Technische Potenzialanalyse der Elektromobilität : Stand der Technik, Forschungsausblick und Projektion auf das Jahr 2025

Andreas Füßel geht auf Basis relevanter Kundennutzenparameter und aktueller Forschungs- und Entwicklungsprojekte der Fragestellung nach, ob batterieelektrische Fahrzeuge bis zum Jahr 2025 die Verbrenner-Fahrzeuge technisch ein- oder sogar überholen werden. Am Beispiel vergleichbarer Fahrzeugmodelle projiziert er eine mögliche Weiterentwicklung der beiden Technologien und stellt sie anschaulich und detailliert gegenüber. Potenziellen Käufern batterieelektrischer Fahrzeuge sind die derzeit prägnantesten Nachteile gegenüber vergleichbaren Verbrenner-Fahrzeugen bewusst - geringe Reichweite, zeitaufwändiges Nachladen und der hohe Verkaufspreis stehen am häufigsten in der Kritik. Diese Nachteile werden sicherlich lösungsorientiert in den nächsten Jahren im Fokus der Forschung und Entwicklung stehen. Der Inhalt Grundlagen der Elektromobilität Unterscheidung von Effektkriterien und technischen BewertungskriterienVergleich und Entwicklungspotenziale bis zum Jahr 2025 am Beispiel des VW Golf Die Zielgruppen Dozierende und Studierende der Fahrzeugtechnik, insbesondere mit Schwerpunkt Elektromobilität Praktikerinnen und Praktiker aus Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen mit Bezug zur Elektromobilität Der Autor Andreas Füßel (M.Eng.) ist seit Jahren beruflich sowie akademisch im Bereich innovativer Mobilitätslösungen tätig. Aktuell ist er am Aufbau einer flächendeckenden Wasserstoff-Tankstellen-Infrastruktur planend beteiligt Inhaltsverzeichnis 5 Abkürzungsverzeichnis 8 Abbildungsverzeichnis 10 Tabellenverzeichnis 12 Formelverzeichnis 14 1 Einleitung 15 1.1 Problemstellung 15 1.2 Zielsetzung 16 1.3 Thematische Abgrenzung 16 1.4 Methodik zur Erlangung der Ergebnisse 17 2 Theoretische Grundlagen 20 2.1 Elektromobilität Allgemein 20 2.2 Effektkriterien von PKW 24 2.3 Technische Bewertungskriterien der Elektromobilität 24 2.4 Analysemethoden der Statistik 25 2.5 Formeln zur Berechnung diverser Größen der Fahrperformance 26 2.6 Neuer Europäischer Fahrzyklus (NEFZ) 27 3 Vergleich der aktuellen BEV- und ICE-Technologie 28 3.1 Auswahl der technischen Effekt- und Bewertungskriterien 28 3.2 Wechselwirkungen zwischen den technischen Effekt- und Bewertungskriterien 29 3.3 Referenzfahrzeuge 31 3.4 Stand der Technik: Vergleich der Effektkriterien aktueller Technologie 32 3.5 Gegenüberstellung der Effektkriterien der ICE- und BEV-Referenzfahrzeuge 44 3.6 Zusammenfassung der aktuellen BEV- und ICE-Technologien 46 4 Entwicklungspotenzial technischer Kriterien der BEV-Technologie 47 4.1 Energiespeichersystem 47 4.1.1 Grundlagen und Vergleich aktueller Energiespeichersysteme 48 4.1.2 Stand der Technik: Lithium-Ionen-Technologie 52 4.1.3 Forschung und Entwicklung zur Verbesserung der Lithium-Ionen- Technologie 56 4.1.4 Zukunftstechnologien 69 4.2 Antriebsstrang 74 4.2.1 Aufgaben der Komponenten 75 4.2.2 Elektromotoren 76 4.2.3 Forschung und Entwicklung zur Verbesserung der Antriebsstrang- Komponenten 81 4.2.4 Neue Antriebsstrang-Konzepte 85 4.3 Gewichtsreduzierung 89 4.4 Zusammenfassung des Entwicklungspotenzials technischer Kriterien und Ausblick 91 5 Entwicklungspotenzial der Effektkriterien der ICE- und BEV-Technologien 95 5.1 Vorgehensweise bei der ICE-Technologie 95 5.1.1 Auswahl der Fahrzeugmodelle für die Untersuchung 96 5.1.2 Regressionsanalyse und Prognose von Zukunftswerten 96 5.1.3 Manuelle Anpassung der Prognosen 97 5.1.4 Erläuterungen zu den Diagrammen bezüglich des technischen Entwicklungspotenzials 99 5.2 Vorgehensweise bei der BEV-Technologie 99 5.3 Einzelheiten der Effektkriterien 100 5.3.1 Reichweite 100 5.3.2 Reichweitenreduzierung im Winter 104 5.3.3 Betankungsdauer 105 5.3.4 Verkaufspreis 106 5.3.5 Höchstgeschwindigkeit 109 5.3.6 Lebensdauer 111 5.3.7 Beschleunigung 113 5.3.8 maximal zulässige Zuladung 116 5.3.9 Kofferraumvolumen 118 5.3.10 Innengeräusch 121 5.3.11 Sicherheit 122 5.3.12 CO2-Emissionen 124 5.4 Gegenüberstellung und Zusammenfassung der Potenziale der ICE- und BEV-Technologie 125 5.5 Kritische Würdigung der Ergebnisse 132 6 Zusammenfassung und Ausblick 134 Literaturverzeichnis 139 Anhang 152 Andreas Füßel geht auf Basis relevanter Kundennutzenparameter und aktueller Forschungs- und Entwicklungsprojekte der Fragestellung nach, ob batterieelektrische Fahrzeuge bis zum Jahr 2025 die Verbrenner-Fahrzeuge technisch ein- oder sogar überholen werden. Am Beispiel vergleichbarer Fahrzeugmodelle projiziert er eine mögliche Weiterentwicklung der beiden Technologien und stellt sie anschaulich und detailliert gegenüber. Potenziellen Käufern batterieelektrischer Fahrzeuge sind die derzeit prägnantesten Nachteile gegenüber vergleichbaren Verbrenner-Fahrzeugen bewusst - geringe Reichweite, zeitaufwändiges Nachladen und der hohe Verkaufspreis stehen am häufigsten in der Kritik. Diese Nachteile werden sicherlich lösungsorientiert in den nächsten Jahren im Fokus der Forschung und Entwicklung stehen. Der Inhalt Grundlagen der Elektromobilität Unterscheidung von Effektkriterien und technischen BewertungskriterienVergleich und Entwicklungspotenziale bis zum Jahr 2025 am Beispiel des VW Golf Die Zielgruppen Dozierende und Studierende der Fahrzeugtechnik, insbesondere mit Schwerpunkt Elektromobilität Praktikerinnen und Praktiker aus Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen mit Bezug zur Elektromobilität Der Autor Andreas Füßel (M. Eng.) ist seit Jahren beruflich sowie akademisch im Bereich innovativer Mobilitätslösungen tätig. Aktuell ist er am Aufbau einer flächendeckenden Wasserstoff-Tankstellen-Infrastruktur planend beteiligt Front Matter....Pages I-XV Einleitung....Pages 1-5 Theoretische Grundlagen....Pages 7-14 Vergleich der aktuellen BEV- und ICE-Technologie....Pages 15-33 Entwicklungspotenzial technischer Kriterien der BEV-Technologie....Pages 35-82 Entwicklungspotenzial der Effektkriterien der ICE- und BEV-Technologien....Pages 83-121 Zusammenfassung und Ausblick....Pages 123-127 Back Matter....Pages 129-144 Andreas Fussel geht auf Basis relevanter Kundennutzenparameter und aktueller Forschungs- und Entwicklungsprojekte der Fragestellung nach, ob batterieelektrische Fahrzeuge bis zum Jahr 2025 die Verbrenner-Fahrzeuge technisch ein- oder sogar uberholen werden.