Netzintegration von Fahrzeugen mit elektrifizierten ... - JUWEL

5. Trends in der Elektrifizierung des Antriebsstrangs von Fahrzeugen und deren Nutzung
fahrzeuge. Aus Herstellersicht muss dafür vor allem der modulare, individuell optimierte Aufbau
entwickelt und eine sichere und zuverlässige Systemintegration erreicht werden. Daneben
stehen Effizienzsteigerungen im Fokus. Diese betrifft auf der einen Seite die Werkstofftechnik:
der Einsatz von Leichtbauwerkstoffen wie Magnesium, Aluminium und innovativer
Verbundwerkstoffe beschleunigt den Einsatz und die Rentabilität von Leichtbaukonstruktionen.
Auf der anderen Seite steht die Optimierung von Steuerungsprozessen zur Maximierung
der Energieeffizienz im System Speicher-Antrieb-Netz.
Die folgenden Abschnitte befassen sich mit den Möglichkeiten und Grenzen in der Elektrifizierung
des Antriebsstrangs. Ausgegangen wird (1) von der Charakteristik verschiedener
Antriebskonzepte, der Batterie- und Ladetechnik und der Reflektion bedeutender Demonstrationsvorhaben
in Deutschland und (2) einer Nutzeranalyse, die Daten aus der Studie Mobilität
in Deutschland (MiD), Daten des TU-veLOG-Datenloggers und Daten aus Einzelanalysen
miteinander verknüpft. Die Ergebnisse fließen in das entwickelte Energiemodell ein. Es berechnet
den Energiebedarf unterschiedlicher Fahrzeugkonzepte mit elektrifiziertem Antriebsstrang
und ermöglicht dadurch die Auslegung und Dimensionierung des Energiespeichers.
Die Ergebnisse aus dem Fahrzeug-Energiemodell werden hinsichtlich der Verbrauchsberechnung,
der Einflussfaktoren auf den Verbrauch und des möglichen Anteils elektrischen
Fahrens an der Zahl der insgesamt absolvierten Fahrten diskutiert. Abgerundet wird das Kapitel
durch Betrachtungen zum Alterungsverhalten der Batterien.
5.1.1 Antriebskonzepte
Im Rahmen des Projekts NET-ELAN werden drei Fahrzeugausprägungen untersucht: BEV
(Battery Electric Vehicle), REEV (Range Extended Electric Vehicle) und PHEV (Plug-in Hybrid
Electric Vehicle). Der Vollständigkeit halber ist auch das vierte elektrifizierte Antriebskonzept
(HEV – Hybrid Electric Vehicle) aufgeführt. Wegen der fehlenden Verbindung zum
Stromnetz wird es in NET-ELAN nicht betrachtet.
Der Vorteil des Elektroantriebs besteht in den sehr hohen Wirkungsgraden (70–99%). Dies
gilt auch für den Teillastbereich, ist also besonders im Batteriebetrieb von Bedeutung. Im
Gegensatz zum Benzin- oder Dieselantrieb hat der Elektroantrieb weniger mechanische Teile
und ist daher weniger wartungs- und betriebskostenintensiv. Die Drehmomentabgabe
kann unterbrechungsfrei über den gesamten Geschwindigkeitsbereich erfolgen. Daher kann
auf Anfahrsynchronisation oder schaltbare Übersetzung verzichtet werden. Der Elektroantrieb
lässt sich mit einer elektromotorischen Bremse koppeln, so dass beim Bremsen Energie
zurückgewonnen werden kann (Rekuperation). Der Elektromotor gilt mittlerweile als ausgereift.
Das geringere Gewicht und die geringeren Abmessungen des Elektromotors (verglichen
mit einer Verbrennungskraftmaschine) bieten Vorteile bei dessen Positionierung (z.B. als
Radnabenmotor). Demgegenüber stehen die hohe Masse und große Abmessung der Batterie,
die mit einer großen Bauraumnutzung und einer eng begrenzten maximalen Reichweite
einhergehen.
In der elektrischen Traktion müssen die Antriebskomponenten hoch ausgenutzt werden, um
Gewicht, Volumen und Herstellungskosten zu minimieren. Dafür sind Drehfeldmaschinen gut
geeignet. Durch die Steuerungsmöglichkeiten der Leistungselektronik lassen sich die Be-
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