Elektro-Mobilität Fluch oder Segen für die Automobilindustrie?

Transkript

1 Prof. Dr. Wolfgang Steiger Elektro-Mobilität Fluch oder Segen für die Automobilindustrie? Vortragsreihe Energie für die Zukunft Hochschule Darmstadt 28. Jan. 2010, Darmstadt 1

2 Globale Herausforderungen 2

3 7 Megatrends mit Wirkung 1. Klimawandel und Nachhaltigkeit 2. Verknappung von Energie und Ressourcen 3. Urbanisierung und Megacities 4. Nahtlose Mobilität 5. Globalisierung und Individualisierung 6. Demographischer Wandel 7. Gesundheit und steigendes Sicherheitsbedürfnis 3

4 Strom entsteht aus allen verfügbaren Primärenergien Primärenergie Energieträger Antrieb fossil Erdöl Erdgas Kohle Uran Kraftstoffe Mineralöl Gas Verbrennungsmotor regenerativ Wind Wasser Sonne Erdwärme Synthetische Kraftstoffe Brennstoffzelle Wasserstoff Elektromotor Biomasse Strom Batterie 4

5 Elektrifizierung bei Volkswagen ein Stufenplan der Nachhaltigkeit VKM Mild / μ Hybrid Full Hybrid Plug-In Hybrid Brennstoffzelle Elektrofahrzeug 5

6 Die Systemintegration ist eine Herausforderung Klimakompressor Wasserpumpe HV-Batteriesystem Zellen Batteriemanager HV-Kabel Leistungselektronik Controller DC/DC-Wandler Controller Hybridsteuerung Bordnetzsteuerung Hybridmodul Trennkupplung E-Maschine 6

7 Touareg Hybrid Leistungselektronik mit DC/DC-Wandler 3,0l TFSI V6 Elektromotor 8 Gang Automatik Getriebe Hoch Volt Leitung Hybrid Batterie 7

8 Hybrid Antriebsstrang 1,4l TSI mit DQ200 Verbrennungsmotor 1,4l 110kW TSI Drehmomentgrenze DQ200 (verstärkt) Drehmoment [Nm] Leistung [kw] Getriebe DQ Drehzahl [1/min] 1,4l T-FSI (statische Kurve) 1,4l T-FSI + E-Maschine (max. 30sec.) 25 E-Motor (20kW) + Kupplung (Impuls Start Modul) 8

9 Anforderungen an das Elektrofahrzeug und elektrische Energiespeicher Kosten Wirtschaftlichkeit, Marktakzeptanz, Recycling Energie Elektrische Reichweite, Verfügbarkeit Komfortverbraucher Ladezeiten, -infrastruktur Leistung Fahrleistung, Performance, Dynamik, Technologie zukünftig: Lithium-Ionen Lebensdauer Zyklen, Standzeit Sicherheit Fehler, Unfall, Missbrauch, Wartung, Komfort, Zuverlässigkeit 9

10 Die Lithium-Ionen-Batterie ist die attraktivste Technologie Li-Ion-Batterie für Hybridfahrzeug 5,2 Ah Die Lithium-Ionen-Batterie wird seit den 90er Jahren in elektronischen Geräten genutzt in Walkmen, Handys, Kameras und Laptops. Vorteile Hohe Energie- und Leistungsdichte hohe Zellspannung (~ 3.6 V) hoher Wirkungsgrad Materialien verfügbar und potenziell preiswert Nachteile Chemie empfindlich bei Herstellung Li-Ion-Batterie für Mobiltelefon 750 mah Chemie empfindlich im Betrieb Elektrolyt ist brennbar, Li-Ionen-Batterien sind als Gefahrgut klassifiziert (LN 3480) 10

11 Elektrofahrzeuge: Problem: Begrenzte Reichweite von Elektrofahrzeugen Gleicher Maßstab Benzin (äquivalent für gleiche Reichweite) 3,9 Liter (3 kg) 35 kwh Wirkungsgrad Tank-to-Wheel: 35% 12,3 kwh aus 3 kg für 120 km Batteriesystem 22 kwh ca. 250 kg 15,4 kwh nutzbar Wirkungsgrad Tank-to-Wheel: 80% 12,3 kwh aus 250 kg für 120 km Beim Elektrofahrzeug startet man vollgeladen schon auf Reserve! 11

12 Im Auto beanspruchen viele Verbraucher Strom Reichweite [ % ] Autobahn Stadt Zusätzliche Bordnetzlast [ kw ] 12

13 Integrationsschritte der Leistungselektronik in die elektrische Antriebskomponente Getrennter Aufbau Kosten Anbaulösung 2 separate Designs 2 Komponenten 2 separate Designs 2 Komponenten Wenige gemeinsame Teile Zeit Integration 2 separate Designs 1 Komponente Mit Teiloptimierung 1 Design 1 Komponente Durchgängige Optimierung Mechatronik 13

14 Der Preis für Batteriesysteme wird sinken 100 % Kosten [ % ] 80 % 60 % 40 % 20 % Zeit 14

15 Die Hochenergie-Speichertechnologie entwickelt sich weiter elektrische Reichweite NEFZ [km] Golf-Plattform 1500 kg, 18 kwh/100km 140 Wh/kg * 600 W/kg 170 Wh/kg * 800 W/kg 200 Wh/kg * 1000 W/kg Grenze der Lithium- Ionen-Technologie *) Energiedichte bezogen auf Zelle Vision: Über 500 Wh/kg* EV 200 l Plug-In 100 l

16 Elektromobilität ist wichtig für Ballungsräume 16

17 und ideal für Pendler 120km 60km 30km 17

18 twindrive : Konzeptideen Elektrische Kurzstreckenmobilität Nutzung alternativer & regenerativer Energieformen für die Kurzstreckenmobilität Verbrennungsmotorische Langstreckenmobilität Nutzung von flüssigen Kraftstoffen für die Langstreckenmobilität Ein weiterer Schritt in die Unabhängigkeit von fossilen Treibstoffressourcen Tanken von günstigem Strom am 220 V Netz Emissionsfreies Befahren gesperrter Innenstädte Verbrauchsoptimaler Antrieb durch Full- Hybrid-Funktionalität (Start/Stopp, E-Drive, Rekuperation) Fahrverhalten, Performance, Kraftstoffverbrauch und Reichweite ähnlich Full- Hybrid-Antrieb Netzstabilisierung durch EVU 18

19 twindrive: Basisantriebsaggregat 19

20 twindrive : Plug-In Konzept für längere Reichweiten 20

21 Der Space up! Brennstoffzellen Range Extender Tank Tank I+II: H 2 -Innenvolumen: 80l (3.34kg H 2 bei 700bar) H 2 -Tank II (Ø329mm x 920mm) 40 l H 2 -Tank I (Ø273mm x 1320mm) 40 l E-Maschine Leistung: 45kW Max. Drehzahl: /min Max. Drehmoment: 120 Nm Brennstoffzelle Leistung: 12kW Solarsystem Typ: Kunststoff integriert Leistung: 150 W Traktionsbatterie 12x Batteriemodul (Li-Ion 45Ah; 21,6V) Kapazität: 12kWh Leistung: 44kW 21

22 E-Up! Technische Daten Daten Leistung 60kW 60kW // kw kw Drehmoment Nm Nm Beschleunigung km/h km/h sec sec km/h km/h sec sec Vmax Vmax km/h km/h Batterie kwh kwh Li-Ion Li-Ion Reichweite km km 22

23 Adaptive Antriebskonzepte individueller Mobilität Fuß Fahrrad E-Bike E-Fahrzeug E-Fahrzeug mit (BZ-)Range- Extender Verbrennungsmotor- Fahrzeug Wegstrecke [km] 23

24 1L Technische Daten Daten Verbr. Verbr. Motor Motor Typ Typ ccm ccm TDI TDI Leistung 20kW 20kW // kw kw Drehmoment Nm Nm El. El. Motor Motor kw kw Beschleunigung km/h km/h sec sec Vmax Vmax km/h km/h Verbrauch l/100 l/100 km km Leergewicht kg kg 24

25 Energieträger der Mobilität Ein Szenario für Europa 100% Energiebedarf SunFuel SunGas SynFuel CNG Benzin, Diesel Strom & Wasserstoff 25

26 Volkswagen Antriebs- und Energiestrategie Erdöl Erdgas Erneuerbare Energien Benzin SynFuel CNG Dieselkraftstoff Brennstoffzelle Wasserstoff SunFuel SunGas Batterie Elektrizität TDI TSI DSG Hybrid Elektro- Traktion 26

27 Volkswagen - Driving Ideas Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 27