Elektromobilität Kurzeinführung und aktuelle Trends · 2019. 9. 26. · Elektromobilität –Kurzeinführung und aktuelle Trends Jens-Olav Jerratsch, Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Elektromobilität – Kurzeinführung und aktuelle Trends

Jens-Olav Jerratsch, Wissenschaftlicher Mitarbeiter

TU Berlin, Fachgebiet Fahrerverhaltensbeobachtung Fachtagung Technische Rettung, 18.09.2019

Einsatz von Elektromobilität

Dieselelektrischer Antrieb

18.09.2019 Folie 2Einführung in die Elektromobilität |

Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Rangierlok_Spezial.jpgwww.focus.de

www.wiwo.de

Einsatz von Elektromobilität

E-Lokomotive

E-Truck

E-Bus (FCEV)

Quelle: A. Karle, Elektromobilität – Grundlagen und Praxis; Audi AG; Wikipedia

Formel E


Die Automobilindustrie startete vor dem Erfolg des Verbrennungsmotors elektrisch – jetzt steht der nächste Paradigmenwechsel an!

Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019 Folie 4

1830

Erfindung

Gleichstrommotor

1839

Bau des ersten

Elektroautos

1900

Lohner-Porsche

1909

Erfindung

elektr. Anlasser

1886

Motorwagen Patent

Carl Benz1917

Eröffnung erste

„Großtankstelle“

1913

Fließbandproduktion

von Verbrennungsmotoren

1900 20001800

22% Verbrennungsmotor

38% Elektrisch

40% Dampfwagen

99% V-Motor

< 1% Elektrisch

?

Inhaltsübersicht

Lernziele:• Treiber der Elektromobilität• Relevante Gesetzgebung in EU/US/CN• Handlungsfelder Emissionen und CO2

!• Treiber, Gesetze und Regelungen

• Technik PKW und Nachhaltigkeit

• Markt und Ausblick


Fortschritt (interne Faktoren)

Umwelt-

bedingungen

Externe

Faktoren

Verstädterung Zulassungsvorteile E-Fahrzeuge / Fahrverbote konv. Fahrzeuge,

Urbaner Verkehr kompatibel zu Grenzen der E-Mobilität (Reichweite)

Kundennachfrage

Signifikante Nachfrage im privaten und kommerziellen

(z.B. ÖPNV) Sektor , in D insbes. „durch Dieselgate“;

erster wirtschaftlicher Einsatz möglich

Umwelt /

Klimawandel

CO2-Grenzwerte Neufahrzeuge 2021 - EU 95g

Konventionelle Sparmaßnahmen werden immer teurer,

lokale Emissionen („NOx“)

Technologische

VoraussetzungenTechnologien für Elektromobilität (Batterie) sind verfügbar

und bezahlbar; Serienproduktion ist bereits gestartet

IndustriepolitikStaatliche Förderprogramme für Infrastruktur,

Forschung und Fahrzeugkauf in Milliardenhöhe,

derzeit insbesondere in China, USA und Europa

Geopolitische Stabilität

& Unabhängigkeit von

Energieimporten

Vorräte halten voraussichtlich ca. 40 - 60 Jahre;

Reserven größtenteils in politisch instabilen Regionen

Warum Elektromobilität? - Treiber

18.09.2019 Folie 6Einführung in die Elektromobilität |Quelle: Volkswagen AG

Umwelt/Klima. Übersicht Emissionen.

„Lokal“ – insbesondere Luftverschmutzung

• NOx→ Stickoxide

• CO → Kohlenstoffmonoxid

• NMVOC → Non-methanevolatile organic compound

➢HC → Kohlenwasserstoffe

• Feinstaub / Partikel / Ruß

Sacramento

Bangkok

Dhaka

„Global“ - Klimawandel

• CO2→ Kohlenstoffdioxid

18.09.2019Einführung in die Elektromobilität |Quelle: UBA, Vokswagen AG, nordkurier Folie 15

Umweltbelastungen. Emission: Aktuelle Entwicklungen.

• Fahrverbote (>270 mgNOx/km)

• Hardwarenachrüstungen seitens OEM

• NOx Belastungen lokal zu hoch, Grenzwerte:

➢ Jahresmittel 40μg/m³

➢Max. 18x p.a. >200 μg/m³

EssenGelsenkirchen

18.09.2019 Folie 8Einführung in die Elektromobilität |https://www.tagesschau.de/inlandhttps://www.bild.de/

https://www1.wdr.de

Umweltbelastungen. Fokus Stickoxide (D).


Prognose CO2-Ausstoß und Klimaerwärmung


Umwelt/Klima. Fokus CO2. Ausstoß Deutschland.

18.09.2019Folie 11

Einführung in die Elektromobilität |

2020: 750Mt

Ziele:

2050:200 – 63Mt

Emissionsentwicklung Verkehr


Weltweite Entwicklung der CO2-GesetzgebungenCO2-Flottengrenzwerte in den Leitregionen 2020/21

Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019

Leitregionen

CO2-Regulierung etabliert /in Vorbereitung

Ziel 2020:126 gCO2/km Ziel 2021:

95 gCO2/km

Ziel 2020:

117 gCO2/km

Bei Nichterreichung des Flottenziels drohen massive Strafzahlungen für Hersteller!

Quelle: Volkswagen AGFolie 13

Inhaltsübersicht

• Trends, Treiber und Regulierung



Lernziele:• Antriebsarten / Hybridisierungs-

stufen der E-Mob kennen• Kostenentwicklung Batterien kennen• Begriffe der LCA und des Fueltrack

kennen• Antriebe nach CO2-Footprint und

Kosten einordnen• Rolle regenerative Stromerzeugung

verstehen• Nachhaltigkeitsbewertung abhängig

von vielen Rahmenbedingungen (Energieerzeugung, Fzg-Einsatz, Nutzungsdauer,…)

!


1) Tank-to-Wheel

Übersicht Elektrifizierungsgrade


Micro-Hybrid/Start Stop

Mild-HybridFull-Hybrid

(HEV)Plug-In-Hybrid

(PHEV)Range

Extender

++

+++

+ +

Batteriefzg(BEV)

Brennstoffz.-Fzg.(FCEV)

H2 + ( )

++

+

VW Golf

BlueMotion

Honda

Insight

VW Jetta

HEV

VW Golf

GTE

Opel

Ampera

VW Golf

BEV

Toyota

Mirai

++

+

27 g/km35 g/km95 g/km96 g/km99 g/km 0 g/km 0 g/km

~ 2-10 km ~ 20-80 km ~ 50-120 km ~ 100-500 km ~ 400-600 km0 km0 km

Quelle: Volkswagen AG Folie 15

Elektrifizierte Fahrzeuge unterscheiden sich technisch stark von konventionellen Fahrzeugen (Beispiel: VW eGolf)


Vernetzung der Komponenten

E-Motor und GetriebeLeistungselektronikTraktionsbatterie und Batteriemanagement

WeitereSchwerpunkt-Komponenten

Quelle: Volkswagen AG

HV-Heizung

Elektrischer Klimakompressor

E-Bremskraftverstärker

Hochvoltleitungen

Folie 16

E-Komponenten (BEV). Batterie. Entwicklung.Weltweite Preise für Lithium-Ionen-Akkus bis 2020

Quelle: https://medium.com/@lukasvh/die-elektrifizierung-der-mobilit%C3%A4t-warum-die-zukunft-elektrisch-fahren-wird-und-das-

schneller-e21e0d98a5f6


Begriffsdefinition.


Quellen: www.slideshare.net; Mazda

Well-to-Tank „W2T“

„W2W“„T2W“

„Cradle“

„Gates“

„Grave“

Fueltrack ->

Nachhaltigkeit und Nutzenaspekte. Lebenszyklusemissionen.

18.09.2019 Folie 19Einführung in die Elektromobilität |https://www.transportenvironment.org/sites/te/files/publications/TE%20-%20draft%20report%20v04.pdf

Berechnungsbasis:200.000 km; 0,2kWh/km; 1,5x 30kWh LMO Battery, 1200kg Chassis, 35% Aufschlag auf Diesel-NEFZ-Verbrauch

Prognose erneuerbarer Energien zur Stromerzeugung in Deutschland

0 %

20 %

40 %

60 %

80 %

100 %

2009 2020 2030 2040 2050

Atom

Kohle

Erdgas

Erneuerbare

Klare Tendenz in Richtung erneuerbare Energien erkennbar

Quelle: Lichtblick AG, 2015

18.09.2019Einführung in die Elektromobilität | Folie 20

53,7 % Ist 2018

Energieeffizienz von CO2-freien AntriebstechnologienBenötigte Energie auf 100 km der unterschiedlichen Antriebskonzepte (Kompakt-PKW)


• Elektrolyse (30%)• Kompression auf 700 bar (10%)• Diffusion und Transport (5%)

• Laden der Batterie (10%)• Übertragungsverluste im

Stromnetz (8%)

• Elektrolyse und PtL (57%)W2T:

T2W: • Verluste des E-Motors (10%)• Pkw-interne Verbraucher (5%)• Entladen der Batterie (4%)

• Verstromung in Brennstoffzelle (20%)• Be- und Entladen der Batterie (10%)• Verluste des E-Motors (10%)

• Wärmeverluste im Motor (70%)• Nebenaggregate, Bremsen (10 %)• Verluste im Getriebe (6%)

BEV FCEV Synthetische Verbrenner

kWh

au

f 1

00

km

< 20ca. 37

> 100

ca. 70% ca. 30% ca. 11%

6,90 € 10,40 € 19,50 €

Quelle(n): Eigene Darstellung mit Informationen von ADAC, Manager Magazin, rechneronline.de, Statista, Strategy&, wissenschaft.de

Synt. Kraftstoff (ICE)Elektro (BEV) Wasserstoff (FCEV)

VerlusteW2T

kWh/100km

System-Wirkungs

grad

Energie-kosten

VerlusteT2W

Inhaltsübersicht

Lernziele:• Eindruck zu heute verfügbaren

bzw. geplanten Fahrzeugen• Eindruck zur Größenordnung der

aktuellen und künftigen Marktzahlen

!• Trends, Treiber und Regulierung




Tesla Model XLeistung: 245-568 kW

Drehmoment:

Geschw.: 210-250 km/h

Reichweite: 355-565 km

Verbrauch: 20-23 kWh/100km

Batteriekapazität : 75-100 kWh

Preis: 100-160.000 €

Fahrzeugverfügbarkeit. Aktuelle Modelle (Gen 2/3).

Audi e-tron quattroLeistung: 300 kW

Drehmoment: 664 Nm

Geschw.: 200 km/h

Reichweite:400 km

Verbrauch:

Batteriekapazität : 95 kWh

Preis: 80.000 €

Tesla Model 3Leistung: 211-358 kW

Drehmoment: 525 Nm

Geschw.: 200-250 km/h

Reichweite: 350-500 km

Verbrauch: 13-15 kWh/100km

Batteriekapazität: 50-80 kWh

Preis: 38-70.000 €

VW e-golfLeistung: 100 kW

Drehmoment: 290 Nm

Geschw.: 150 km/h

Reichweite: 300 km

Verbrauch: 12,7 kWh/100km

Batteriekapazität: 35,8 kWh

Preis: 36.000 €

Nissan Leaf ZV1Leistung: 110 kW

Drehmoment: 320 Nm

Geschw.: 144 km/h

Reichweite: 378 km

Verbrauch: 17 kWh/100km

Batteriekapazität: 40 kWh

Preis: 32.000 €

Smart EQ fortwo.Leistung: 60 kW

Drehmoment: 160 Nm

Geschw.: 130 km/h

Reichweite: 160 km

Verbrauch: 12,9 kWh/100km

Batteriekapazität:17,6 kWh

Preis: 22.000 €18.09.2019 Folie 23Einführung in die Elektromobilität |

Quelle: Audi AG; Smart; VW AG; Nissan; Tesla AG


Fahrzeugverfügbarkeit. Bestandsentwicklung weltweit.

Bestandsentwicklung von Elektroautos (BEV + PHEV) weltweit bis 2018

Quelle: Statista, ZSW; ID 168350; KBA; CAAM; JAMA; ID 243993

205423

845

1.404

2.158

3.417

5.611

CHN; 2.610

USA; 1.102

JPN; 246GER; 142

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

An

zah

l der

Ele

ktro

fah

rzeu

ge in

Tsd

.

http://de.statista.com/statistik/daten/studie/168350/umfrage/bestandsentwicklung-von-elektrofahrzeugen

http://de.statista.com/statistik/daten/studie/243993/umfrage/bestand-elektrofahrzeuge-nach-laendern


Fahrzeugverfügbarkeit. Marktdurchdringung. In D.Bestandsentwicklung und Neuzulassungen Elektroautos (BEV- PKW) in Deutschland

Quelle: Statista, KBA; ID 244000; ID 265995

1,93 1,79 1,44 1,45 1,59 2,314,54

7,11

12,16

18,95

25,50

34,02

53,86

83,18

2,15 2,966,05

8,52

12,36 11,41

25,06

36,06

42,02

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

An

zah

l der

Pkw

in T

sd

Bestand Neuzulassungen(1-8)

http://de.statista.com/statistik/daten/studie/244000/umfrage/neuzulassungen-von-elektroautos-in-deutschland

http://de.statista.com/statistik/daten/studie/265995/umfrage/anzahl-der-elektroautos-in-deutschland

Ausblick Zulassungen.


Prognose der Anteile verschiedener Automobil-Antriebsarten in der EU bis 2030 (Neuzulassungen)

97%

87%

47%

16%

2,5%

11%

38%

47%

0,5%2%

15%

37%

0,0%

10,0%

20,0%

30,0%

40,0%

50,0%

60,0%

70,0%

80,0%

90,0%

100,0%

2016 2020** 2025** 2030**

An

teil

an

de

n N

eu

zu

lassu

ng

en

Reiner Verbrennungsmotor Hybridantrieb Reiner Elektroantrieb

Quelle(n): KBA, PwC; ID 666782

** Prognose (Stand 2017)

http://de.statista.com/statistik/daten/studie/666782/umfrage/automobil-antriebsarten-in-der-eu-prognose

Zukünftige Fahrzeuge. Highlights aus Deutschland

• VW ID Neo (<30.000€, >500 km Reichweite, 2020)

• e.Go Life (< 20.000€, minimalistisches Stadtauto, 2019/2020)

• BMW i8 (250 kW (340 PS) E-Maschine, 400-800 km Reichweite, 2024)

• Sion Solar Car (Photovoltaik, Bidirektionales Laden, 2021)

18.09.2019 Folie 27Einführung in die Elektromobilität |Quelle: Internet-Recherche

eNutzfahrzeuge. Blitzlichter.


https://www.shz.dehttps://nikolamotor.com/one

https://www.ingenieur.de http://www.sve-es.de

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Jens-Olav Jerratsch, Wissenschaftlicher Mitarbeiter

TU Berlin, Fachgebiet Fahrerverhaltensbeobachtung

www.fvb.tu-berlin.de

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18.09.2019Einführung in die Elektromobilität | Folie 29

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