Elektromobilität - Grundlagen und Praxis

von: Anton Karle

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2015

ISBN: 9783446444171

Sprache: Deutsch

224 Seiten, Download: 20150 KB

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Elektromobilität - Grundlagen und Praxis

	Vorwort	6
	Inhalt	8
	1 Einführung	1 Einführung
	2 Überblick Elektromobile	2 Überblick Elektromobile
	2.1 Geschichte und grundsätzliche Bedeutung	18
	2.2 Konstruktive Unterschiede zwischen Elektromobil und herkömmlichem Kraftfahrzeug	19
	2.3 Die Vorteile durch den Elektroantrieb	22
	2.4 Nachteile des Elektroantriebs	24
	2.5 Vorgaben zur CO2-Reduktion als Treiber für die Elektromobilität	25
	3 Ausführungsformen von Elektrofahrzeugen in der Praxis	27
	3.1 Elektro-Pkw	27
	3.1.1 Reine Elektrofahrzeuge, Batterieelektrische Fahrzeuge	27
	3.1.2 Elektrofahrzeuge mit Range Extender, Range Extended Electric Vehicle (REEV)	29
	3.1.3 Hybridfahrzeuge, Hybrid Electric Vehicle (HEV)	30
	3.1.3.1 Mikrohybrid	32
	3.1.3.2 Mildhybrid	32
	3.1.3.3 Vollhybrid	32
	3.1.3.4 Plug-In-Hybride	33
	3.1.3.5 Antriebsstruktur der Hybride	34
	3.1.3.6 Hybridsysteme in der Formel 1	36
	3.1.3.7 Brennstoffzellenfahrzeug	37
	3.1.3.8 Funktion der Brennstoffzelle	38
	3.1.3.9 Speicherung des Wasserstoffs im Fahrzeug	39
	3.1.3.10 Wasserstoffversorgung	39
	3.1.3.11 Wie wird der Wasserstoff produziert?	40
	3.1.3.12 Beispiele Brennstoffzellenfahrzeuge	40
	3.2 Elektrobusse	41
	3.3 Elektro-Nutzfahrzeuge	42
	3.4 Elektrofahrräder	43
	3.4.1 Bauformen von Elektrofahrrädern	43
	3.4.2 Reichweite von Elektrofahrrädern	46
	3.5 Weitere Elektrofahrzeuge	47
	3.5.1 Segway	47
	3.5.2 Elektro-Motorräder	48
	3.5.3 Elektro-Flugzeuge	49
	4 Grundlagen Kfz-Antriebe	4 Grundlagen Kfz-Antriebe
	4.1 Übersicht Antriebe	50
	4.2 Verbrennungsmotor	50
	4.2.1 Funktion Viertaktmotor	51
	4.2.2 Leistung, Drehmoment und Verbrauch des Verbrennungsmotors	53
	4.2.2.1 Energiebilanz und Berechnung des Wirkungsgrads aus dem spezifischen Verbrauch	55
	4.2.2.2 Lastanhebung bei Hybridfahrzeugen	56
	4.2.2.3 Berechnung der Motorleistung im Verbrauchskennfeld	58
	5 Elektrifizierter Antriebsstrang	59
	5.1 Elektromotor	59
	5.1.1 Anforderungen	59
	5.1.2 Kurzbeschreibung Elektromotoren	60
	5.1.3 Gleichstrommotor	60
	5.1.4 Drehstrommotor	62
	5.1.5 Betrieb von Drehstrommotoren in Elektrokraftfahrzeugen	65
	5.1.6 Leistung und Drehzahl-Drehmomentverhalten der Elektroantriebe	67
	5.1.7 Berechnungsgrundlagen für den Pkw-Elektroantrieb	69
	5.1.7.1 Leistung des Antriebs und Leistung des Gesamtfahrzeugs	70
	5.1.7.2 Zusammenhang Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehzahl	71
	5.1.7.3 Ermittlung der notwendigen Getriebeübersetzung	72
	5.1.7.4 Berechnung der Antriebskraft des Fahrzeugs aus dem Drehmoment	5.1.7.4 Berechnung der Antriebskraft des Fahrzeugs aus dem Drehmoment
	73	73
	5.1.7.5 Berechnung der Beschleunigung aus der Antriebskraft	75
	5.2 Energiespeicher Akku	76
	5.2.1 Grundlagen und Begriffe	76
	5.2.2 Basiszelle Lithium-Ionen-Akku	77
	5.2.3 Li-Ionen-Akku als Fahrzeugakku	79
	5.2.3.1 Akkukapazität und Reichweite von Elektrofahrzeugen	82
	5.2.3.2 Die Lebensdauer von Fahrzeugakkus	83
	5.2.3.3 Das Batterie-Management-System, BMS	84
	5.2.3.4 Sicherheit der Fahrzeugakkus	85
	5.2.4 Hersteller	86
	5.2.5 Ausblick Weiterentwicklung Akkus	86
	5.3 Leistungselektronik, Inverter	87
	6 Laden und Ladeinfrastruktur	89
	6.1 Grundlagen Akkuladen	89
	6.1.1 Die Laderate	89
	6.1.2 Kapazität des Akkus	90
	6.1.2.1 Kapazität in Amperestunden (Ah)	90
	6.1.2.2 Kapazität in Wattstunden (Wh) und Wirkungsgrad	90
	6.1.3 Anforderungen beim Laden von Lithium-Ionen-Basiszellen	91
	6.1.4 Laden von Li-Ionen-Fahrzeugakkus	92
	6.2 Das Laden von Elektrofahrzeugen	93
	6.2.1 Ladearten und Lademodi	94
	6.2.2 Zusammenhang Ladeleistung/Ladedauer	96
	6.2.3 Anschlüsse zum Laden: Steckverbindungen	97
	6.2.4 Sicherheit beim Laden	99
	6.3 Entwicklung der Ladeinfrastruktur	99
	6.4 Weiterentwicklung von Ladekonzepten	101
	6.4.1 Induktives Laden	101
	6.4.2 Wechselakku	102
	6.4.3 Intelligentes Laden, Vehicle to Grid	103
	6.4.4 Dichte von Ladestationen	104
	7 Verbrauch und Reichweite von E-Fahrzeugen	105
	7.1 Physikalische Grundlagen	105
	7.1.1 Berechnungsgrößen	105
	7.1.2 Berechnungsgleichungen für die Beschreibung der Fahrzeugbewegung	106
	7.1.3 Energie und Verbrauch	108
	7.1.4 Antriebskraft und Fahrwiderstände	109
	7.2 Verbrauchssimulationen	111
	7.2.1 Einflussgrößen	111
	7.2.2 Leistung und Antriebskraft in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit	112
	7.2.3 Fahrwiderstände und Verbrauch	112
	7.2.4 Einfluss der Rekuperation auf den Verbrauch	115
	7.3 Verbrauch Elektrofahrzeuge im NEFZ	119
	7.3.1 Der NEFZ-Fahrzyklus	119
	7.3.2 NEFZ-Verbrauchssimulationen	122
	7.3.3 Einfluss von Änderungen ausgewählter Konstruktionsparameter	126
	7.3.4 NEFZ-Verbrauch bei Plug-In-Hybriden	128
	7.3.5 Elektrische Reichweite (NEFZ)	131
	7.3.6 Einfluss von Zusatzverbrauchern auf die Reichweite	132
	7.3.6.1 Reichweitenverluste durch Heizen und Kühlen	132
	7.3.6.2 Verbesserungsansätze für Heizung und Klimatisierung	134
	7.3.7 Alternative Messzyklen und Übertragbarkeit der NEFZ-Messwerte auf reale Fahrsituationen	135
	7.4 Schlussfolgerungen aus den Verbrauchsermittlungen	137
	8 Strom für die Elektrofahrzeuge	138
	8.1 Energieerzeugung	138
	8.1.1 Primärenergiequellen	138
	8.1.2 Der Strommix Deutschland	139
	8.1.3 Erneuerbare Energien	142
	8.1.3.1 Strom aus Photovoltaik-Anlagen	144
	8.1.3.2 Windenergie	146
	8.1.3.3 Strom aus Biomasse	148
	8.1.3.4 Wasserkraft	150
	8.2 Speicherung von Strom	151
	8.2.1 Speichertechnologien	152
	8.2.2 Beschreibung wichtiger Stromspeicher	153
	8.2.2.1 Akkumulatoren	153
	8.2.2.2 Pumpspeicherwerke	154
	8.2.2.3 Erdgasspeicher	155
	8.2.2.4 Power-to-Gas	156
	9 Umweltbilanz von Elektrofahrzeugen	160
	9.1 Beurteilungsmöglichkeiten für eine Umweltbilanz	160
	9.2 Herstellungs- und Verwertungsphase der E-Fahrzeuge	162
	9.3 Nutzungsphase	162
	9.3.1 Lärm	163
	9.3.2 Luftschadstoffe	163
	9.3.3 CO2-Ausstoß als Maß für die Klimaschädlichkeit des Autoverkehrs	164
	9.4 Ökobilanz der Mercedes-Benz-B-Klasse Electric Drive	166
	10 Markt	10 Markt
	10.1 Kostenvergleich Elektroautos - konventionelle Fahrzeuge	168
	10.1.1 Anzusetzende Kosten	168
	10.1.2 Vergleichsrechnung Elektrofahrzeug/Verbrennungsmotor-Fahrzeug	169
	10.2 Angebot an Elektrofahrzeugen und Verbreitung	172
	10.2.1 Verbreitung von Elektrofahrzeugen	172
	10.2.2 Angebote Elektrofahrzeuge	175
	10.2.2.1 Reine Elektro-Pkw	175
	10.2.2.2 Plug-In-Hybride	182
	10.2.2.3 Nutzfahrzeuge	184
	10.2.2.4 Brennstoffzellenfahrzeuge	186
	10.3 Staatliche Förderung	186
	10.4 Schlussfolgerungen Markt	188
	11 Mobilitätskonzepte mit Elektrofahrzeugen	189
	11.1 Carsharing	189
	11.1.1 car2go	189
	11.1.2 DriveNow	191
	11.1.3 Carsharing im ländlichen Raum	191
	11.2 E-Taxis	192
	11.3 Elektrobusse	193
	11.4 Güterverkehr	194
	11.4.1 Paketzustellung mit Elektrofahrzeugen	194
	11.4.2 Elektro-Lkw	195
	12 Förderung der Elektromobilität in Deutschland	196
	12.1 Förderbereiche der Bundesministerien und Leuchtturmprojekte	196
	12.2 Schaufenster für Elektromobilität	197
	12.3 NPE-Fortschrittsbericht 2014	198
	13 Schlussfolgerungen und Gesamtbeurteilung	200
	14 Workshop Simulation	14 Workshop Simulation
	Glossar	Glossar
	Verzeichnis Bildquellen	Verzeichnis Bildquellen
	Literatur	Literatur
	Index	Index

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