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Institut für Fahrzeugtechnik Alternative Antriebe - Warum ? Prof. Dr.-Ing. K.-U. Münch Institut für Fahrzeugtechnik Betzdorfer Str. 2, 50679 Köln

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Präsentation zum Thema: "Institut für Fahrzeugtechnik Alternative Antriebe - Warum ? Prof. Dr.-Ing. K.-U. Münch Institut für Fahrzeugtechnik Betzdorfer Str. 2, 50679 Köln"—  Präsentation transkript:

1 Institut für Fahrzeugtechnik Alternative Antriebe - Warum ? Prof. Dr.-Ing. K.-U. Münch Institut für Fahrzeugtechnik Betzdorfer Str. 2, Köln

2 Fachhochschule Köln Institut für Fahrzeugtechnik ca Studenten ca. 450 Professoren Fahrzeugtechnik: – Neuanfänger jeweils im Wintersemester –21 Professoren Numerus Clausus ca. 2,3

3 Klimadiskussion Globaler mittlerer Temperaturanstieg Begrenzung des weltweiten Temperaturanstiegs um 2 °C bis 2030 (bezogen auf den absoluten Wert von1990) Quelle: NASA 2005 "Größtenteils beruht der beobachtete Anstieg der globalen mittleren Tempera- turen wahrscheinlich auf dem beobach- teten Anstieg der vom Menschen gemachten Treibhausgas-Emissionen"

4 Klimadiskussion Dicke Luft und in den Mega Citys Verkehrskollaps Expo in Shanghai: Wer das Auto retten will, muss es neu erfinden Mehr als die Hälfte aller Menschen wohnt in Städten - Tendenz steigend. Schon heute stellen Luftverschmutzung und der drohende Verkehrsinfarkt in den Mega-Citys Stadtplaner vor besondere Herausforderungen. Auf der Expo in Shanghai präsentieren Planer und Autobauer Lösungen für die Verkehrsprobleme der Zukunft New York Peking IT, Verkehrsplanung, - Lenkung … Lösung: Münch, 6/2010

5 Bedeutung von Verkehr am Energieverbrauch Quelle:. /BINE_BE_7: Energie im Wandel,2000, Abb7, p.3; O-Folie aus bild ptt Endenergie nach Verbrauchergruppen Anteil des Verkehr nach unter- schiedlichen Quellen ca % Münch, 2/2009

6 Technologieeinführung Die Verbrennungskraftmaschine Viertakt-Versuchsmotor von 1876, mit ihm begann von Köln aus die Motorisierung der Welt Münch, 2/2009 … aber langsam, wie bei jeder neuen Technik !

7 Technologieeinführung Roadmap Entwicklung von der Dampfmaschine zum Elektroantrieb Dampf- maschine Verbrennungs- kraftmaschine Elektro- antrieb Erster Verbrennungsmotor 1876 Erster Serien- Elektroantrieb 2010 Erste verwendbare Dampfmaschine 1712 von T. Newcomen 164 Jahre134 Jahre ??? Jahre Münch, 2/2009

8 Zum CO 2 freie Fahrzeugantrieb Das Spannungsfeld: Münch, 6/2010 IT

9 Finales Ziel der Antriebsentwicklung Der CO 2 freie / neutrale Antrieb heute Zukunft Alternative Antriebe e - Antrieb Auf dem Weg dort hin: Münch 4/2013

10 e -Antrieb - heute - Reichweite Heute bei ausgeführten Fahrzeugen: 50 – 200 km rein elektrisch Weiter Strecken mit Range Extender (Stromgenerator) Problem des rein elektrischen Antriebs: Speicherkapazität Münch, 6/2010

11 Speicherkapazität:. Energieträger Energiedicht e Wh/kg Bleiakku40 NiMH90 Li Ion (Li Polymer) Ultra Caps (Kondensator)5 Ottokraftstoff8500 Li-Luft~ 8000 Li-Luft Akkumulatoren sind noch im Forschungs-/ Vorausentwicklungsstadium Verfügbarkeit voraussichtlich erst in Jahren ! ca. 40 x geringer Speicher- kapazität im Vgl. zu Ottokraft- stoff Quelle: AVL,2010 Münch, 6/2010

12 Reichweite e - Antrieb Reichweitenproblem zukünftig z.B. mit Li-Luft Akkumulatoren gelöst Verfügbarkeit aber heute nicht gegeben Plug in Hybrid als Übergangslösung Reichweiten km für städtische Mobilität ausreichen Weiter Strecken mit Range Extender Münch, 6/2010

13 Ausgeführte Beispiele: Münch, 6/2010 Quelle: Auto Bild 5/2010

14 Ausgesuchte Beispiele GOLF Blue-E-Motion 85 kW E-Motor, max. Dreh. 270 Nm Lithium-Ionen-Batterie mit 26,5 kWh km/h in 11,8 s Spitze: 135 km/h Reichweite je nach Fahrweite bis zu 150 Kilometer Gewicht: Kilogramm, SOP 1/2014 e - up 55 PS, max. Dreh. 210 Nm Lithium-Ion.-Batt. mit 26,5 kWh km/h: 14 s Spitze 135 km/h Reichweite: ca. 150 km Preis ca Euro SOP 9/2013 Münch 4/2013

15 . Leistung: 125/170 kW/PS Drehmoment: 250 Nm Batterie: Lithium-Ionen- Akkus Kapazität: ? kWh Heckantrieb Spitze: 150 km/h km/h: 7,9 s Reichweite: 130 bis 160 km (FTP72 Fahrzyklus: 225 km) Preis: ca SOP: Herbst 2013 BMW i3 In Kürze: Sportwagen BMW i8 Plug-in Hybrid Münch 4/2013

16 . Renault Kangoo Maxi Z.E. 44 kW, max. Drehmoment 226 Nm Spitze: 130 km/h Beschl km/h: 22,4 s Getriebe1-Gang-Untersetzungsgetriebe, Frontantrieb Länge 4597 mm, Breite 1829 mm, Höhe 1836 mm, Gewicht 1628 kg, max. Zuladung 632kg Preis Batterieleasing seit Ende 2012 auf dem Markt Münch 4/2013

17 Übersicht Alternative Antriebe Gas - Antrieb Hybrid Antriebe e - Antrieb konventionell (Batterie) Brennstoffzelle (H 2 ) Alternative Kraftstoffe RME Dieselmotor E85 (Ethanol- Anteil) Ottomotor CO 2 frei bzw. neutral LPG Autogas Popangas CNG Erdgas Hochdruck konv. Ottomotor Paralleler Hybrid Serieller Hybrid Synergie Verbr.-Motor/ e -Motor Münch 4/2013 energieeffizient

18 Gasantrieb LPG – Autogas (Propan- /Butangas) Flüssiggas, da bei Umgebungstemperatur und > 8 bar flüssig hohe Energiedichte kleines Speichervolumen notwendig (zusätzlicher Tank in der Reserveradmulde, 30 l – 90 l) konventionelle Fahrzeuge mit Ottomotor umrüstbar bivalenter Betrieb möglich (hohe Reichweite) Relativ geringe Umrüstkosten (ca. 1500, ,- ) LPG nicht bei DI-Otto einsetzbar !

19 Gasantrieb LPG – Autogas (Propan- /Butangas). Interessante Fakten über LPG Autogasfahrzeuge werden noch bis etwa zum 31. Dezember 2018 steuerlich begünstigt Der Einsatz von LPG senkt die Verbrauchskosten um etwa 45% CO 2 - Ausstoß um etwa 15% gegenüber einer üblichen Benzinverbrennung reduziert

20 Gasantrieb CNG – Compressed Natural Gas (Erdgas) Mit Erdgas fahren und sparen Mit einem Erdgasfahrzeug sparen Sie im Vergleich zu einem Benzinfahrzeug bis zu 50% Kraftstoffkosten, im Vergleich zu Dieselfahrzeugen sind es immerhin noch 30%. Die Umrechnung auf Basis des Energiegehalts zeigt, wie günstig Erdgas wirklich ist: Quelle: Rhenag Münch 4/2013

21 Gasantrieb CNG – Compressed Natural Gas (Erdgas) Steuervorteil: Bis mindestens 2018 ist ein günstiger Mineralölsteuersatz für Erdgas als Kraftstoff festgeschrieben. Die Steuerreform gilt nur für Neuwagen, die ab dem 01. Juli 2009 zugelassen wurden. Beispiel: Ein erdgasbetriebener VW Passat 1.4 TSI EcoFuel, der nur 119 g/km ausstößt, bleibt unterhalb der CO 2 Freigrenze, der CO2-Anteil ist damit kostenfrei. Hinzu kommt die Hubraum-Komponente, die bei Erdgasfahrzeugen wie bei Benzinern 2 je angefangene 100 cm 3 Hubraum kostet, beim Diesel sind es je 100 cm 3 9,50. Für den Passat TSI EcoFuel mit 1,4-Liter-Motor ergeben sich unterm Strich 28 Euro Steuern. Die CO 2 -Steuer eines vergleichbaren VW Passat mit Benzinmotor kostet 186 Euro, beim vergleichbaren Passat-Dieselmodell 266 Euro. Quelle: Rhenag Münch 4/2013

22 Gasantrieb CNG – Compressed Natural Gas (Erdgas) Ausschnitt in Deutschland erhältliche Erdgasfahrzeuge: - Fiat Doblò 1.4 T-Jet 16V Natural Power - Fiat Fiorino 1.4 8V Natural Power - Fiat Panda Panda 1.4 8V Natural Power - Fiat Punto Evo 1.4 8V Natural Power - Fiat Qubo 1.4 8V Natural Power - Mercedes B 180 NGT - Mercedes E 200 NGT - Opel Combo 1.6 CNG ecoFLEX - Opel Zafira 1.6 CNG ecoFLEX Turbo - VW Caddy 2.0 EcoFuel - VW Caddy 2.0 Maxi EcoFuel - VW Caddy Tramper 2.0 EcoFuel - VW Passat 1.4 TSI EcoFuel - VW Passat Variant 1.4 TSI EcoFuel - VW Touran 1.4 TSI EcoFuel - VW Touran Cross 1.4 TSI EcoFuel - VW T5 2.0 BiFuel Münch 4/2013

23 Technik: CNG (monovalent) Ottomotor auch DI 10 l Benzin Reservetank Reichweite: Gas: ca km + Benzin km Hochdruckspeicher Bislang kommen im Druckbereich bis 20 MPa hauptsächlich schwere Stahlbehälter wegen der niedrigen Preise zur Anwendung. Doch es ist eine Tendenz hin zu Behältern mit Composite- Umwicklung, einem Werkstoffverbund aus Kohlefaser und Duroplast, erkennbar, um Gewicht einzusparen. Dieser Behältertyp soll Arbeitsdrücke von 70 MPa und höher ermöglichen. Gasantrieb CNG – Compressed Natural Gas (Erdgas) Münch 4/2013

24 Tankstellennetz 2013: Rund Anbietern von Erdgas in der Bundesrepublik Deutschland z.B. 7 Anbieter z.B. in Köln 1 Anbieter in Bonn 1 Anbieter in Siegburg Gasantrieb CNG – Compressed Natural Gas (Erdgas) Münch 4/2013

25 Übersicht Alternative Antriebe Gas - Antrieb Hybrid Antriebe e - Antrieb konventionell (Batterie) Brennstoffzelle (H 2 ) Alternative Kraftstoffe RME Dieselmotor E85 (Ethanol- Anteil) Ottomotor CO 2 frei bzw. neutral LPG Autogas Popangas CNG Erdgas Hochdruck konv. Ottomotor Paralleler Hybrid Serieller Hybrid Synergie Verbr.-Motor/ e -Motor Münch 4/2013 energieeffizient

26 Hybride Antriebe Seriell Modulares Antriebssystem 1. Stufe -Verbrennungsmotor -Generator 2. Stufe -Brennstoffzelle -H 2 oder CH 4 Verbrennungs- motor AkkuGenerator E-Motoren Tank Brennstoffzelle Alternativ: Reiner E-Betrieb mit Akkus Lokal CO 2 frei ! Münch 4/2013

27 Beispiel: Opel Ampera Hybride Antriebe Seriell (Plug in) Elektromotor vorne, quer (111 kW/150 PS) Leistung: 111 kW oder 150 PS Max. Drehmoment: 370 Nm 1,4-L - Benzinmotor als Stromgenerator (Range Extender) Vorderradantrieb Antrieb: 1,4-L-Benzinmotor (63 kW/86 PS) Range Extender: Generator (54 kW) Kapazität: 16 kWh Lithium-Ion.-Batt. Spitzengeschwindigkeit 161 km/h Gewicht: kg Reichweite: elektrisch km, mit R.E. 500 km Preis: ca Münch 4/2013

28 Hybride Antriebe Seriell Twin Drive - Volkswagen: SOP: Anfang 2014 Münch 4/2013

29 Hybride Antriebe Twin Drive (Plug in) - Funktion Münch 4/2013

30 Hybride Antriebe Parallel Quelle: Green-Motor.de Münch 4/2013

31 Hybride Antriebe Paralell (Plug in) Bei einer Geschwindigkeit von max. 85 km/h. Gewichtete kombinierte Werte nach EU-Messverfahren: Kraftstoffverbrauch: 2,1 l/100 km, CO 2 Emission: 49 g/km, Elektrischer Energieverbrauch: 5,2 kWh/100km Vom Toyota Prius gibt es neu eine XL-Version und damit das erste Hybridfahrzeug mit 7 Plätzen Münch 4/2013

32 Hybride Antriebe Parallel: Verbrennungsmotor / Druckluft System: Bosch/Rexroth Quelle: PSA Münch 4/2013

33 Hybride Antriebe Vorteile des Systems Münch 4/2013 Niedrige Kosten und geringes Gewicht – es sind nur zwei Druckluftbehälter und einige Steuerelemente erforderlich Hohe Leistungsdichte Effiziente Umwandlung kinetischer Energie in Druckluft-Energie Extrem schnelle Ladung und Freigabe gespeicherter Energie Fahrzeuge wie der Citroën C3 oder Peugeot 208 sollen mit HybridAir nur 2,8 Liter/100 km verbrauchen und 69g CO 2 / km emittieren Bis zu 45 Prozent weniger Verbrauch im Stadtverkehr laut PSA Peugeot Citroën Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterie oder anderen Batteriearten fallen bei der Herstellung weniger Emissionen an Ersatzinvesti- tionen bedürfen geringeren finanziellen Mitteln

34 Hybride Antriebe Meine Vorschläge - mittelfristige Lösungen Kombination: 1.Kleiner Dieselmotor mit HybridAir: Geringer Verbrauch auf der Langstrecke l/ 100km Geringer Verbrauch in der Stadt < 3 I/ 100 km 2.Erdgasantrieb ( bar Speicherdruck, heute 200 bar) mit HybridAir: Etwas geringerer Verbrauch auf Langstrecken l/ 100 km Geringer Verbrauch in der Stadt < 4 Liter (bezogen auf Benzin) Langfristig: e - Antrieb Münch 4/2013

35 Alternative Antriebe Keine Patentlösung Münch 4/2013 Zukunft beginnt schon heute und hört nicht 2020 auf ! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !


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