Unter Elektromobilität versteht man den Personen- und Güterverkehr mit Fahrzeugen, die mit elektrischer Energie angetrieben werden. Strenggenommen zählt dazu auch die Eisenbahn, die in dieser Arbeit nur eine untergeordnete Rolle spielt. Schwerpunktmäßig befasst sich das Buch mit Elektrofahrzeugen/Elektroautos/Elektromobilen/E-Fahrzeugen, wie sie häufig etwas uneinheitlich bezeichnet werden. Aber auch Elektrofahrräder und -motorräder sowie Elektrobusse gehören dazu, sie werden kurz beschrieben.
Versuche, Elektromotoren als effektiven Antrieb für Kraftfahrzeuge zu nutzen, gab es im Prinzip seit Erfindung des Automobils. Allerdings haben es erst die in den letzten Jahren erzielten technologischen Fortschritte in der Akkutechnik erlaubt, alltagstaugliche Elektrofahrzeuge als Konkurrenz zu den herkömmlichen Verbrennungsmotor-Kraftfahrzeugen auf den Markt zu bringen.
In diesem Kapitel werden die Ausführungsformen von Elektrofahrzeugen im Überblick beschrieben. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Elektro-Pkw. Zudem werden Nutzfahrzeuge, Busse und Elektrofahrräder angesprochen. Einzelheiten zu den zentralen Baugruppen, wie Elektromotor, Leistungselektronik und Energiespeicher folgen in den nächsten Kapiteln.
Um die Leistungsfähigkeit und das Potenzial von Elektroantrieben abschätzen zu können, muss man sie im Vergleich zu anderen Kfz-Antrieben betrachten. Auch um das effektive Zusammenspiel der Antriebsarten in den Hybridfahrzeugen beurteilen zu können, muss man die Grundlagen der unterschiedlichen Antriebsarten heranziehen.
In diesem Kapitel werden die Grundlagen der wesentlichen Elemente des elektrifizierten Antriebsstrangs beschrieben. Dieser besteht aus folgenden Komponenten:
Elektromotor,
Akkumulator/Fahrzeugbatterie und ggf. Brennstoffzelle,
Wie beim Laden der Akkus von Handys, Laptops usw. ist auch beim Laden des Fahrzeugakkus ein spezielles Ladegerät notwendig. Für die Standardladung befindet sich dieses im Fahrzeug, sodass zur Nachladung im Prinzip nur ein entsprechendes Ladekabel und für den einfachsten Fall eine normale Haushaltssteckdose (entsprechend abgesichert) erforderlich ist. Damit lässt sich ein Elektrofahrzeug über Nacht wieder aufladen. Aber auch für kürzere Ladedauern gibt es entsprechende Lösungen. Neben den Grundlagen geht dieses Kapitel auf die dazugehörende Normung und die daraus resultierenden Ladesysteme ein.
Ein maßgeblicher Vorteil von Elektrofahrzeugen ist bekanntermaßen ihr geringer Energieverbrauch, einer ihrer größten Nachteile die geringe Reichweite. Für beides müssen die Hersteller in ihren Unterlagen Angaben machen, die nach genormten Versuchen ermittelt werden. Damit ist zwar eine grundsätzliche Vergleichbarkeit der Fahrzeuge gegeben. Da aber auch bei den genormten Tests die Ergebnisse von vielen fahrzeugspezifischen Größen beeinflusst sind, Gewicht und Stirnfläche als Beispiele, lassen die Angaben keinen direkten Rückschluss auf die tatsächliche Effektivität des Fahrzeugantriebs zu. Daher ist auch eine Übertragbarkeit von Verbrauch und Reichweite auf reale Fahrbedingungen nur bedingt möglich. In diesem Abschnitt werden die Grundlagen erarbeitet, wie die tatsächliche, fahrzeugspezifische Effektivität beurteilt werden kann, und wie diese Erkenntnisse auf reale Verhältnisse übertragen werden können.
Die Simulationen der vorangegangenen Abschnitte belegen die hohe Effektivität des Elektroantriebs und den daraus resultierenden niedrigen Energieverbrauch. Da sich diese Betrachtung zunächst aber allein auf die Betrachtung des Fahrzeugs beschränkt, der sogenannten Tank-to-Wheel-Betrachtung, bleiben Verluste bei der Stromerzeugung unberücksichtigt. Um die gesamte Energiekette zu berücksichtigen, wird in der Well-To-Wheel-Betrachtung (von der Quelle zum Rad) der Primärenergieverbrauch und die CO2-Belastung bei der Stromerzeugung in die Gesamtbetrachtung miteinbezogen.
Neben der eingeschränkten Reichweite sind die hohen Anschaffungskosten das zweite Hemmnis für eine weite Verbreitung von Elektrofahrzeugen. Daher soll in diesem Kapitel zunächst die Kostensituation beleuchtet werden. Anschließend wird auch das Angebot an Fahrzeugen dargestellt.
Aufgrund ihrer Eigenschaften wie geringe Geräuschemissionen, vor Ort emissionsfrei, geringer Energieverbrauch, können Elektrofahrzeuge eine wichtige Rolle bei derzeitigen und künftigen Mobilitätskonzepten spielen. Das fängt an bei Elektrofahrrädern und kann enden bei Elektrobussen oder Elektro-Lkw. Dabei muss sehr genau beachtet werden, für welche Randbedingungen ein Konzept optimiert werden soll.
Die Entwicklung des automatisierten Fahrens verfolgt mehrere Ziele: Es soll die Sicherheit im Fahrzeugverkehr soweit erhöhen, dass die Unfallzahlen gegen Null gehen. Gleichzeitig wird der Fahrkomfort für den Fahrer gesteigert. Und durch eine Vernetzung der automatisierten Fahrzeuge untereinander kann der Verkehrsfluss insgesamt optimiert werden.
Die vorangegangenen Ausführungen zeigen, dass Elektromobilität ein zentrales und zukunftsträchtiges Thema in Politik, Gesellschaft, Industrie und bei der Energiewende ist.
In diesem Abschnitt werden spezifische Themen beleuchtet, indem Aufgaben mit realitätsnahen Zahlen (auch für das Selberrechnen) gestellt und eine Lösung vorgeschlagen wird.
Anton Karle
Backmatter
Metadaten
Titel
Elektromobilität
verfasst von
Anton Karle
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG
Electronic ISBN
978-3-446-47509-0
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-446-47509-0
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