Grundlagen und Praxis
E-Book, Deutsch, 224 Seiten
ISBN: 978-3-446-44417-1
Verlag: Carl Hanser
Format: PDF
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)
Dieses Lehrbuch vermittelt die physikalischen und ingenieurtechnischen Grundlagen von Elektromobilen im Vergleich zu Autos mit Verbrennungsmotoren. Für Kernaussagen werden Berechnungsgrundlagen und Simulationen erarbeitet. Der Einfluss von gesetzlichen Vorgaben und die Verzahnung zur Energiewende werden diskutiert. Anhand von auf dem Markt angebotenen Fahrzeugen und einer Kostenrechnung werden die Vor- und Nachteile der Elektrofahrzeuge vorgestellt. Die weiteren Entwicklungen werden mit Chancen und Risiken abgeschätzt.
Durch eine fundierte Darstellung der technischen Grundlagen, des Marktes und der gesellschaftlichen Randbedingungen ergibt sich eine sachliche Gesamtbetrachtung. Dadurch wird abgeleitet, unter welchen Randbedingungen E-Fahrzeuge Sinn machen und wie die künftige Entwicklung aussehen wird.
Aus dem Inhalt:
Überblick Elektrofahrzeuge; Grundlagen Kfz-Antriebe; Baugruppen von Elektroantrieben; Elektromotor; Energiespeicher; Ladeinfrastruktur; Ladekonzepte; Verbrauchsberechnungen; Energiebereitstellung; Umweltbilanz; Gesetzliche Anforderungen; Kostenberechnungen; Markt
Autoren/Hrsg.
Fachgebiete
- Geowissenschaften Geographie | Raumplanung Regional- & Raumplanung Verkehrsplanung, Verkehrspolitik
- Technische Wissenschaften Bauingenieurwesen Verkehrsingenieurwesen, Verkehrsplanung
- Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Elektromotoren
- Technische Wissenschaften Maschinenbau | Werkstoffkunde Maschinenbau Triebwerkstechnik, Energieübertragung
- Wirtschaftswissenschaften Wirtschaftssektoren & Branchen Transport- und Verkehrswirtschaft
- Technische Wissenschaften Energietechnik | Elektrotechnik Alternative und erneuerbare Energien
- Technische Wissenschaften Verkehrstechnik | Transportgewerbe Fahrzeugtechnik
Weitere Infos & Material
1;Vorwort;6
2;Inhalt;8
3;1 Einführung
;14
4;2 Überblick Elektromobile
;18
4.1;2.1 Geschichte und grundsätzliche Bedeutung;18
4.2;2.2 Konstruktive Unterschiede zwischen Elektromobil und herkömmlichem Kraftfahrzeug;19
4.3;2.3 Die Vorteile durch den Elektroantrieb;22
4.4;2.4 Nachteile des Elektroantriebs;24
4.5;2.5 Vorgaben zur CO2-Reduktion als Treiber für die Elektromobilität;25
5;3 Ausführungsformen von Elektrofahrzeugen in der Praxis;27
5.1;3.1 Elektro-Pkw;27
5.1.1;3.1.1 Reine Elektrofahrzeuge, Batterieelektrische Fahrzeuge;27
5.1.2;3.1.2 Elektrofahrzeuge mit Range Extender, Range Extended Electric Vehicle (REEV);29
5.1.3;3.1.3 Hybridfahrzeuge, Hybrid Electric Vehicle (HEV);30
5.1.3.1;3.1.3.1 Mikrohybrid;32
5.1.3.2;3.1.3.2 Mildhybrid;32
5.1.3.3;3.1.3.3 Vollhybrid;32
5.1.3.4;3.1.3.4 Plug-In-Hybride;33
5.1.3.5;3.1.3.5 Antriebsstruktur der Hybride;34
5.1.3.6;3.1.3.6 Hybridsysteme in der Formel 1;36
5.1.3.7;3.1.3.7 Brennstoffzellenfahrzeug;37
5.1.3.8;3.1.3.8 Funktion der Brennstoffzelle;38
5.1.3.9;3.1.3.9 Speicherung des Wasserstoffs im Fahrzeug;39
5.1.3.10;3.1.3.10 Wasserstoffversorgung;39
5.1.3.11;3.1.3.11 Wie wird der Wasserstoff produziert?;40
5.1.3.12;3.1.3.12 Beispiele Brennstoffzellenfahrzeuge;40
5.2;3.2 Elektrobusse;41
5.3;3.3 Elektro-Nutzfahrzeuge;42
5.4;3.4 Elektrofahrräder;43
5.4.1;3.4.1 Bauformen von Elektrofahrrädern;43
5.4.2;3.4.2 Reichweite von Elektrofahrrädern;46
5.5;3.5 Weitere Elektrofahrzeuge;47
5.5.1;3.5.1 Segway;47
5.5.2;3.5.2 Elektro-Motorräder;48
5.5.3;3.5.3 Elektro-Flugzeuge;49
6;4 Grundlagen Kfz-Antriebe
;50
6.1;4.1 Übersicht Antriebe;50
6.2;4.2 Verbrennungsmotor;50
6.2.1;4.2.1 Funktion Viertaktmotor;51
6.2.2;4.2.2 Leistung, Drehmoment und Verbrauch des Verbrennungsmotors;53
6.2.2.1;4.2.2.1 Energiebilanz und Berechnung des Wirkungsgrads aus dem spezifischen Verbrauch;55
6.2.2.2;4.2.2.2 Lastanhebung bei Hybridfahrzeugen;56
6.2.2.3;4.2.2.3 Berechnung der Motorleistung im Verbrauchskennfeld;58
7;5 Elektrifizierter Antriebsstrang;59
7.1;5.1 Elektromotor;59
7.1.1;5.1.1 Anforderungen;59
7.1.2;5.1.2 Kurzbeschreibung Elektromotoren;60
7.1.3;5.1.3 Gleichstrommotor;60
7.1.4;5.1.4 Drehstrommotor;62
7.1.5;5.1.5 Betrieb von Drehstrommotoren in Elektrokraftfahrzeugen;65
7.1.6;5.1.6 Leistung und Drehzahl-Drehmomentverhalten der Elektroantriebe;67
7.1.7;5.1.7 Berechnungsgrundlagen für den Pkw-Elektroantrieb;69
7.1.7.1;5.1.7.1 Leistung des Antriebs und Leistung des Gesamtfahrzeugs;70
7.1.7.2;5.1.7.2 Zusammenhang Fahrzeuggeschwindigkeit und Motordrehzahl;71
7.1.7.3;5.1.7.3 Ermittlung der notwendigen Getriebeübersetzung;72
7.1.7.4;5.1.7.4 Berechnung der Antriebskraft des Fahrzeugs aus dem Drehmoment
des Motors;73
7.1.7.5;5.1.7.5 Berechnung der Beschleunigung aus der Antriebskraft;75
7.2;5.2 Energiespeicher Akku;76
7.2.1;5.2.1 Grundlagen und Begriffe;76
7.2.2;5.2.2 Basiszelle Lithium-Ionen-Akku;77
7.2.3;5.2.3 Li-Ionen-Akku als Fahrzeugakku;79
7.2.3.1;5.2.3.1 Akkukapazität und Reichweite von Elektrofahrzeugen;82
7.2.3.2;5.2.3.2 Die Lebensdauer von Fahrzeugakkus;83
7.2.3.3;5.2.3.3 Das Batterie-Management-System, BMS;84
7.2.3.4;5.2.3.4 Sicherheit der Fahrzeugakkus;85
7.2.4;5.2.4 Hersteller;86
7.2.5;5.2.5 Ausblick Weiterentwicklung Akkus;86
7.3;5.3 Leistungselektronik, Inverter;87
8;6 Laden und Ladeinfrastruktur;89
8.1;6.1 Grundlagen Akkuladen;89
8.1.1;6.1.1 Die Laderate;89
8.1.2;6.1.2 Kapazität des Akkus;90
8.1.2.1;6.1.2.1 Kapazität in Amperestunden (Ah);90
8.1.2.2;6.1.2.2 Kapazität in Wattstunden (Wh) und Wirkungsgrad;90
8.1.3;6.1.3 Anforderungen beim Laden von Lithium-Ionen-Basiszellen;91
8.1.4;6.1.4 Laden von Li-Ionen-Fahrzeugakkus;92
8.2;6.2 Das Laden von Elektrofahrzeugen;93
8.2.1;6.2.1 Ladearten und Lademodi;94
8.2.2;6.2.2 Zusammenhang Ladeleistung/Ladedauer;96
8.2.3;6.2.3 Anschlüsse zum Laden: Steckverbindungen;97
8.2.4;6.2.4 Sicherheit beim Laden;99
8.3;6.3 Entwicklung der Ladeinfrastruktur;99
8.4;6.4 Weiterentwicklung von Ladekonzepten;101
8.4.1;6.4.1 Induktives Laden;101
8.4.2;6.4.2 Wechselakku;102
8.4.3;6.4.3 Intelligentes Laden, Vehicle to Grid;103
8.4.4;6.4.4 Dichte von Ladestationen;104
9;7 Verbrauch und Reichweite von E-Fahrzeugen;105
9.1;7.1 Physikalische Grundlagen;105
9.1.1;7.1.1 Berechnungsgrößen;105
9.1.2;7.1.2 Berechnungsgleichungen für die Beschreibung der Fahrzeugbewegung;106
9.1.3;7.1.3 Energie und Verbrauch;108
9.1.4;7.1.4 Antriebskraft und Fahrwiderstände;109
9.2;7.2 Verbrauchssimulationen;111
9.2.1;7.2.1 Einflussgrößen;111
9.2.2;7.2.2 Leistung und Antriebskraft in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit;112
9.2.3;7.2.3 Fahrwiderstände und Verbrauch;112
9.2.4;7.2.4 Einfluss der Rekuperation auf den Verbrauch;115
9.3;7.3 Verbrauch Elektrofahrzeuge im NEFZ;119
9.3.1;7.3.1 Der NEFZ-Fahrzyklus;119
9.3.2;7.3.2 NEFZ-Verbrauchssimulationen;122
9.3.3;7.3.3 Einfluss von Änderungen ausgewählter Konstruktionsparameter;126
9.3.4;7.3.4 NEFZ-Verbrauch bei Plug-In-Hybriden;128
9.3.5;7.3.5 Elektrische Reichweite (NEFZ);131
9.3.6;7.3.6 Einfluss von Zusatzverbrauchern auf die Reichweite;132
9.3.6.1;7.3.6.1 Reichweitenverluste durch Heizen und Kühlen;132
9.3.6.2;7.3.6.2 Verbesserungsansätze für Heizung und Klimatisierung;134
9.3.7;7.3.7 Alternative Messzyklen und Übertragbarkeit der NEFZ-Messwerte auf reale Fahrsituationen;135
9.4;7.4 Schlussfolgerungen aus den Verbrauchsermittlungen;137
10;8 Strom für die Elektrofahrzeuge;138
10.1;8.1 Energieerzeugung;138
10.1.1;8.1.1 Primärenergiequellen;138
10.1.2;8.1.2 Der Strommix Deutschland;139
10.1.3;8.1.3 Erneuerbare Energien;142
10.1.3.1;8.1.3.1 Strom aus Photovoltaik-Anlagen;144
10.1.3.2;8.1.3.2 Windenergie;146
10.1.3.3;8.1.3.3 Strom aus Biomasse;148
10.1.3.4;8.1.3.4 Wasserkraft;150
10.2;8.2 Speicherung von Strom;151
10.2.1;8.2.1 Speichertechnologien;152
10.2.2;8.2.2 Beschreibung wichtiger Stromspeicher;153
10.2.2.1;8.2.2.1 Akkumulatoren;153
10.2.2.2;8.2.2.2 Pumpspeicherwerke;154
10.2.2.3;8.2.2.3 Erdgasspeicher;155
10.2.2.4;8.2.2.4 Power-to-Gas;156
11;9 Umweltbilanz von Elektrofahrzeugen;160
11.1;9.1 Beurteilungsmöglichkeiten für eine Umweltbilanz;160
11.2;9.2 Herstellungs- und Verwertungsphase der E-Fahrzeuge;162
11.3;9.3 Nutzungsphase;162
11.3.1;9.3.1 Lärm;163
11.3.2;9.3.2 Luftschadstoffe;163
11.3.3;9.3.3 CO2-Ausstoß als Maß für die Klimaschädlichkeit des Autoverkehrs;164
11.4;9.4 Ökobilanz der Mercedes-Benz-B-Klasse Electric Drive;166
12;10 Markt
;168
12.1;10.1 Kostenvergleich Elektroautos - konventionelle Fahrzeuge;168
12.1.1;10.1.1 Anzusetzende Kosten;168
12.1.2;10.1.2 Vergleichsrechnung Elektrofahrzeug/Verbrennungsmotor-Fahrzeug;169
12.2;10.2 Angebot an Elektrofahrzeugen und Verbreitung;172
12.2.1;10.2.1 Verbreitung von Elektrofahrzeugen;172
12.2.2;10.2.2 Angebote Elektrofahrzeuge;175
12.2.2.1;10.2.2.1 Reine Elektro-Pkw;175
12.2.2.2;10.2.2.2 Plug-In-Hybride;182
12.2.2.3;10.2.2.3 Nutzfahrzeuge;184
12.2.2.4;10.2.2.4 Brennstoffzellenfahrzeuge;186
12.3;10.3 Staatliche Förderung;186
12.4;10.4 Schlussfolgerungen Markt;188
13;11 Mobilitätskonzepte mit Elektrofahrzeugen;189
13.1;11.1 Carsharing;189
13.1.1;11.1.1 car2go;189
13.1.2;11.1.2 DriveNow;191
13.1.3;11.1.3 Carsharing im ländlichen Raum;191
13.2;11.2 E-Taxis;192
13.3;11.3 Elektrobusse;193
13.4;11.4 Güterverkehr;194
13.4.1;11.4.1 Paketzustellung mit Elektrofahrzeugen;194
13.4.2;11.4.2 Elektro-Lkw;195
14;12 Förderung der Elektromobilität in Deutschland;196
14.1;12.1 Förderbereiche der Bundesministerien und Leuchtturmprojekte;196
14.2;12.2 Schaufenster für Elektromobilität;197
14.3;12.3 NPE-Fortschrittsbericht 2014;198
15;13 Schlussfolgerungen und Gesamtbeurteilung;200
16;14 Workshop Simulation
;202
17;Glossar
;208
18;Verzeichnis Bildquellen
;212
19;Literatur
;214
20;Index
;218
