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
18.09.2019 Folie 3Einführung in die Elektromobilität |
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
18.09.2019 Folie 5Einführung in die Elektromobilität |
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).
18.09.2019 Folie 9Einführung in die Elektromobilität |
Prognose CO2-Ausstoß und Klimaerwärmung
Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019 Folie 10
Umwelt/Klima. Fokus CO2. Ausstoß Deutschland.
18.09.2019Folie 11
Einführung in die Elektromobilität |
2020: 750Mt
Ziele:
2050:200 – 63Mt
Emissionsentwicklung Verkehr
Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019 Folie 12
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
• Technik PKW und Nachhaltigkeit
• Markt und Ausblick
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,…)
!
18.09.2019 Folie 14Einführung in die Elektromobilität |
1) Tank-to-Wheel
Übersicht Elektrifizierungsgrade
Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019
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)
Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019
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
18.09.2019 Folie 17Einführung in die Elektromobilität |
Begriffsdefinition.
Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019 Folie 18
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)
Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019 Folie 21
• 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
• Technik PKW und Nachhaltigkeit
• Markt und Ausblick
18.09.2019 Folie 22Einführung in die Elektromobilität |
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
Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019 Folie 24
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
.
Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019 Folie 25
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)
Ausblick Zulassungen.
Einführung in die Elektromobilität | 18.09.2019 Folie 26
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)
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.
18.09.2019 Folie 28Einführung in die Elektromobilität |
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Jens-Olav Jerratsch, Wissenschaftlicher Mitarbeiter
TU Berlin, Fachgebiet Fahrerverhaltensbeobachtung
www.fvb.tu-berlin.de
18.09.2019Einführung in die Elektromobilität | Folie 29