Antriebssystem der Zukunft: Warum auf Elektrotechnik setzen? Dr.-Ing. Kathrien Inderwisch

Transkript

1 Antriebssystem der Zukunft: Warum auf Elektrotechnik setzen? Dr.-Ing. Kathrien Inderwisch

2 Einflussfaktoren auf die Fahrzeugentwicklung Urbanisierung Verkehrsaufkommen, Urbanisierung Fahrzeugproduktionszahlen Metropolen Anzahl/Wachstum Metropolen erhöhtes Verkehrsaufkommen Kraftfahrzeugsteuer Landflucht Ökonomie Nachhaltige Antriebskonzepte Energieeffizienz Systemverhalten Gesetzgeber Nachhaltige Technologien Ökologie Komponentenwirkungsgrade Ökonomie Ökologie Endlichkeit CO 2 -Emissionen fossiler Energieträger Treibhauseffekt Gesetzgebung 95 gco 2 / km Schaffung von Kaufanreizen Treibhausgase Mobilität Verbrauchs- / CO 2 -Emissionsgrenzen Wettbewerb Rohstoffvorkommen Regulierung CO 2 Flottenemissionen Image bedarfsgerechte Einsatz von Energie alternative Kraftstoffe Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 2

3 Forschungsvision Nachhaltige Mobilität Nachhaltige Mobilität Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 3

4 Forschungsfeld Elektromobilität Fahrzeug Infrastruktur Fahrzeugkonzept Effizienz Antriebsstrang Leichtbau Lademöglichkeiten Induktiv/konduktiv Erneuerbare Energien Ladeleistung Geschäftsmodelle Kommunikation Mobilität Information/Kommunikation Sicherheit Komfort Vernetzung Dienstleistungen / Geschäftsmodelle Anwendungsszenarien ÖPNV, Flotten Logistik Energiespeicher Fertigungsprozesse Kostenreduktion Diagnostik, Modellbildung, System Recycling, Lebenszyklusanalyse Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 4

5 Energiebedarf des Fahrzeugs Energieträger chemisch, elektrisch E TtW Fahrwiderstände E FW - Rollwiderstand - Beschleunigungsw. - Luftwiderstand - Reibungsw. Antriebsverluste η Antrieb Übertragungs- und Wandlungsverluste - chem./elektr. Energie => mech. Energie Nebenverbraucher E NV -Heiz- & Klimasystem, HVAC *) -Aktive Systeme -Assistenzsysteme -Entertainment Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 5

6 Energiebedarf des Fahrzeugs Energieträger chemisch, elektrisch E TtW Fahrwiderstände E FW - Rollwiderstand - Beschleunigungsw. - Luftwiderstand - Reibungsw. Antriebsverluste η Antrieb Übertragungs- und Wandlungsverluste - chem./elektr. Energie => mech. Energie Nebenverbraucher E NV -Heiz- & Klimasystem, HVAC *) -Aktive Systeme -Assistenzsysteme -Entertainment Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 6

7 E in kwh/100km Energiebedarf in Folge der Fahrwiderstände Bedarf Zugphase Schubphase 10.9 kwh/100km 1.2 L / 100 km E FW ,08 3,14 F Reib c w A f R λ m Benzinäquivalent 9 kwh / L Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie ,44 4,21 3,26 0,17 0,39 0,39 theoret. Rekuperationspotential E Rekup,th 30 %

8 E in kwh/100km Energiebedarf in Folge der Fahrwiderstände Bedarf Zugphase Schubphase 10.9 kwh/100km 1.2 L / 100 km Mit praktischem Rekuperationspotential 8.9 kwh/100km 1.0 L / 100 km E-Fahrzeug + Δm 200 kg 9.7 kwh/100km E FW ,08 3,14 2,44 F Reib c w A f R λ m 0,17 0,39 0,39 Benzinäquivalent 9 kwh / L Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 8 2 4, ,26 Prakt. Rekup. Potential E Rec,pr 18 %

9 Energiebedarf des Fahrzeugs Energieträger chemisch, elektrisch 1) Fahrwiderstände 10.9 kwh/100km 9.7 kwh/100km E FW Antriebsverluste Nebenverbraucher E TtW Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 9 1) Annahme : Zusätzliches Gewicht m=200kg und Rekuperation

10 Energiebedarf des Fahrzeugs Energieträger chemisch, elektrisch 1) Fahrwiderstände 10.9 kwh/100km 9.7 kwh/100km E FW Tank / Batterie Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 10 Antriebsverluste Nebenverbraucher E TtW VKM, EM E TtW η VKM/EM η Getriebe E FW η Antrieb Getriebe Antrieb Rad 1) Annahme : Zusätzliches Gewicht m=200kg und Rekuperation

11 Antreiben Wirkungsgrad des Antriebs η=100% η=27% η=90% η=98% E=25 % E = 100% η=90% η=85% η=98% E=75 % Energiespeicher Energiewandler Energieübertragung Rad Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 11

12 1) Annahme : Zusätzliches Gewicht m=200kg und Rekuperation 2) Fahrzeug mit Start-Stopp sowie Rekuperation der Nebenverbraucherleistung Energiebedarf des Fahrzeugs Energieträger chemisch, elektrisch 2) 1) Fahrwiderstände 10.9 kwh/100km 9.7 kwh/100km E FW Antriebsverluste Nebenverbraucher E TtW 32.7 kwh /100km 3.2 kwh /100km Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 12

13 1) Annahme : Zusätzliches Gewicht m=200kg und Rekuperation 2) Fahrzeug mit Start-Stopp sowie Rekuperation der Nebenverbraucherleistung Energiebedarf des Fahrzeugs Energieträger chemisch, elektrisch 2) 1) Fahrwiderstände 10.9 kwh/100km 9.7 kwh/100km E FW Antriebsverluste Nebenverbraucher E TtW 32.7 kwh /100km 3.2 kwh /100km - kwh /100km 0.7 kwh /100km 43.6 kwh /100km 13.6 kwh /100km Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 13

14 TtW, BtW: Energiebedarf E TtW [kwh/100km] Benzinäquivalent 9 kwh / L η Antrieb m Antrieb Konv. 25% - Full-HEV 1) 30% +100kg Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 14 1) Praktisches Rekuperationspotential = 60% BEV 1) 75% +200kg FCEV 1) 45% +300kg

15 TtW, BtW: Energiebedarf B TtW [l/100km] Benzinäquivalent 9 kwh / L η Antrieb m Antrieb Konv. 25% - Full-HEV 1) 30% +100kg Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 15 BEV 1) FCEV 1) 75% +200kg 45% +300kg 1) Praktisches Rekuperationspotential = 60%

16 TtW, BtW: CO 2 Emissionen CO 2 [g/km] 1L = 2.32 kg CO 2 -Äquivalent: 0 g/km η Antrieb m Antrieb Konv. 25% - Full-HEV 1) 30% +100kg Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie 16 BEV 1) FCEV 1) 75% +200kg 45% +300kg 1) Praktisches Rekuperationspotential = 60%

17 TtW, BtW: CO 2 Emissionen CO 2 [g/km] Tank-to- Wheel η Antrieb m Antrieb Konv. 25% kg/l Full-HEV 1) 30% +100kg Strommix ) Die Elektromobile Stadt Dr. Kathrien Inderwisch Folie Ost West 426 g/kwh 563 g/kwh 837 g/kwh *) 1200 g/kwh *) 45 g/kwh BEV 1)2) : η Plug-to-Wheel = 65%, m=+200kg *) U.S. Energy Information Administration ( 1) Praktisches Rekuperationspotential = 60% 2) Ladewirkungsgrad = 85% 3) Emissionen für Energiebereitstellung sowie Übertragungsverluste bis zum Stromzähler

18 Vielen Dank! Dr.-Ing. Kathrien Inderwisch