Alternative Antriebe für Automobile

Hybridsysteme, Brennstoffzellen, alternative Energieträger

verfasst von: Cornel Stan

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Die Realisierungsmöglichkeiten zukünftiger Antriebskonzepte – von batterie betriebenen Elektromotoren und Hybridsystemen bestehend aus Elektro- und Verbrennungsmotor über Brennstoffzellen bis hin zu alternativen Energieträgern wie Wasserstoff oder Alkohol –werden auf Basis neusten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten weltweit präsentiert und bewertet. Leistungsdichte, Drehmomentverlauf, Beschleunigungscharakteristik, spezifischer Energieverbrauch sowie Emission chemischer Stoffe und Geräusche sind wichtige Merkmale zur Beurteilung der Qualität einer Antriebskonfiguration. Die Verfügbarkeit oder die Herstellungsmerkmale sowie die Speicherfähigkeit vorgesehener Energieträger, die technische Komplexität, Kosten, Sicherheit, Infrastruktur und Service bestimmen die Randbedingungen für die Einführung alternativer Antriebe für Automobile. Die aktualisierte Übersicht und Analyse der Prozesse, Antriebsmaschinen und Energieträger, die in komplexen Energie-Management-Systemen für Automobile kombinierbar sind, bilden den Inhalt dieses Buches. Für die Entwicklung neuer Konzepte sind diese aktuellen Fakten notwendiges Wissen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Mobilität – Bedingungen, Anforderungen, Szenarien

Zusammenfassung

Die Erde beherbergt derzeit 7 Milliarden Menschen und 1 Milliarde Automobile (Okt. 2011). Der überwiegende Teil der Weltbevölkerung lebt in Städten, dabei nimmt die Anzahl der Mega-Metropolen mit mehr als 10 Millionen Einwohnern rasant zu. Bild 1 stellt den aktuellen Stand dar.

Cornel Stan

2. Thermische Antriebe

Zusammenfassung

Die Umsetzbarkeit und Grenzen thermodynamischer Prozesse zur Umwandlung von Wärme in Arbeit werden zunächst im Einklang mit den Entwicklungsszenarien innerhalb eines Energiemanagements gemäß Kap. 1.3 betrachtet – wonach thermische Maschinen als Direktantriebe, als Antriebsmodule oder als Energiewandler zur Elektroenergie einsetzbar ist. In dieser Weise wird die Effizienz einer thermischen Maschine als Baustein in einem Antriebssystem bewertet, unabhängig von Leistungs- oder Drehzahlbereich, der nur für Direktantriebe gelten.

Cornel Stan

3. Alternative Kraftstoffe

Zusammenfassung

Die Umwandlung der chemischen Energie jedes verfügbaren Brennstoffes bzw. Kraftstoffes des Typs C_mH_nO_p kann grundsätzlich in zwei Formen er-folgen:

In Wärme und dadurch in Arbeit für die direkte Nutzung in Wärme-kraftmaschinen für Antrieb oder Stromerzeugung an Bord; nach der gleichen Umwandlungskette chemische Energie-Wärme-Arbeit wird Strom in stationären Kraftwerken erzeugt, der für elektrische Antriebe in Automobilen mittels Batterien gespeichert werden kann.
In elektrischer Energie durch einen Protonenaustausch von Wasser-stoff zum Sauerstoff in einer Brennstoffzelle. Der Wasserstoff an Bord kann grundsätzlich von jedem verfügbaren Brennstoff des Typs C_mH_nO_p innerhalb einer vorgeschalteten chemischen Reaktion gewon-nen werden.

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4. Elektrische Antriebe

Zusammenfassung

Die Elektromobilität ist im Zusammenhang mit Verkehrsfluss, Treibhaus-, Schadstoff- und Geräuschemissionen die bisher konkurrenzlose Alternative für die Mobilität in urbanen Ansiedlungen. Wie im Kapitel 1 dargestellt, sind jedoch diese Alleinstellungsmerkmale von deutlichen Nachteilen bezüglich Herkunft der Elektroenergie (Bild 4) und ihrer Speicherung an Bord (Bild 16) beeinträchtigt.

Cornel Stan

5. Kombinationen von Antriebssystemen, Energieträgern, -wandlern und -speichern

Zusammenfassung

Die Bewertung der Antriebssysteme für Automobile nach Energiebedarf und -ressourcen, sowie nach ökologischen, technischen und wirtschaftli-chen Kriterien führt zu der Schlussfolgerung, dass eine universell einsetz-bare Konfiguration als optimale Form nicht realistisch ist. Vielmehr spre-chen spezifische Vorteile für anpassungsfähige Kombinationen, auf Basis kompatibler Funktionsmodule. Die Entwicklungstrends lassen folgende Merkmale erkennen:

Die Emissionen von Schadstoffen sowie von Kohlendioxid werden weiter drastisch limitiert; “Null-Emission„ Fahrzeuge in Ballungsge-bieten sowie in Naturschutzregionen werden in der nahen Zukunft un-erlässlich sein.
Der Anspruch nach Komfort, Leistung und Elastizität des Antriebs wird auch die zukünftige Akzeptanz prägen.
Die starke Entwicklung elektronischer Systeme empfiehlt die Integra-tion der Antriebssteuerung in das Gesamtsystem von Antriebsma-nagement bis hin zur Verkehrssteuerung.

Cornel Stan

6. Energiemanagement im Automobil als komplexes System

Zusammenfassung

Die beispielhafte Entwicklung der Antriebssysteme für Automobile zwischen Anforderungen, Limitierungen und Akzeptanzkriterien – von Leistungssteigerung bis zur Schadstoffemissionsbegrenzung – beruht auf einem extrem gestiegenen Innovationspotential. Die Zukunft gehört dem Energiemanagement zwischen Antrieb und Energieversorgung an Bord eines weitgehend einsatzzweck-spezifischen Automobils. Dafür werden Antriebssystemarten, Energieträger, -wandler und -speicher an Bord in vielfältigen Konfigurationen zu kombinieren sein.

Cornel Stan

Backmatter

Titel: Alternative Antriebe für Automobile
verfasst von: Cornel Stan
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-25267-9
Print ISBN: 978-3-642-25266-2
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-25267-9

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Über dieses Buch

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Mobilität – Bedingungen, Anforderungen, Szenarien

2. Thermische Antriebe

3. Alternative Kraftstoffe

4. Elektrische Antriebe

5. Kombinationen von Antriebssystemen, Energieträgern, -wandlern und -speichern

6. Energiemanagement im Automobil als komplexes System

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