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23.07.2015 | Fahrzeugtechnik | Im Fokus | Onlineartikel

Sind Elektrofahrzeuge langstreckentauglich?

Autor:
Christiane Brünglinghaus

Die geringe Reichweite von Elektroautos ist einer der Gründe, warum die Elektromobilität in Deutschland nicht Fahrt aufnimmt. So hört man es vielfach in den Medien. Viel entscheidender ist aber die Leistungsfähigkeit der Ladeinfrastruktur, sagt das Fraunhofer LBF.

Als eine der größten Hürden für den Durchbruch der Elektromobilität in Deutschland gilt die Reichweite von Elektrofahrzeugen. Laut einer Studie von Horváth & Partners liegt die durchschnittliche Reichweite aktueller Elektrofahrzeuge bei 210 Kilometer. 2011 habe der Wert noch bei rund 150 Kilometer gelegen. Setzt sich der Trend fort, dürfte die durchschnittliche Reichweite von Elektro-Neufahrzeugen 2020 bei 400 Kilometer liegen, prognostiziert die Studie. Grund dafür seien die verbesserte Batterietechnik und das Angebot größerer Elektroautos. Steigen dann die Verkaufszahlen von Elektrofahrzeugen, die in Deutschland derzeit hinter den Erwartungen der Politik zurückliegen? Ist damit dann das Reichweitenproblem gelöst?

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) ist da skeptisch. Das Institut hat die Langstreckentauglichkeit von Elektrofahrzeugen herstellerunabhängig betrachtet. Das Fazit der Wissenschaftler: Die Ladeinfrastruktur und mögliche Ladeleistung sei entscheidender, als die in der öffentlichen Wahrnehmung vorrangige Fahrzeughöchstreichweite. Das sei sowohl praktisch als auch numerisch gezeigt worden.

Versuch: Elektrofahrzeuge auf der Langstrecke

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Die Forscher des Fraunhofer LBF haben in einem Selbstversuch mehrere Langstreckenreisen innerhalb Deutschlands und Europas mit einem Elektrofahrzeug unternommen. Das Versuchsfahrzeug habe die häufig von potenziellen Käufern geforderte Reichweite von 300 Kilometer überstiegen, geben die Wissenschaftler an. Das Fahrzeug habe durch ein herstellereigenes Schnellladesystem Ladungen mit bis zu 120 kW oder 12 km/Minute erlaubt. Die Fahrten seien anschließend hinsichtlich des Energieverbrauchs und Ladeverhaltens analysiert worden.

Zusätzlich sei am Fraunhofer LBF ein numerisches Simulationsmodell entwickelt worden, das Energieströme in Elektrofahrzeugen darstellt. Anhand des Modells lässt sich laut den Wissenschaftlern ermitteln, welchen zeitlichen Nachteil Fahrer von Elektrofahrzeugen auf Fernstrecken gegenüber Fahrern konventioneller Fahrzeuge in Kauf nehmen müssen. Berücksichtigt wurden dabei die Aspekte verfügbare Ladeinfrastruktur, Reichweite und Fahrgewohnheiten.

Leistungsfähigkeit der Ladeinfrastruktur ist entscheidend

Das Ergebnis der Untersuchung: Es ist weniger die absolute Reichweite des Fahrzeugs als vielmehr die Leistungsfähigkeit der Ladeinfrastruktur für zügiges Vorankommen entscheidend. Sowohl der Versuch als auch durch Modellrechnungen hätten dies bestätigt, so die Wissenschaftler.

Die Forscher sind verschiedene Strecken mit unterschiedlichem Reiseverhalten gefahren. Zum einen eine niedrige Reisegeschwindigkeit und wenige, dafür längere Ladestopps (maximale Geschwindigkeit 120 km/h, Ladezustand (State of Charge (SOC)): SOCmax > 90 Prozent, Teilstrecken bis 350 km) zu Gunsten einer hohen Reichweite. Zum anderen eine hohe Reisegeschwindigkeit mit häufigeren, kurzen Ladestopps (maximale Geschwindigkeit 180 km/h, SOCmax < 70 Prozent, Teilstrecken < 200 km).

Generell lässt sich festhalten, dass aufgrund der Lithium-Ionen-Technologie bei allen Ladestandards - sei es CCS oder CHAdeMO - die Ladeleistung mit dem SOC abnimmt. Daher nimmt das Verhältnis von geladener Reichweite pro Zeiteinheit mit höherem SOC immer ab. Dies habe zur Folge, dass trotz insgesamt höherem Energieverbrauch bei schneller Fahrweise, und dementsprechend größerer Menge an benötigter elektrischer Energie, dieses Reiseverhalten sowohl in Bezug auf die Netto-Ladezeiten als auch in der Gesamtreisedauer einen leichten Zeitvorteil gegenüber der langsameren, auf Reichweite fokussierten Fahrweise ergab.

Ist die flächendeckende Versorgung mit CCS-Ladepunkten sinnvoll?

Daher bezweifeln die Wissenschaftler, ob die flächendeckende Versorgung mit CCS-Ladepunkten, wie derzeit von der Politik angestrebt, zielführend ist, um die Elektromobilität auch auf der Langstrecke zu etablieren.
Mit einer maximalen Anschlussleistung von 50 kW in Abhängigkeit des SOC seien selbst unter idealen Voraussetzungen und gemäßigter Fahrweise, ohne Berücksichtigung der Fahrzeughöchstreichweite, Ladezeiten von 24 min/100 km zu erwarten. Der entsprechende Zeitverlust summiere sich auf Strecken wie München-Berlin, Frankfurt-Hamburg oder Stuttgart- Hannover somit auf bis zu zwei Stunden gegenüber konventionellen Fahrzeugen.

Die Forscher geben zu bedenken, dass von den Probanden mehrere kürzere Ladestopps gegenüber wenigen, dafür deutlich längeren Pausen präferiert wurden. Allgemein habe die Akzeptanz der Ladepausen mit zunehmender Dauer abgenommen. Pausen bis 20 Minuten wurden von keinem der Probanden als störend oder negativ empfunden. Pausenzeiten von mehr als 40 Minuten hätten hingegen durchgängig alle Probanden subjektiv als "zu lang" bewertet.

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