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Institut für Fahrzeugtechnik

Institut für Fahrzeugtechnik. Alternative Antriebe - Warum ?. Prof. Dr.-Ing. K.-U. Münch Institut für Fahrzeugtechnik Betzdorfer Str. 2, 50679 Köln kai-uwe.muench@fh-koeln.de. Fachhochschule Köln Institut für Fahrzeugtechnik. ca. 18.000 Studenten ca. 450 Professoren

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Presentation Transcript

  1. Institut für Fahrzeugtechnik Alternative Antriebe - Warum ? Prof. Dr.-Ing. K.-U. Münch Institut für Fahrzeugtechnik Betzdorfer Str. 2, 50679 Köln kai-uwe.muench@fh-koeln.de

  2. Fachhochschule KölnInstitut für Fahrzeugtechnik • ca. 18.000 Studenten • ca. 450 Professoren • Fahrzeugtechnik: • 120-140 Neuanfänger jeweils im Wintersemester • 21 Professoren • Numerus Clausus ca. 2,3

  3. KlimadiskussionGlobaler mittlerer Temperaturanstieg Begrenzung des weltweiten Temperaturanstiegs um 2 °C bis 2030 (bezogen auf den absoluten Wert von1990) "Größtenteils beruht der beobachtete Anstieg der globalen mittleren Tempera-turen wahrscheinlich auf dem beobach-teten Anstieg der vom Menschen gemachten Treibhausgas-Emissionen" Quelle: NASA 2005

  4. Klimadiskussion • Dicke Luft • und in den Mega City‘s • Verkehrskollaps Expo in Shanghai: „Wer das Auto retten will, muss es neu erfinden“ Mehr als die Hälfte aller Menschen wohnt in Städten - Tendenz steigend. Schon heute stellen Luftverschmutzung und der drohende Verkehrsinfarkt in den Mega-Citys Stadtplaner vor besondere Herausforderungen. Auf der Expo in Shanghai präsentieren Planer und Autobauer Lösungen für die Verkehrsprobleme der Zukunft IT, Verkehrsplanung, - Lenkung … Lösung: Peking Münch, 6/2010 New York

  5. Bedeutung von Verkehr am Energieverbrauch Endenergie nach Verbrauchergruppen Quelle:. /BINE_BE_7: Energie im Wandel,2000, Abb7, p.3; O-Folie aus bild0700...ptt Anteil des Verkehr nach unter-schiedlichen Quellen ca. 20-30 % Münch, 2/2009

  6. Technologieeinführung„Die Verbrennungskraftmaschine“ Viertakt-Versuchsmotor von 1876, mit ihm begann von Köln aus die „Motorisierung“ der Welt … aber langsam, wie bei jeder neuen Technik ! Münch, 2/2009

  7. Technologieeinführung„Roadmap“ Entwicklung von der Dampfmaschine zum Elektroantrieb Dampf-maschine Verbrennungs-kraftmaschine Elektro-antrieb ??? Jahre 164 Jahre 134 Jahre Erster Verbrennungsmotor 1876 Erster Serien- Elektroantrieb 2010 Erste verwendbareDampfmaschine1712 von T. Newcomen Münch, 2/2009

  8. Zum CO2 freie Fahrzeugantrieb IT Das Spannungsfeld: Münch, 6/2010

  9. Finales Ziel der Antriebsentwicklung Der CO2 freie / neutrale Antrieb heute Auf dem Weg dort hin: Alternative Antriebe Zukunft e- Antrieb Münch 4/2013

  10. e-Antrieb - heute - Reichweite Heute bei ausgeführten Fahrzeugen: 50 – 200 km rein elektrisch Weiter Strecken mit Range Extender (Stromgenerator) Problem des rein elektrischen Antriebs: „Speicherkapazität“ Münch, 6/2010

  11. Speicherkapazität: . Quelle: AVL ,2010 ca. 40 x geringer Speicher-kapazität im Vgl. zu Ottokraft-stoff Li-Luft Akkumulatoren sind noch im Forschungs-/ Vorausentwicklungsstadium Verfügbarkeit voraussichtlich erst in 10-20 Jahren ! Münch, 6/2010

  12. Reichweite e - Antrieb • Reichweitenproblem zukünftig z.B. mit Li-Luft Akkumulatoren gelöst • Verfügbarkeit aber heute nicht gegeben • „Plug in Hybrid“ als Übergangslösung • Reichweiten 50-200 km für städtische Mobilität ausreichen • Weiter Strecken mit Range Extender Münch, 6/2010

  13. AusgeführteBeispiele: Quelle: Auto Bild 5/2010 Münch, 6/2010

  14. Ausgesuchte Beispiele GOLF Blue-E-Motion 85 kW E-Motor, max. Dreh. 270 Nm Lithium-Ionen-Batterie mit 26,5 kWh 0-100 km/h in 11,8 s Spitze: 135 km/h Reichweite je nach Fahrweitebis zu 150 Kilometer Gewicht: 1.545 Kilogramm, SOP 1/2014 e - up 55 PS , max. Dreh. 210 Nm Lithium-Ion.-Batt. mit 26,5 kWh 0-100 km/h: 14 s Spitze 135 km/h Reichweite: ca. 150 km Preis ca. 22.500 Euro SOP 9/2013 Münch 4/2013

  15. . BMW i3 Leistung: 125/170 kW/PS Drehmoment: 250 Nm Batterie: Lithium-Ionen-Akkus Kapazität: ? kWh Heckantrieb Spitze: 150 km/h 0 - 100 km/h: 7,9 s Reichweite: 130 bis 160 km (FTP72 Fahrzyklus: 225 km) Preis: ca. 40.000 € SOP: Herbst 2013 In Kürze: Sportwagen BMW i8 Plug-in Hybrid Münch 4/2013

  16. . Renault Kangoo Maxi Z.E. 44 kW, max. Drehmoment 226 Nm Spitze: 130 km/h Beschl. 0-100 km/h: 22,4 s Getriebe1-Gang-Untersetzungsgetriebe, Frontantrieb Länge 4597 mm, Breite 1829 mm, Höhe 1836 mm, Gewicht 1628 kg, max. Zuladung 632kg Preis 26 180 € + Batterieleasing seit Ende 2012 auf dem Markt Münch 4/2013

  17. ÜbersichtAlternative Antriebe konventionell (Batterie) e - Antrieb Brennstoffzelle (H2) RME  Dieselmotor Alternative Kraftstoffe E85 (Ethanol- Anteil)  Ottomotor CO2 frei bzw. neutral LPG „Autogas“ Popangas konv. Ottomotor Gas- Antrieb CNG „Erdgas“ Hochdruck energieeffizient Paralleler Hybrid SynergieVerbr.-Motor/ e-Motor Hybrid Antriebe Serieller Hybrid Münch 4/2013

  18. GasantriebLPG – Autogas (Propan- /Butangas) • „Flüssiggas“, da bei Umgebungstemperatur und > 8 bar flüssig • hohe Energiedichte kleines Speichervolumen notwendig (zusätzlicher Tank in der Reserveradmulde, 30 l – 90 l)  konventionelle Fahrzeuge mit Ottomotor umrüstbar  bivalenter Betrieb möglich (hohe Reichweite) LPG nicht bei DI-Otto einsetzbar !  Relativ geringe Umrüstkosten (ca. 1500,- € - 3500,- €)

  19. GasantriebLPG – Autogas (Propan- /Butangas) . • Interessante Fakten über LPG • Autogasfahrzeuge werden noch bis etwa zum 31. Dezember 2018 steuerlich begünstigt • Der Einsatz von LPG senkt die Verbrauchskosten um etwa 45% • CO2 - Ausstoß um etwa 15% gegenüber einer üblichen Benzinverbrennung reduziert

  20. GasantriebCNG – Compressed Natural Gas (Erdgas) Mit Erdgas fahren und sparen Mit einem Erdgasfahrzeug sparen Sie im Vergleich zu einem Benzinfahrzeug bis zu 50% Kraftstoffkosten, im Vergleich zu Dieselfahrzeugen sind es immerhin noch 30%. Die Umrechnung auf Basis des Energiegehalts zeigt, wie günstig Erdgas wirklich ist:   Quelle: Rhenag Münch 4/2013

  21. GasantriebCNG – Compressed Natural Gas (Erdgas) Steuervorteil: Bis mindestens 2018 ist ein günstiger Mineralölsteuersatz für Erdgas als Kraftstoff festgeschrieben. Die Steuerreform gilt nur für Neuwagen, die ab dem 01. Juli 2009 zugelassen wurden. Beispiel: Ein erdgasbetriebener VW Passat 1.4 TSI EcoFuel, der nur 119 g/km ausstößt, bleibt unterhalb der CO2 Freigrenze, der CO2-Anteil ist damit kostenfrei. Hinzu kommt die Hubraum-Komponente, die bei Erdgasfahrzeugen wie bei Benzinern 2 € je angefangene 100 cm3 Hubraum kostet, beim Diesel sind es je 100 cm3 9,50 €. Für den Passat TSI EcoFuel mit 1,4-Liter-Motor ergeben sich unterm Strich 28 Euro Steuern. Die CO2-Steuer eines vergleichbaren VW Passat mit Benzinmotor kostet 186 Euro, beim vergleichbaren Passat-Dieselmodell 266 Euro. Quelle: Rhenag Münch 4/2013

  22. GasantriebCNG – Compressed Natural Gas (Erdgas) Ausschnitt in Deutschland erhältliche Erdgasfahrzeuge:- Fiat Doblò 1.4 T-Jet 16V Natural Power- Fiat Fiorino 1.4 8V Natural Power- Fiat Panda Panda 1.4 8V Natural Power- Fiat Punto Evo 1.4 8V Natural Power- Fiat Qubo 1.4 8V Natural Power- Mercedes B 180 NGT- Mercedes E 200 NGT- Opel Combo 1.6 CNG ecoFLEX- Opel Zafira 1.6 CNG ecoFLEX Turbo- VW Caddy 2.0 EcoFuel- VW Caddy 2.0 Maxi EcoFuel- VW Caddy Tramper 2.0 EcoFuel- VW Passat 1.4 TSI EcoFuel- VW Passat Variant 1.4 TSI EcoFuel- VW Touran 1.4 TSI EcoFuel- VW Touran Cross 1.4 TSI EcoFuel- VW T5 2.0 BiFuel Münch 4/2013

  23. GasantriebCNG – Compressed Natural Gas (Erdgas) Technik: CNG (monovalent) • Ottomotor auch DI • 10 l Benzin Reservetank  Reichweite: Gas: ca. 350-400 km + Benzin 100-150 km • HochdruckspeicherBislang kommen im Druckbereich bis 20 MPa hauptsächlich schwere Stahlbehälter wegen der niedrigen Preise zur Anwendung. Doch es ist eine Tendenz hin zu Behältern mit Composite-Umwicklung, einem Werkstoffverbund aus Kohlefaser und Duroplast, erkennbar, um Gewicht einzusparen. Dieser Behältertyp soll Arbeitsdrücke von 70 MPa und höher ermöglichen. Münch 4/2013

  24. GasantriebCNG – Compressed Natural Gas (Erdgas) Tankstellennetz 2013: Rund 1.200 Anbietern von Erdgas in der Bundesrepublik Deutschland z.B. 7 Anbieter z.B. in Köln 1 Anbieter in Bonn 1 Anbieter in Siegburg www.erdgas-mobil.de Münch 4/2013

  25. ÜbersichtAlternative Antriebe konventionell (Batterie) e - Antrieb Brennstoffzelle (H2) RME  Dieselmotor Alternative Kraftstoffe E85 (Ethanol- Anteil)  Ottomotor CO2 frei bzw. neutral LPG „Autogas“ Popangas konv. Ottomotor Gas- Antrieb CNG „Erdgas“ Hochdruck energieeffizient Paralleler Hybrid SynergieVerbr.-Motor/ e-Motor Hybrid Antriebe Serieller Hybrid Münch 4/2013

  26. Hybride AntriebeSeriell Verbrennungs-motor Generator Akku E-Motoren Tank • Modulares Antriebssystem • 1. Stufe • Verbrennungsmotor • Generator • 2. Stufe • Brennstoffzelle • H2 oder CH4 Alternativ: Reiner E-Betrieb mit Akkus Brennstoffzelle Lokal CO2 frei ! Münch 4/2013

  27. Hybride AntriebeSeriell (Plug in) Beispiel: Opel Ampera Elektromotor vorne, quer (111 kW/150 PS) Leistung: 111 kW oder 150 PS Max. Drehmoment: 370 Nm 1,4-L - Benzinmotor als Stromgenerator (Range Extender) Vorderradantrieb Antrieb: 1,4-L-Benzinmotor (63 kW/86 PS) Range Extender: Generator (54 kW) Kapazität: 16 kWh Lithium-Ion.-Batt. Spitzengeschwindigkeit 161 km/h Gewicht: 1.732 kg Reichweite: elektrisch 40-80 km, mit R.E. 500 km Preis: ca. 40.000 € Münch 4/2013

  28. Hybride AntriebeSeriell Twin Drive - Volkswagen: SOP: Anfang 2014 Münch 4/2013

  29. Hybride AntriebeTwin Drive (Plug in) - Funktion Münch 4/2013

  30. Hybride AntriebeParallel Quelle: Green-Motor.de Münch 4/2013

  31. Hybride AntriebeParalell (Plug in) Bei einer Geschwindigkeit von max. 85 km/h. Gewichtete kombinierte Werte nach EU-Messverfahren: Kraftstoffverbrauch: 2,1 l/100 km, CO2 Emission: 49 g/km, Elektrischer Energieverbrauch: 5,2 kWh/100km Vom Toyota Prius gibt es neu eine XL-Version und damit das erste Hybridfahrzeug mit 7 Plätzen Münch 4/2013

  32. Hybride Antriebe Parallel: Verbrennungsmotor / Druckluft System: Bosch/Rexroth Quelle: PSA Münch 4/2013

  33. Hybride AntriebeVorteile des Systems • Niedrige Kosten und geringes Gewicht – es sind nur zwei Druckluftbehälter und einige Steuerelemente erforderlich • Hohe Leistungsdichte • Effiziente Umwandlung kinetischer Energie in Druckluft-Energie • Extrem schnelle Ladung und Freigabe gespeicherter Energie • Fahrzeuge wie der Citroën C3 oder Peugeot 208 sollen mit HybridAir nur 2,8 Liter/100 km verbrauchen und 69g CO2/ km emittieren • Bis zu 45 Prozent weniger Verbrauch im Stadtverkehr laut PSA Peugeot Citroën • Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterie oder anderen Batteriearten fallen bei der Herstellung weniger Emissionen an Ersatzinvesti-tionen bedürfen geringeren finanziellen Mitteln Münch 4/2013

  34. Hybride AntriebeMeine Vorschläge - mittelfristige Lösungen • Kombination: • Kleiner Dieselmotor mit HybridAir:Geringer Verbrauch auf der Langstrecke 3 - 4 l/ 100kmGeringer Verbrauch in der Stadt < 3 I/ 100 km • Erdgasantrieb (400-600 bar Speicherdruck, heute 200 bar) mit HybridAir:Etwas geringerer Verbrauch auf Langstrecken 5 - 6 l/ 100 kmGeringer Verbrauch in der Stadt < 4 Liter (bezogen auf Benzin) Langfristig:e- Antrieb Münch 4/2013

  35. Alternative AntriebeKeine „Patentlösung“ Zukunft beginnt schon heute und hört nicht 2020 auf ! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ! Münch 4/2013

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