chancen und perspektiven von hybridfahrzeugen - izes.de · 2 [ 05.11.2009, guillem tänzer ]...
TRANSCRIPT
Chancen und Perspektiven von HybridfahrzeugenGuillem Tänzer, [email protected]
2 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Abgrenzung von Hybridkonzepten
Hybridvarianten
Chancen von Hybridkonzepten
3 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Einleitung
Definition:
„Man spricht von einem Hybridantrieb, wenn dieser
durch mindestens zwei verschiedene Antriebs-
prinzipien und zwei verschiedene Energieträger
angetrieben wird“.
Quelle: Braess/Seiffert; Handbuch Kraftfahrzeugtechnik;
S.138; Vieweg; 3. Auflage 2003
Was genau versteht man unter einem Hybridantrieb?
4 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Einleitung
Grundsätzliche Vorteile eines Hybridantriebs?
Quelle: Prof. Dr.-Ing. Wolfram Seibert; Präsentation: „Fahrzeugtechnische Überlegungen zu Hybrid-
Antrieben für Personenkraftwagen; S.4; 14.01.2000
Vgl. Primärenergiewirkungsgrad Pkw mit VKM-Motor / Elektromotor
0
5
10
15
20
25
0 10 20 30 40 50 60 70
Fahrgeschwindigkeit [km/h]
Wir
kun
gsg
rad
[%
]
Substitution von Wirkungsgradnachteilen
Elektromotor<=>
Verbrennungsmotor
5 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Einleitung
Typ. Komponenten eines Hybridantriebs (PKW)?
[1] Quelle: http://www.dastuningblog.de/wp-content/uploads/2008/06/motor.jpg
[2] Quelle: http://blog.daimler.de/wp-content/uploads/2008/09/getriebe.jpg
[3] Quelle: http://www.kfztech.de/kfztechnik/alternativ/elomotor.jpg
[4] Quelle: http://www.stuttgarter-zeitung.de/media_fast/626/Hybrid_1332.JPG
[5] Quelle: http://www.contionline.com/generator/www/de/de/continental/automotive/themes/commercial_vehicles/img/powertrain/transmission_steuerung_automatik_de.jpg
Verbrennungsmotor [1] Elektromotor [3]Akkumulator [4]
Getriebe [2]Steuerung/Elektronik [5]
6 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Abgrenzung von Hybridkonzepten
Hybridvarianten
Chancen von Hybridkonzepten
7 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Abgrenzung von Hybridkonzepten
(Abgrenzung nach Funktionsprinzip)
Hybridantriebe
Paralleler Hybrid Serieller Hybrid Mischhybrid
Drehzahladdition
Momentenaddition
Zugkraftaddition
Einwellenhybrid
Zweiwellenhybrid
Kombinierter Hybrid
LeistungsverzweigterHybrid
Quelle: Dietrich Naunin; „Hybrid-, Batterie- und Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge“;
S. 67; Expert Verlag; 4. Auflage; 2007
8 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Abgrenzung von Hybridkonzepten
(Abgrenzung nach Leistungsklasse)
Hybridantriebe
Quelle: Vgl. http://www.hybrid-autos.info
~2-5 KW*: Micro Hybrid (Start Stop)
~7-15 kW*: Milder Hybrid
~15-30 kW*: Voll Hybrid
> ~30 kW*: Power Hybrid
*Leistung des Elektromotors
9 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Abgrenzung von Hybridkonzepten
Hybridvarianten
Chancen von Hybridkonzepten
10 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Hybridvarianten
Mögliche Betriebszustände (Abgrenzung nach Leistungsklasse)
11 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Hybridvarianten
Der Micro Hybrid
Elektrischer Fluss
Mechanischer Fluss
konv. Batterie
Elektromotor/Generator„Start-Stopp“
Verbrennungsmotor Kupplung Getriebe
Kraftstofftank
Antriebsachse V/H
12 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Hybridvarianten
Der parallele Hybrid (als milder oder Vollhybrid)
Elektrischer FlussMechanischer Fluss
konv. Batterie
Elektromotor/Generator„Start-Stopp“
Verbrennungsmotor Kupplung Getriebe
Kraftstofftank
Antriebsachse V/H
Akkumulator
Elektromotor/Generator
13 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Hybridvarianten
Der serielle Hybrid (als Power Hybrid)
Elektrischer Fluss
Mechanischer Fluss
Akkumulator
Verbrennungsmotor
Kraftstofftank
Antriebsachse V/H
Generator/Elektromotor 1 und 2
14 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Info 1
Hybridvarianten
Der Mischhybrid „Through the Road“ (als Vollhybrid)
Elektrischer Fluss
Mechanischer Fluss
Kupplung Getriebe
Kraftstofftank
Antriebsachse V/H
Akkumulator
Elektromotor/Generator
Elektromotor/Generator„Start-Stopp“
Kupplung
Antriebsachse V/H
konv. Batterie
Verbrennungsmotor
���� Bemerkung: mit Allradfunktionalität
15 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Hybridvarianten
Der Mischhybrid „Power Split“ (als Power Hybrid)
Elektrischer Fluss
Mechanischer Fluss
Akkumulator
Verbrennungsmotor
Kraftstofftank
Antriebsachse V/H
Generator/Elektromotor
Generator/Elektromotor
Planetengetriebe
16 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Hybridvarianten
Weitere Hybridvarianten (Abgrenzung nach Funktionsprinzip)
• „Two Mode“ Hybrid
• „Torquessplit“ Hybrid
• „Plug-In“ Hybrid (ggf. Ladung des Akkumulators über das Stromnetz)
17 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Hybridvarianten
(Ideales) Fahrprofil von Hybridfahrzeugen
> 100 km/h≤ ~ 20 %Autobahn
0 - 100 km/h≥ ~ 80 %∑ gemischt
(Stadt+Land)
50 - 100 km/h≥ ~ 40 %Land
0 - 50 km/h≥ ~ 40 %Stadt
Geschw.-BereichFahranteile für eine sinnvolle
Hybrid Fzg.-NutzungTyp
Fazit: Ausschließlicher Autobahneinsatz ist für Hybridfahrzeuge ungeeignet.
„Die Fahrgewohnheiten eines Nutzers bestimmen den Sinn oder Unsinn eines Hybridfahrzeugs“
18 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Hybridvarianten
NEFZ Fahrzyklus
Quelle: http://www.ivb.tu-bs.de/bilder/projekte/h1_3.jpg
NEFZ Fahrzyklus
19 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Abgrenzung von Hybridkonzepten
Hybridvarianten
Chancen von Hybridkonzepten
20 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Chancen von Hybridfahrzeugen
Exkurs Erdöl – Förderung (1940-2050)
Quelle: Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe; pdf-Internetbroschüre; „Energierohstoffe: Reserven, Ressourcen, Verfügbarkeit“; S.15; http://www.bgr.bund.de; 18.06.2009
„Peaks“
konv. Erdöl
konv. Erdöl incl. Ölsande
21 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Chancen von Hybridfahrzeugen
Exkurs Erdöl – Preisentwicklung (1960-heute)
Quelle: http://www.tecson.de/poelhist.htm
22 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Chancen von Hybridfahrzeugen
Exkurs CO2 – Entwicklung (1860-2000)
Quelle: http://www.volker-quaschning.de/artikel/klimaexperiment/index.html
CO2-Konzentration
CO2-Emissionen
23 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Chancen von Hybridfahrzeugen
Exkurs Verkehr
Quelle: http://www.kba.de/cln_005/nn_191172/DE/Statistik/Fahrzeuge/Bestand/FahrzeugklassenAufbauarten/b__fzkl__zeitreihe.html
���� Zukunft: Einführung von ZEV-Zonen (Zero Emission Vehicle)?
Verlauf Fahrzeugbestand Deutschland (KBA)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
19
50
19
55
19
60
19
65
19
70
19
75
19
80
19
85
19
90
19
95
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
20
05
20
06
20
07
Mill
ion
en
Jahr
Besa
nt
an
Pkw
's
Pkw's
Verkehrsleistung Pkw‘s:
2004: 887 Mrd. km
2025: 1030 Mrd. km
(Prognose)
���� Gesamtzunahme des Verkehrsaufkommens
Quelle: BVBS; „Die Verkehrsentwicklung in
Deutschland und deren Auswirkungen auf die
Verkehrsinfrastruktur“; Dipl.-Ing. Gipper; S.5; Präsentation 18.112008
Fahrzeugbestand in Mio.
24 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Chancen von Hybridfahrzeugen
Chancen von Hybridfahrzeugen
„Die Hybridtechnik ist eine der wenigen Möglichkeiten, das heute hochoptimierte
Verbrennungsmotorenkonzept nochmals um relevante Prozentpunkte sparsamer zu
gestalten - mit Zukunftsperspektiven“
Steigende Attraktivität eines Hybridfahrzeugs:
• Gesetzliche Restriktionen („CO2-Steuer“, etc.)
• Steigende Rohölpreise
• Geringer Mehrpreis im Vgl. zum konventionellen Fzg. / Wirtschaftlichkeit
• Funktionalität in Volumenmodellen
• Hohes Verkehrsaufkommen (kommt einem Hybridfahrprofil entgegen)
• Gute Energiebilanz im gesamten Produktlebenszyklus (Herstellung/Nutzung/Entsorgung)
25 [ 05.11.2009, Guillem Tänzer ]
Chancen von Hybridfahrzeugen
Zukunftspotential von Hybridfahrzeugen
• Einsparung von ca. 25 % des Kraftstoffverbrauchs bei geeignetem Fahrprofil im Vgl. zu einem konventionellem PKW
• Entlastung von Innenstädten im ZEV Modus (Voll/Power Hybrid)
• Übergangslösung – in Kombination mit Biokraftstoffen ggf. nachhaltig(er)
• Weiterentwicklung zum (reinen) Elektromobil mit Reichweitenoptimierung (Verbrennungsmotorisch oder alternativ, z.B. Brennstoffzelle)
Insbesondere: Technologischer Fortschritt in Richtung Elektromobilität / Brennstoffzellenfahrzeuge wegen artverwandter Technologie!
Zukunft: Erhöhung Anteil an regenerativen Energieträgern zur Stromproduktion, Elektrofahrzeuge als dezentrale Energiespeicher vorstellbar, etc.