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Alternative Antriebssysteme

Beitrag des Verbandes der Automobilindustrie, Jahresbericht 2004


Alternative Antriebssysteme

Neben konventionellen Antrieben wie Otto- und Dieselmotor rücken auch alternative Antriebsarten immer wieder ins Blickfeld der Öffentlichkeit. In letzter Zeit hat vor allem der Hybridantrieb verstärkte Beachtung erfahren.

Im Jahre 2002 wurde die ECE-Arbeitsgruppe Luftverunreinigung/Energie (GRPE) beauftragt, die Voraussetzung zur Genehmigung von Fahrzeugen in Hybridtechnik in den einschlägigen Vorschriften zu schaffen. In kurzer Zeit wurde von der ECE-GRPE-Adhoc-Arbeitsgruppe Hybridfahrzeuge Vorschläge zur Ergänzung verschiedener ECE-Regelungen zu Abgas, Motorleistung, Kraftstoffverbrauch und CO2- Emissionen von Pkw und Nutzfahrzeugen vorgelegt, die teilweise bereits der ECE-WP.29 zur Verabschiedung vorliegen. Diese Ergänzungen sollen es auch gestatten, die spezifischen Eigenschaften von Fahrzeugen in Hybridtechnik hinsichtlich Leistung, Emissionen und Verbrauch vergleichend zu bewerten.

Im Vordergrund der Betrachtung stehen dabei Hybridfahrzeuge mit einem konventionellen Antriebsmotor, der mit einem elektrischen Antrieb kombiniert ist (Elektrohybrid). Mit Hilfe des Elektromotors als Generator kann Energie zurückgewonnen und in Batterien gespeichert werden. Diese Energie steht dann über den Elektromotor zusätzlich für den Antrieb zur Verfügung. Bei gleichzeitigem Betrieb des konventionellen und des Elektromotors kann befristet eine insgesamt höhere An-triebsleistung abgerufen werden. Bei rein elektromotorischem Antrieb ist ebenfalls befristet emissionsfreier Betrieb möglich.

Allgemein kann man zwischen Fahrzeugen mit hohem Anteil der Leistung des Elektromotors im Vergleich zur Leistung des konventionellen Antriebsmotors („Voll-Hybrid“) und Fahrzeugen mit relativ niedriger Leistung des Elektromotors („milder Hybrid“) unterscheiden. Beim Voll-Hybrid kann der Elektromotor naturgemäß stärker für Fahraufgaben genutzt werden als beim milden Hybrid. Hingegen ist der Grad der Energie-Rückgewinnung nicht beliebig zu steigern, weil nur die üblichen Fahrzeugverzögerungen im Schiebebetrieb für die Aufladung der Batterien genutzt werden können. Den Mehrbedarf muss der konventionelle Antriebsmotor erbringen.

Den potenziellen Vorteilen der Hybridtechnik steht ein erhöhter Aufwand gegenüber. Die beiden Antriebssysteme konventioneller Verbrennungsmotor und Elektromotor mit Systemsteuerung und besonderen Batterien sind sehr aufwendig und erhöhen nicht nur die Fahrzeugmasse, sondern auch die Kosten eines solchen Fahrzeugs. Durch die Batterietechnik entstehen zusätzliche Betriebskosten.

Maßgebend für den Erfolg von Hybridfahrzeugen wird die Akzeptanz durch den Kunden sein. Der Käufer muss von den Vorteilen der Hybridtechnik im Vergleich zur konventionellen Antriebstechnik überzeugt sein. Hierbei stehen Leistungsverhalten, Energieverbrauch und nicht zuletzt die Kosten (Kaufpreis, Betriebskosten einschließlich Wartung) im Vordergrund.

Immer wieder ist in letzter Zeit von deutlichen Verbrauchsvorteilen des Hybridfahrzeugs zu lesen gewesen. Der Verbrauch hängt jedoch sehr stark von den spezifischen Einsatzbedingungen ab: So kann im Schiebebetrieb Energie zur Ladung der Batterien zurückgewonnen werden, zum Beispiel im Stadtverkehr und bei Überlandverkehr mit einem hohen Anteil an Beschleunigungen und Verzögerungen sowie bei stockendem Verkehr. Der Elektromotor kann in diesen Fällen zusätzlich oder auch allein als Antriebsquelle genutzt werden. Bei gleichmäßiger schneller Fahrt wie auf Autobahnen oder auch an längeren Steigungen erfolgt der Antrieb jedoch im Wesentlichen nur durch den konventionellen Motor. Die Kapazität der Batterien wäre hier schnell erschöpft, so dass der Elektromotor nicht zum Einsatz kommen kann. Unter diesen Betriebsbedingungen weist die Hybridtechnik – auch wegen der höheren Masse des Fahrzeugs – eine ungünstigere Bilanz aus als etwa ein Fahrzeug mit sparsamem Dieselmotor. Der Kraftstoffverbrauch steigt auch, wenn der Verbrennungsmotor zur Aufladung der Batterien herangezogen wird.

In Japan und in den USA werden Hybridfahrzeuge seit einigen Jahren serienmäßig angeboten; seit kurzem auch in Europa. Einige europäische Hersteller haben neu entwickelte Hybridfahrzeuge vorgestellt und deren Produktion in Aussicht gestellt. Auch die deutsche Automobilindustrie hat in den letzten Jahren immer wieder Hybridfahrzeuge unterschiedlicher Bauart selbst angesichts geringer Reaktionen des Marktes entwickelt und damit eindrucksvoll ihre Technik-Kompetenz auch auf diesem Gebiet unterstrichen.

Ein wirtschaftlicher Erfolg von Hybridfahrzeugen in Europa ist aufgrund der komplexen Technik, der relativ hohen Kosten und des sich daraus ergebenden Kundenverhaltens noch nicht abzusehen. Zudem lassen auch die konventionellen Antriebstechniken und zwar Otto- wie Dieselmotor weitere Fortschritte bei Emissionen und Kraftstoffverbrauch erwarten.

Zukünftige Energiestrategien

Im Hinblick auf eine nachhaltige Energiestrategie kommt biogenen und synthetischen Kraftstoffen künftig eine besondere Bedeutung zu. Mit der EG-Richtlinie zur Förderung der Verwendung von Biokraftstoffen oder anderen erneuerbaren Kraftstoffen im Verkehrssektor (2003/30/EG) werden die Mitgliedstaaten aufgefordert, den nationalen Energieverbrauch im Straßenverkehr durch bestimmte Anteile biogene Energieträger zu erbringen.

Im Rahmen dieser Richtlinie hat die Bundesrepublik Deutschland bestimmte biogene Kraftstoffe – teilweise befristet – von der Mineralölsteuer befreit. Damit wurden die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass manche biogenen Kraftstoffe schon heute trotz erhöhter Herstellungskosten im Vergleich zu konventionellen Kraftstoffen aus Erdöl preisgünstiger angeboten werden.

Natürlich müssen diese Kraftstoffe qualitative Mindestanforderungen erfüllen. Mit der EG-Richtlinie über die Kraftstoffqualitäten 93/12/EWG in der Fassung 2000/71/EG wird in Verbindung mit der Norm über die Mindestanforderungen an Ottokraftstoffe DIN EN 228 unter anderem auch der Rahmen der Beimischung mit biogenen Kraftstoffen (zum Beispiel Alkoholen) vorgegeben. Die Norm DIN EN 14 214 gibt die Mindestanforderungen an Biodiesel (Fatty Acid Methyl Esters, FAME) vor. Somit sind die Voraussetzungen der Beimischung von biogenen Kraftstoffen zu Otto- und Dieselkraftstoffen gegeben. Einzelne Mineralölgesellschaften haben angekündigt, schon jetzt FAME zu handelsüblichen Dieselkraftstoffen nach DIN EN 590 bis zu einem Maximalgehalt von 5 Volumenprozent beizumischen. Zudem wird reines Biodiesel auch an speziellen Tankstellen angeboten. Soweit dieser Kraftstoff den Mindestanforderungen nach der DIN EN 14 214 entspricht, kann er in Fahrzeugen, die vom Hersteller hierfür freigegeben sind, eingesetzt werden. Diese Freigabeerklärung ist erforderlich, da sichergestellt sein muss, dass keine Materialunverträglichkeiten im Kraftstoffsystem des Fahrzeugs bestehen und beispielsweise Kunststoffleitungen nicht aufquellen können.

Auch Wasserstoff hat längerfristig eine Perspektive als Kraftstoff für Autos. Auf Einladung des US-Energieministers haben sich am 20. November 2003 in Washington 15 Staaten (Australien, Brasilien, China, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Indien, Island, Italien, Japan, Kanada, Norwegen, Russland, Südkorea, USA) und die EU-Kommission zu einer Internationalen Partnerschaft für die Wasserstoffwirtschaft (IPHE, International Partnership for the Hydrogen Economy) zusammengeschlossen, um gemeinsam den möglichen Einsatz von Wasserstoff als Energieträger und –speicher im Energiemarkt zu untersuchen und zu beschleunigen.

Es werden zwei Komitees eingesetzt: 
1.)  ein politisch ausgerichteter Lenkungsausschuss (unter Leitung des US-Energieministers), 
2.)  ein fachlich orientiertes Umsetzungskomitee, das neben der Erarbeitung des Kooperationsprojekts insbesondere auch für die Einbeziehung der Industrie zuständig ist (die Leitung liegt gemeinsam bei Deutschland und Island).

Um jedoch bereits jetzt schon Fahrzeuge für Betrieb mit Wasserstoff genehmigungsfähig zu machen, hat die ECE-GRPE eine Adhoc-Gruppe Wasserstoff-/Brennstoffzelle eingesetzt, die Entwürfe von ECE-Regelungen für die Genehmigung von Fahrzeugen für die Sicherheitsanforderungen von Fahrzeugen für den Betrieb mit flüssigem Wasserstoff sowie für Fahrzeuge für den Betrieb mit komprimiertem Wasserstoff vorbereitet. Diese Entwürfe liegen bereits der EU zur Verabschiedung gesonderter Richtlinien vor.Die ECE-WP.29 beabsichtigt, entsprechende Globale Technische Regelungen (GTR) für Fahrzeuge mit Wasserstoffbetrieb zu erstellen. Dabei soll neben den allgemeinen Sicherheitsaspekten hinsichtlich der Handhabung von Wasserstoff, den Emissionen und dem Kraftstoffverbrauch auch das Thema Unfallsicherheit, zum Beispiel bei Kollisionen, behandelt werden.

Parallel zu den biogenen Kraftstoffen und zur Wasserstoff-Technologie wird auch weiter der Pfad der synthetischen Kraftstoffe („SynFuel“) zu beschreiten sein.Synthetische Kraftstoffe können beispielsweise aus Erdgas, aber auch aus nachwachsenden Rohstoffen („SunFuel“) gewonnen werden und besitzen einen sehr hohen Reinheitsgrad, was sowohl beim Verbrauch wie auch bei den Emissionen neue Verbesserungspotenziale erschließen würde. Pilotstationen für synthetische Kraftstoffe befinden sich in Deutschland im Aufbau.


Publiziert am: Freitag, 13. Januar 2006 (10528 mal gelesen)
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