Praxisbericht Elektromobilität und Verbrennungsmotor

In der Europäischen Union erfolgt eine kontinuierliche Entwicklung hin zu einer gemeinschaftlichen Energiestrategie, welche den drei Grundprinzipien der Nachhaltigkeit, Wettbewerbsfähigkeit und Versorgungssicherheit unterliegt. Die Verwendung heutiger Kraftstoffe im Straßenverkehr entspricht dabei nicht diesem Gedanken. [1] Die europäische Gesetzgebung fordert daher die Erhöhung der CO2-freien Energiebereitstellung [2].

Insbesondere aufgrund unterschiedlicher Anforderungen an Kraftfahrzeuge gibt es eine Vielzahl an elektrifizierten Antriebskonzepten. Micro-, Mild- und Vollhybride stellen Konzepte dar, bei denen der Verbrennungsmotor den wesentlichen Anteil zur Fortbewegung liefert [7]. Bei den in dieser Arbeit betrachteten Plug-In-Hybriden, batterieelektrischen Kraftfahrzeugen mit Range-Extender und batterieelektrischen Kraftfahrzeugen steigt der elektrische Anteil am Vortrieb auf bis zu 100 %. Im Weiteren werden die drei letztgenannten Antriebskonzepte kurz beschrieben. Allen drei Antriebskonzepten ist gemein, dass sie über einen Akkumulator (auch Traktionsbatterie oder kurz Batterie genannt) verfügen, welcher ausreichend elektrische Energie bereitstellt, um Strecken von 20 km und mehr rein elektrisch zurückzulegen.

Wie bereits gezeigt, können – ein hochregenerativer Strommix vorausgesetzt – rein elektrisch betriebene Personenkraftwagen zur Senkung der Treibhausgasemissionen beitragen. Offen bleibt jedoch die Frage, wie groß die Vorteile batterieelektrischer PKW bei Energieeffizienz und Treibhausgasemissionen sind, wenn der Betrachtung reale Betriebsbedingungen über ein ganzes Jahr zugrunde gelegt werden und die Energiebereitstellung in Österreich bzw. der Europäischen Union berücksichtigt wird.

Um die Vorteile batterieelektrischer PKW hinsichtlich deren Energieeffizienz und Treibhausgasemissionen zu analysieren, wurden vier PKW mit Lithium-Ionen-Batterie und ein PKW mit Nickel-Natriumchlorid-Batterie (ZEBRA) untersucht. Als Referenzfahrzeug diente ein Diesel-PKW mit Verbrennungsmotor.

Der Vergleich erfolgte unter realitätsnahen Betriebsbedingungen. Dies betraf insbesondere die Klimatisierung (Heizen/Kühlen) des Fahrzeuginnenraumes in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur. Die Energiebereitstellung von Elektrizität bzw. Diesel-Kraftstoff wurde ebenfalls in die Betrachtungen aufgenommen.

Wie im Obigen ausgeführt, kann die Elektrifizierung des Antriebsstranges von Kraftfahrzeugen unter den beschriebenen Voraussetzungen auch in der Praxis als wirksames Mittel zur Senkung des Energiebedarfs und der Treibhausgasemissionen angesehen werden. Je nach Elektrifizierungskonzept (Micro-, Mild-, Full-, Plug-In-Hybrid, batterieelektrisches Fahrzeug, Brennstoffzellenfahrzeug, u.a.m.) sind die Reduktionspotenziale unterschiedlich groß und gegebenenfalls auch mit Nutzungseinschränkungen verbunden.

Der Opel Ampera eignet sich aufgrund der Vielfalt der in diesem Fahrzeug realisierten Antriebsarten (rein elektrisch sowie serieller und leistungsverzweigter Hybrid) besonders für die Untersuchung der unterschiedlichen Elektrifizierungsstufen und die Darstellung der Potenziale elektrifizierter Antriebskonzepte.

Hybridfahrzeuge und im Besonderen Plug-In Fahrzeuge stellen aufgrund der hohen Batteriekosten und der teilweise stark eingeschränkten Reichweite von rein elektrischen Kraftfahrzeugen eine Alternative dar, welche die Vorteile des elektrischen und verbrennungsmotorischen Antriebes verbinden soll.

Aufbauend auf den im Obigen vorgestellten Untersuchungen und Analysen wurden vier Plug-In Fahrzeuge im Hinblick auf deren Energieeffizienz und deren elektrische Reichweite untersucht.

Die Untersuchungen erfolgten unter realitätsnahen Betriebsbedingungen. Dies betraf insbesondere die Klimatisierung (Heizen/Kühlen) des Fahrzeuginnenraumes in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur sowie den Ladezustand der Traktionsbatterie (Betrieb des Fahrzeuges mit „voller“ und „leerer“ Traktionsbatterie).

Elektromobilität wird vielfach als die Lösung zukünftiger Mobilität gesehen. Insbesondere Politik und Medien sehen in der Elektrifizierung des Individualverkehrs ein wirksames Mittel zur erforderlichen deutlichen Absenkung der Treibhausgasemissionen und zur Erhöhung der Energieeffizienz.

Im Rahmen dieses Buches wurden die Potenziale elektrifizierter Antriebskonzepte hinsichtlich Nachhaltigkeit und Klimaschutz sowie Energieeffizienz und Kundenanforderungen analysiert. Im Fokus der Untersuchungen stand die Bestimmung der Potenziale moderner PKW-Antriebskonzepte. Je nach Elektrifizierungskonzept sind die Auswirkungen unterschiedlich groß und gegebenenfalls auch mit Nutzungseinschränkungen verbunden.