Elektromobilität und unser Mobilitätsverhalten Dipl.-Ing. Jochen Thym, time4e, Frühlingstr. 27a, D-85598 Baldham, Email: Jochen.Thym@time4e.de time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 1
Agenda Warum sind erneuerbare Energien notwendig? Welche Besonderheiten sind zu berücksichtigen? 100 Jahre Verbrennungsmotor prägen unser Mobilitätsverhalten Zentraler Unterschied Verbrennungsmotor / Elektromobilität Verschiedene Formen der Energieversorgung Intermodaler Verkehr Elektrofahrzeuge und IKT Blick in die Zukunft time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 2
Der Autor Über 15 Jahre aktiv im Umfeld Automobilelektronik, jetzt Zusammenarbeit mit verschiedenen Partnern auf dem Gebiet der Entwicklung der Elektro-Mobilität Mitglied von VDI, ASAM und VDE, Mitglied des ASAM Vorstandes von 2005 bis 2007 Kontakte zu verschiedenen Standardisierungs Organisationen (DIN, DKE) und zu Elektromobilitäts-Organisationen (BEM, e-mobil BW, Forum ElektroMobilität) Regelmäßige Teilnahme am emonday, München time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 3
Elektromobilität ist tot, bzw. nur lebensfähig am Tropf der Förderung? Angesichts der Kosten für die von breiter Mehrheit getragene Energiewende ist die Förderung der Elektromobilität eine Marginalie. Außerdem passt die Elektromobilität zur Energiewende wie die Faust aufs Auge. Henning Kagermann (Vorsitzender der NPE) im Handelsblatt vom 20.6.2012 time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 4
Erneuerbare Energien sind einfach notwendig Endlichkeit der fossilen Resourcen Nachhaltigkeit durch erneuerbare Rohstoffe, Recycling Energieverbrauch = westliche Industriewelt = unser Lebensstandard Erneuerbar sind: Sonne mit ca. 1,3 kw/m² (Wikipedia) Wind Biostoffe und Wasserkraft abgeleitet aus der Sonneneinwirkung time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 5
Besonderheit der Solarenergie Energieertrag einer PV Anlage bei Erlangen an einem bewölkten Tag (Quelle SIEMENS AG, Dr. Weinhold et all.) time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 6
Speicher- und Verteilungsproblem Kompensation des Energieeinbruchs Versorgung in den Nachtstunden und in Flauten Ort des Verbrauchs ist nicht gleich Ort der Erzeugung Erneuerung der Verteil-Netze nötig Dezentralisierung Neues Regelungsthema für die Energieversorgungs-Netze Viele interessante Ingenieursaufgaben time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 7
100 Jahre Verbrennungsmotor prägen aber unser Mobilitätsverhalten Elektrischer Anlasser ersetzt Anlass-Kurbel Tod des Elektroautos ca.1920 zum ersten Mal Durch kontinuierliche Verbesserung der Fertigungstechnik kein Einfahren mehr nötig ab ca.1970 Startprogramm ersetzt Choke kein Orgeln oder Absaufen mehr möglich ab ca.1980 Besitz eines Statussymbols Kauf (Leasing) nötig, oftmals die größte private Investition Universalauto Gewöhnung des Fahrzeugbetreibers an Tankstellennetz und Reichweite Auto wird zum individuellen Massenverkehrsmittel mit seinen Problemen (Stau, Abgase, Parken) Autoindustrie / spezialisierte Zulieferer beeinflussen maßgeblich die öffentliche Meinung zum Thema Fahrzeug (z.b. bevorzugte Förderung des Straßenbaus) time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 8
Zentraler Unterschied Verbrennungsmotor / Elektromobilität E-Antrieb ist viel weniger komplex als VKM-Antriebsstrang (ca. 120 im Vergleich zu über 2000 Teilen) und viel einfacher zu regeln Zentrale Verbrennungskraftmaschine (VKM) dezentrale Aufgaben (ABS/ESP, Fahrwerk) erfordern regelungstechnisch aufwändige Lösungen Neue verteilte Funktionen mit E-Antrieb sind einfacher Beispiel Torque Vectoring E-Antrieb ist leiser, produziert lokal keine Abgase und hat einen wesentlich höheren Wirkungsgrad Probleme: Kostenthema Stückzahlproblem? Speicherthema begrenzte Reichweite time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 9
Betrieb von Verbrennungsfahrzeugen Kraftstoffversorger OEMs Besitzer des Fahrzeugs bestimmt in der Betriebsphase (24 Std.) Fahrt / Ortsverlagerung / Urlaub Garage / Bordstein Entwurf Produktion Handel Unfall / Zerstörung Verkauf / Vermietung Verschrottung / Recycling time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 10
Betrieb von Elektrofahrzeugen OEMs Energieversorger bestimmen hauptsächlich die Betriebsphase (23 von 24 Std.) durch den Ladevorgang Fahrt / Ortsverlagerung / Urlaub Garage / Bordstein Entwurf Produktion Handel Unfall / Zerstörung Verkauf / Vermietung Verschrottung / Recycling time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 11
Reichweitenangst gelöst durch intermodalen Verkehr Das Elektroauto eröffnet neue Möglichkeiten und ersetzt nicht einfach das bisherige Universalauto Die Reichweitenangst wird von interessierter Seite geschürt: Die durchschnittliche tägliche Fahrtstrecke beträgt < 40KM Nutzerbefragung: Reichweite 200 KM ausreichend Das intelligente Zusammenwirken verschiedener Verkehrsträger in Echtzeit (intermodaler Verkehr) löst das Problem time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 12
Zukünftige Einflussfaktoren auf die Wahl eines Verkehrsmittels Einsatzfall ( use case ) bestimmt das Verkehrsmittel, spezialisiertes Fahrzeug statt Universalfahrzeug Car Sharing statt Besitz des Fahrzeuges Nutzung einer Vielfalt von Fahrzeugen: Busch statt Baum Ein Fahrzeug wird für viele Benutzer kein Statussymbol mehr sein, sondern liefert nur Mobilität Zu lösende Themen Individualverkehr Gemeinschaftliche Mobilität Wechsel des Verkehrsmittels muss einfach sein time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 13
Verschiedene Formen der Energieversorgung eines E-Fahrzeugs Kontinuierliche Stromzuführung ( Oberleitung ) Batteriewechsel Laden des eingebauten Akkus: Einphasiges Laden mit Wechselstrom ( Haushaltssteckdose ) Dreiphasiges Laden mit Wechselstrom ( Kraftstrom ) Laden mit Gleichstrom ( Schnellladen ) Induktives Laden Serielle Hybride / Range Extender time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 14
Nicht-Standardisierung verhindert weitere Verbreitung der Elektromobilität Stecker Ladevorgang / Netzbelastung Roaming / Kommunikation Sicherheit Recycling time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 15
Steckerproblem CHAdeMO: Asiatischer Firmenzusammenschluss / Verein, aber Fahrzeuge am Markt! IEC 62196: Offener internationaler Standard, aber Fahrzeuge erst im Zulauf Proprietäre Stecker als derzeitige Lösung verhindern breiten Einsatz time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 16
CHAdeMO Stecker Bild copyright YAZAKI time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 17
Stecker nach IEC 62196 Bild copyright Mennekes time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 18
Wichtige Standards für EVs ISO 6469 (Sicherheit) ISO/IEC 15118 (Kommunikation) IEC 61851 (Laden) AC DC IEC 62196 (Verbindung) EVSE mit RCD IEC 61980 (Drahtlose Stromübertragung) IEC 60364 (Installationsvorschriften) time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 19
Vision Intermodaler Verkehr Mobilitätswünsche werden vom Nutzer geäußert (regelmäßig oder spontan) Mobilitätsplan wird erstellt unter Einbindung aller Verkehrsmittel Kommunikation der Grunddaten zwischen allen Verkehrsträgern Kommunikation der Abweichungen in Echtzeit (Cyber Physical Systems) Verkehrssteuerung ist dadurch möglich z.b. Stauvermeidung time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 20
Elektrofahrzeuge und IKT gehören deshalb immer zusammen Die Batterie ist ein großer, ortsveränderlicher Verbraucher (Anschlussleistung ist vergleichbar mit einem Einfamilienhaus) und fordert die Verteilnetze regelungstechnisch heraus Elektrofahrzeuge müssen sowieso in Echtzeit navigieren können, die Kommunikation Car2Car und Car2Infrastructure ist dadurch leichter möglich Der Ladevorgang und gegebenfalls die Rückspeisung müssen zum Erhalt der Netzstabilität von den Energieversorgungsnetzen gesteuert erfolgen Die Kommunikationsdaten sind ein Sicherheitsthema time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 21
Blick in die Zukunft Nutzung der Mobilitätsfunktion statt Besitz eines Fahrzeuges Intermodaler Verkehr wird selbstverständlich werden Kommunikationstechnik wird entscheidend sein Individualverkehr und Massenverkehr werden zusammenwachsen Die Resourcen sind endlich, die Ideen der Ingenieure nicht (VDI) time4e Dipl. Ing. Jochen Thym (VDI) 22