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In dem Beitrag „Elektrokraftfahrzeuge, Leergewicht, Akkuegewicht …“ wurden die unterschiedlichen Leergewichte in Relation zu den Maximalreichweiten dargestellt. In diesem Beitrag wird zusätzlich das relative Fahrzeugleergewicht ohne. Akkumulator (bezogen auf das Leergewicht mit. Akkumulator) graphisch dargestellt. Interessant dabei ist, dass das rel. Fahrzeugleergewicht einen annähernd linearen Verlauf aufweist. Kombiniert man dies mit einer möglichen Trendfunktion der Reichweite pro kWh bezogen auf die Maximalreichweite (siehe Graphik) führt dies zu einem interessanten Ergebnis.

Dieses Ergebnis zeigt auch deutlich die (wirtschaftliche) Problematik von Elektrokraftfahrzeugen für die Autoindustrie:

• Die maximale Reichweite von Elektrokraftfahrzeugen (Elektroautos) liegt mit der vorhandenen Akkutechnologie (120kWh/kg, 700kg Kraftfahrzeug-Leergewicht) unabhängig von den Kosten bei 400 bis 500km.
• Für das Erreichen dieser Reichweite wäre ein Akkumulator von ca. 65kWh bzw. einem Gewicht von ca. 630kg nötig.
• Das technisch mögliche Leergewicht ohne Akkumulator der Elektrofahrzeuge würde im Bereich von ca. 700kg liegen.

Besonders interessant an dieser Darstellung ist die Tatsache, dass die derzeit noch hohen Kosten für Akkumulatoren nicht die ausschließende minimierenden Faktoren für Elektrokraftfahrzeuge sind. Diese Darstellung zeigt, dass das Problem der Autoindustrie im wirtschaftlichen Bereich angesiedelt ist. Derzeit sind die Gewinnmargen bei größeren bzw. besser ausgestattetet (d.h. schwereren) Kraftfahrzeugen deutlich höher, als bei reduzierten kleineren Kraftfahrzeugen. Bei Elektrokraftfahrzeugen kann dieses Geschäftsmodell nicht mehr aufrecht gehalten werden. Zusätzlich kann auch die Entwicklung sowie der Wunsch der Kunden zu mehr Komfort (inkl. Sicherheit, etc.) nicht mehr fortgeführt werden. D.h. in weiterer Folge, die logische Zukunft für den Hauptanteil der Fahrzeugflotte liegt daher bei hybriden Kraftfahrzeugen …

Eine Frage die sich bei Elektrokraftfahrzeugen immer wieder stellt ist, wie ist das Verhältnis des Gewichtes des Akkumulators (bzw. der Batterie) in Relation zum Fahrzeuggewicht (Leergewicht). In diesem Beitrag wurde versucht das Leergewicht mit und ohne Akku in Relation zur maximalen Reichweite anhand der Herstellerangaben von modernen Elektrokraftfahrzeugen gegenüberzustellen. Das Ergebnis ist in den unteren Diagrammen dargestellt.

Was haben die wohl gemeinsam? Rolls Royce fertigt Zebra Akkumulatoren. Diese Akkumulatoren Technik ( Na-NiCl) wird im Gegensatz zu Lithium Ionen Akkumulatoren schon jetzt in unterschiedlichen Fahrzeugen, wie z.B. U-Boote, Raketen, etc. verwendet. Die Leistungsdichte liegt bei ca. 150Wh/kg. Neben Rolls Royce fertigt auch die Firma MES-DEA diese Akkumulatoren mit dieser Technik. Akkumulatoren von dieser Firma werden auch im T!NK City, Smart EV verwendet. Diese sind ausgereift und haben unterschiedliche U.S.amerikanische und europäische Sicherheitstests bestanden. Die effektiv nutzbare Leistung ist gegenüber Lithium-Ionen Akkumulatoren geringer, da Zebra Akkumulatoren eine Betriebstemperatur von 270 bis 350°C benötigen. Wenn mit einem schon nicht geht, dann vielleicht einmal mit einer: “Ich fahre mit einer Rolls Royce!”

Update: Und wenn die andere Emily einmal fragen sollte, warum der Akkumulator eigentlich Zebra heißt? Der südafrikanische Erfinder “Johan Coetzer” benannte seinen Akkumulator einfach nach seinem Lieblingstier.

modernmobilitynews.com beschäftigte sich in den letzten Wochen verstärkt mit dem Thema Elektrokraftfahrzeuge. Nun ist es einmal Zeit, ein Resümee zu ziehen. Sind Elektrokraftfahrzeuge die Zukunft? Diese Frage kann derzeit noch nicht so einfach mit einem JA oder NEIN beantwortet werden. Elektrokraftfahrzeuge erleben derzeit zwar einen medialen Hype, aber es sind doch einige technische Fragen noch nicht wirklich geklärt:

• die Leistungsdichte der Akkumulatoren und die davon abhängige Reichweite der Elektromobile sind zur Zeit noch zu gering;
• die Kosten der Akkumulatoren sind noch zu hoch;
• die Sicherheit der Akkumulatoren ist noch nicht zu 100% gegeben;
• die Verfügbarkeit der Rohstoffe sowie ausreichende Fertigungskapazitäten zur Herstellung der Akkumulatoren sind noch nicht gesichert, d.h. kurz- oder mittelfristige Lieferengpässe werden die zukünftige Preisgestaltung der Akkumulatoren beeinflussen;
• die Fertigungskapazitäten für Fahrzeuge sind noch nicht vorhanden;
• die passive Sicherheit der Elektromobile im Bereich der Leichtkraftfahrzeuge ist noch nicht ausgereift.
• ein Winterbetrieb bei kalten Temperaturen bzw. Schneefall ist noch nicht wirklich gewährleistet.

Dem gegenüber stehen jedoch erste Ergebnisse der jüngsten weltweiten Anstrengungen, welche Lösungen für die genannten Probleme zeigen. Ob mit Elektrokraftfahrzeugen eine ähnliche Freiheit wie mit herkömmlichen Benzin oder Diesel betriebenen PKW gewährleistet werden kann, ist mehr als fraglich. Die Reichweite von kostengünstigen bzw. leistbaren reinen Elektrokraftfahrzeugen liegt derzeit im Bereich von 100km bis 200km und wird in naher Zukunft auch nicht viel größer werden. Um die Reichweite zu erhöhen gibt es schon mehrere Ideen und Projekte (Schnellladestationen, Akkuwechselstationen, etc.), aber die dafür notwendige Infrastruktur muss noch errichtet werden.

Dies bedingt, dass mit dem Einsatz von Elektrokraftfahrzeugen auch eine Änderung unseres Mobilitätsverhaltens verbunden ist. Die Längen unsere täglichen Wege (Wegeketten) werden im Schnitt wieder kürzer werden. Zusammen mit einer weiteren Steigerung der Benzinpreise wird das Leben und Wohnen in der Stadt wieder attraktiver. Einerseits weil ein stressfreies und kostengünstiges Erreichen des Arbeits- bzw. Ausbildungsplatzes gewährleistet ist, andererseits weil die Schadstoff- und Lärmemissionen im urbanen Bereich wieder sinken werden.

Zur Zeit werden Elektroautos von kleinen Firmen hergestellt. Deren Hintergrund liegt bei Leichtkraftfahrzeugen, Velomobilen, Fahrzeugen für behinderte Menschen sowie im Umwelt-Start-Up Bereich. Für die Integration von Elektrokraftfahrzeugen in unser Alltagsleben werden zukünftig die großen KFZ-Hersteller eine wichtige Rolle spielen. Deren Positionierung in diesem Spiel dieser grundlegenden Veränderung in unserem Leben ist noch nicht ganz eindeutig. Viele kündigen für die Zukunft reine Elektroautos an, aber mit einem sehr weit gefassten Zeithorizont von 2010 bis 2015. Ein weiterer wichtiger Faktor für Elektromobile ist deren Gesamtgewicht. Dieses muss für ausreichende Reichweiten so gering wie möglich gehalten werden. Dieser Trend zur Gewichtsreduktion widerspricht dem Trend der Automobilindustrie immer schwerere und besser ausgestattete Fahrzeuge auf den Markt zu bringen. Viele Entwicklungen gehen in Richtung mehr Komfort, mehr Sicherheit. Ob klassische Hersteller den Einsatz neuer Techniken wieder reduzieren, kann zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht prognostiziert werden. Auch ist die Fahrzeugindustrie stark mit der stahl- bzw. metallverarbeitenden Industrie verknüpft. Die notwendige Gewichtsreduktion bedeutet auch, dass neue, andere Werkstoffe (Kunststoffe, Aluminium) für die Produktion eingesetzt werden müssen.

Die Hoffnung liegt derzeit bei den Firmen Mitsubishi und Subaru, die ab 2009/2010 den iMIEV bzw. den R1e auf den Markt bringen wollen. Das bedeutet, dass die ersten Modelle die wir auf den Straßen sehen werden, Modelle von kleinen Anbietern sein werden, die keinen Industriezweigen verpflichtet sind. Die große Hoffnungen liegen dabei auf dem TH!NK City, dem Hotzenblitz, dem REVAi und dem Mega City. Im urbanen Bereich werden wir bald auch verstärkt elektrobetriebene Fahrzeuge mit drei oder zwei Rädern zu sehen bekommen (Velomobile, Elektrobikes, etc.). Als Zwischenschritt ist kurz- bzw. mittelfristig mit hybriden Antriebskonzepten zu rechnen, vor allem serielle Hybridantriebe sind technisch die spannendste Form, Reichweiten bzw. Kostenproblem zu lösen, aber der Einsatz von Hybridantrieben bedeutet auch, dass zum Teil weiterhin Benzin oder Diesel verbrannt und somit CO2 emittiert wird.
Nachdem die Autoindustrie allen voran General Motors (GM) schon einmal eine erfolgreiche Einführung von Elektrokraftfahrzeugen verhindert hat (”Who killed the Electric Car“, eine absolut sehenswerte Dokumentation), können wir nur hoffen, dass dies nicht noch einmal passiert, obwohl erste Anzeichen wieder dafür sprechen, siehe „40.000$ für einen Chevrolet Volt, ein U.S.amerikanischer Traum platzt!“. Ein verstärktes Eintreten der herkömmlichen KFZ-Hersteller für neue vordergründige Sicherheitsstandards, die unweigerlich zu Gewichtssteigerungen führen würden, wäre für diesen Zweck eine versteckte aber erfolgversprechende Hintertüre.

Von Skeptikern wird immer wieder das Argument gebracht, dass der verstärkte Einsatz von Elektrokraftfahrzeugen zu verstärkten Investitionen in neue Atom- oder Kohlekraftwerke führt. Das mag zwar rechnerisch stimmen, aber auch die Energie- und Umweltbilanz dieser Kraftwerke fällt in Relation zum KFZ-Verkehr deutlich positiver aus. Im Zusammenspiel mit erneuerbaren Energien (Wind, Solar, etc.) und Investitionen in diese Kraftwerke sind auch wirtschaftlich positive Entwicklungen für Europa zu erwarten. Wenn wir wollen, dass wir bzw. Europa energietechnisch unabhängiger werden sollen, müssen wir die KFZ-Industrie und unsere Volksvertreter mobilisieren und uns verstärkt für energieeffiziente bzw. elektrobetriebene Fahrzeuge einsetzen. Die Hoffnung für eine schönere Zukunft ist durchaus gegeben, auch auf Grund der Entwicklung der Ölpreise. Elektrokraftfahrzeuge sind ein Teil unseres Morgens, daher „go electric“, zumindest unserer Umwelt zu liebe.

Christian Joachim Gruber, DI #modernmobilitynews.com #100 #25.06.2008

Ein Problem für Reichweite der Elektrokraftfahrzeuge ist deren Ladevorgang. Dieser dauert im Normalfall relativ lang. Für eine schnellere Ladung sind auf Grund der benötigten Stromstärke die vorhandenen Hausanschlüsse nicht wirklich geeignet. Ein Lösung sind Schnelllade-Strom-Tankstellen bei denen das Elektromobil innerhalb von 30 Minuten zumindest für den nächsten Streckenabschnitt (100 bis 200km) wieder geladen werden kann. OK, nicht ganz so komfortabel, aber warum nicht? Bei weiteren Fahrten sollen sowieso ab und zu Fahrpausen eingelegt werden. Subaru hat auf dem Genfer Autosalon 2007 bereits eine solche Anlage inkl. dem dafür notwendigen dickem Kabel vorgestellt. Gut so, weiter so.

Die Firma Green Vehicles des legendären U.S. amerikanischen Elektroauto-Pioniers, Importeurs, Produzenten oder einfach Mr. ZAP Ehab Youssef hat für den Juli die Herstellung des neuen ca. 20.000$ teuren eKFZ Triac angekündigt. Schön, oder auch nicht schön, weil das dritte Auge einen mich in den Wahnsinn treibt (… betet oder bittet um eine Weglass-Option in der Sonderausstattungsliste). Egal, die technischen Daten sind ansprechend:

• Reichweite ca. 160km;
• Höchstgeschwindigkeit zwischen 110 bis 130km/h;
• Ladezeit des Akkumulators 6h;
• Ladezyklen des Akkumulators ca. 2000;
• Kapazität des Akkumulators ca. 23kWh (144V, 160Ah);
• angebliche Kosten eines Ersatzakkumulators ca. 7.500$.

Vergleicht man diese Werte mit der Tabelle (Akkumulatoren: Stand der Technik!) zeigt sich eine kleine Diskrepanz: Ein Akkumulator mit dieser Leistung würde zur Zeit alleine ca. 17.700$ kosten. Vielleicht bekommt ihn Ehab Youssef als Mr. ZAP um einiges günstiger, aber …

Update: Dieses Elektromobil wird in China hergestellt und soll angeblich einen Bleiakkumulator enthalten.

[Quelle: Green Vehicles]

Eine weite Verbreitung von Elektrokraftfahrzeugen hängt primär von der Entwicklung der Akkumulatoren ab. In letzter Zeit haben viele Firmen Prototypen von reinen Elektrokraftfahrzeugen vorgestellt. Am Markt verfügbar sind zur Zeit eher kleine Stadt- oder teure Sportkraftfahrzeuge. Leistbare Elektroautos mit einer ausreichenden täglichen Reichweite in der Golfklasse gibt es noch nicht. Der Grund dafür kann in den Kosten der Akkumulatoren gefunden werden. Aus einer Untersuchung von designnews geht hervor, dass zur Zeit die Kosten von Lithium-Ionen Akkumulatoren bei ca. 770$ pro kWh liegen. Bei einem Tesla Roadsters wird die Speicherkapazität des Akkumulators mit ca. 55kWh angegeben, d.h. allein die Kosten des Akkumulators müssten bei ca. 42.000$ liegen. Eine weiterer wichtiger Faktor ist das Gewicht, dieses liegt beim Tesla Roadster bei einer Leistungsdichte von 120Wh/kg bei ca. 500kg. Diese Werte markieren sehr deutlich den Stand der Technik bei Lithium-Ionen Akkumulatoren. Blei-Akkumulatoren sind zwar mit ca. 100$/Wh günstiger aber auch deutlich schwerer. Ein weitere Quelle kommt zu ähnlichen Ergebnissen [power management designline]. Diese bezieht sich auf Angaben unterschiedlicher Firmen (A123, Sanyo, E-ON, EmerSys). In Summe kann man diese Faktoren als Indikatoren heranziehen und es zeigt sich, dass wir auf konkurrenzfähige reine Elektrokraftfahrzeuge (eKFZ) in der Golfklasse noch eine Zeitlang warten müssen …

Wie schön mehrfach hier erwähnt, kommt man bei genaueren Betrachtungen weitreichender Fakten immer wieder zur Schlussfolgerung, dass die Zukunft des MIV bei elektrobetriebenen Kraftfahrzeugen liegen wird. Zurzeit sind noch folgende Problemstellungen offen:

• die Speicherkapazität der Batterien bzw. den Akkumulatoren ist für eine brauchbare Reichweite noch zu gering;
• die Sicherheit der Akkumulatoren ist noch nicht zu 100% gewährleistet;
• die Kosten für die Herstellung der Akkumulatoren sind noch nicht konkurrenzfähig;
• die Lebensdauer der Akkumulatoren ist z.T. noch zu gering;
• es sind keine ausreichenden Kapazitäten für die Akkumulatoren-Herstellung vorhanden;
• die Wintertauglichkeit, Probleme der Akkumulatoren bei tiefen Temperaturen, Reduktion der Reichweite bedingt durch den zusätzlichen Energiebedarf durch die Beheizung der Fahrgastzelle im Winter;
• die notwendige Infrastruktur (z.B. Ladestationen) für einen großflächigen Einsatz von elektrobetriebenen vor allem im städtischen Raum Fahrzeugen ist noch nicht gegeben.

Analysiert man die Presseaussendungen bzw. Veröffentlichungen in diesem Themenfeld, zeigt sich dass (more…)