, 100 kw, NEFZ D0-D3: Handschalter D3H: Automatikgetriebe 11

12 1 Motivation: Weshalb machen wir uns auf den Weg? 2 Herausforderung: Kernproblem batterielektrischer Fahrzeuge 3 Wegbeschreibung: Der pragmatische Ansatz 3.1 Potentiale Verbrennungsmotor 3.2 Aspekte der E-Mobilität 4 Zusammenfassung 12

13 Benzin Benzin Diesel Benzin Diesel Alternative Kraftstoffe Hybrid HCCI Diesel Alternative Kraftstoffe Hybrid Elektro / Range Extender Elektro / Batterie Elektro / Brennstoffzelle Elektro (Batterie / Brennstoffzelle) Elektro / Range Extender

14 Elektrifizierungsgrad Der Weg zur E-Mobilität Elektrifizierung des Antriebsstranges Hybrid Plug-in Hybrid Verbrennungsmotor Elektromotor Elektrofahrzeug mit Range Extender Elektromotor Verbrennungsmotor als Generator Elektrofahrzeug Elektromotor Electric vehicle Electric motor Brennstoffzellenfahrzeug Elektromotor 14 Verbrennungsmotor Elektromotor Zeit

15 Reichweite abhängig von Effizienz der elektr. Verbraucher Reichweite 200km 150km 100km 50km 0km Basis-EV Ablendlicht Ablendlicht, Wischer Ablendlicht, Wischer, beheizte Sitze Phoenix, AZ +40 C A/C-Leistung 3kW Moskau, -10 C Heizleistung 6kW Basis-EV: Gewicht 1000kg Ø Motorleistung 4,5 kw Ø Geschwindingkeit 33,6 km/h Energieverbrauch reines Fahren 13,8 kwh/100km Batteriekapazität 30 kwh Luftwiderstand 0,71 15

16 Bereitschaft, Mehrkosten beim EV zu tragen k.a. > % 4 % % % < % Bedeutung Reichweite und Emissionen für Neuwagenkäufer relevant. Zahlungsbereitschaft für Zusatzkosten eher gering. 16 Quelle: Aral-Studie Trends beim Autokauf Daten für Deutschland.

17 CO 2 -Emissionen Elektrofahrzeug im Energiemix CO2 [g/km] Ziele Verbrennungsmotor China im Jahr 2020 Ziele Verbrennungsmotor EU im Jahr DEUTSCHLAND CHINA FRANKREICH Herstellung und indirekte Effekte der Herstellung von Fahrzeug und Batterie nicht betrachtet. Elektrofahrzeuge nur zielführend mit regenerativer Energiebereitstellung. 17 Quellen für CO 2 -Emissionen im nationalen Strommix: Umweltbundesamt, Center for Clean Air Policy,Ecofys 2008: G8 Climate Scorecard Annahme Elektrofahrzeug: 20 kwh / 100 km

18 Neue Antriebstechniken: Perspektiven 2020 Gesamtmarkt: 70 Mio. 82 Mio. 103 Mio. Einheiten [Millionen Fahrzeuge] ,8 9,4 1,9 1,9 0,6 0,002 19,2 4,2 7,2 10, *) 3,0 6,0 EV und PHEV 0,3 Hybridfahrzeuge (HEV) andere (FlexFuel, CNG, LPG) *) *) Geschätzte Gesamtproduktion 18

19 Einflussfaktoren auf EV-Marktentwicklung Mobilitätsbedürfnisse Mobilitätskosten Individualitätsbedürfnisse Bewegungsmuster Antriebsstrangkosten Reichweitenbedürfnisse Infrastrukturverfügbarkeit Volumenszenarien EV Markt Geschäftsmodelle FuE- Amortisierung Öffentliche Anreize Batteriekosten Sozioökonomische Faktoren Kaufkraft Konsumenten Be Green Fahrzeugkonzepte Antriebsstrangkonzepte Peripherie- Produkte Konventionelle Mobilitätskosten CO 2 Global Warming Öffentliche Strafen Urbanisierung Mega Cities Emerging Countries Ordnungspolitischer Rahmen Kosten fossile Brennstoffe Verbesserung Verbrenner 19

20 1 Motivation: Weshalb machen wir uns auf den Weg? 2 Herausforderung: Kernproblem batterielektrischer Fahrzeuge 3 Wegbeschreibung: Der pragmatische Ansatz 3.1 Potentiale Verbrennungsmotor 3.2 Aspekte der E-Mobilität 4 Zusammenfassung 20

21 Zusammenfassung Die Weiterentwicklung von Systemen und Aggregaten für Verbrennungsmotoren ist ein entscheidender Beitrag zum Klimaschutz in den nächsten 20 Jahren. Die parallel zur Weiterentwicklung des Verbrennungsmotors notwendigen hohen Investitionen in den Elektroantriebsstrang stellen die Automobilindustrie vor große Herausforderungen. E-Mobilität ist ein neues Mobilitätskonzept und erfordert neue Rahmenbedingungen. Der Weg zur Elektromobilität führt zu neuen Anforderungen an Kompetenzen und Know How. Diese Tatsache und die sich abzeichnenden neuen Geschäftsmodelle führen zum Entstehen neuer Marktteilnehmer. 21

22 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Danke für Ihre Aufmerksamkeit Technik fürs Leben 22

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