Sonntag, 8. Juni 2008 13:12
Es ging wie ein Lauffeuer durch die Presse: Der Autoriese General Motors baut den `Chevrolet Volt` in Serie und schmeisst Produktlinien wie den “Hummer” raus.
Doch was ist der Chevrolet Volt für ein Auto? Hybridautos kennen wir ja schon, wie z.B. den Toyota Prius.
Hybrid ist nicht gleich Hybrid!
Es gibt einen grundsätzlichen Unterschied zwischen einem Prius (Parallelhybrid) und einem Chevy Volt (serieller PlugIn-Hybrid):
- Beim Parallelhybrid teilen sich der Elektromotor und der Verbrennungsmotor den Antrieb der Räder. Er bezieht seine Energie, wenn auch etwas effektiver, immer noch ausschliesslich aus Sprit. Der Aufbau ist sehr komplex.
- Ein serieller PlugIn-Hybrid ist ein Elektroauto mit bis zu 100 km rein elektrischer Reichweite und einem Reichweitenvergrößerer in Form eines Generators (künftiges Kürzel: E-REV, Extended Range Electric Vehicle)
Elektroautos
Reine Elektroautos hatten in der Vergangenheit immer wieder mit folgenden Problemen und Vorurteilen zu kämpfen:
- “zu langsam”
- geringe Reichweite
- lange Ladezeiten
- “Pappschachtel”-Bau
In den letzten Jahren hat sich jedoch die Akkutechnologie durch eine Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technologie rasant weiterentwickelt und ist nun an einem Punkt angekommen, bei dem Großbatterien im Kapazitätsbereich von bis zu 50 kWh in Autos eingebaut werden können. Mit “explodierenden Handyakkus” hat die heutige Akkutechnologie für Fahrzeuge nichts mehr zu tun.
Warum elektrisch fahren?
Der elektrische Antrieb geht weitaus effizienter mit der an Bord gespeicherten Energie um.
- Ein Elektromotor hat über 85% Wirkungsgrad. Ein Verbrennungsmotor unter optimalen Bedingungen höchstens 35%, im Stadtverkehr gar unter 10%.
- Beim Bergabfahren und Bremsen wird ein Teil der Energie verbrauchten Energie wieder in die Akkus zurückgeladen. Beim Verbrennungsmotorantrieb verpufft die Bremsenergie sinnlos als Wärme in glühenden Bremsscheiben.
- Der Antrieb ist emissionsfrei
Was ist ein serieller PlugIn-Hybrid (E-REV)?
Ein E-REV ist ein elektrisch angetriebenes Auto. Es besitzt Elektromotoren zum Antrieb der Räder, eine Steuerung und Lithium-Ionen Akkus als Energiespeicher, mit einer Kapazität um 20 kWh (Beim Volt sind es 16 kWh).
Der elektrische Antrieb hat eine Leistung vergleichbar mit heutigen Verbrennungsmotoren, beim Volt sind das z.B. um die 100 kW (136 PS). Der Chevrolet Volt kommt damit gut 60 km weit. Will man weiter fahren, wird die Batterie durch den Motorgenerator nachgeladen. Dieser hat beim Volt eine Nennleistung von 52 kW und lädt die Batterie mit einer geschätzten Dauerleistung von 20-30 kW konstant nach. Dieser Motorgenerator läuft als Verbrennungsmotor immer mit einer konstanten Drehzahl und immer im optimalen Lastpunkt (höchster Wirkungsgrad), unabhängig davon, ob das Auto steht, sich im Stadtverkehr bewegt oder auf der Autobahn fährt. Die benötigten Leistungsspitzen liefert die Batterie als Energiepuffer den 100kW-Antriebsmotoren. Die Generatorleistung muss also nur knapp über dem Durchschnittsverbrauch des Autos liegen, der bei ca. 15-20 kWh/100 km liegt. Ein sehr sinnvolles und einsichtiges Konzept. Heutzutage schleppen wir unnötigerweise viel Leistungsreserven in Form eines Verbrennungsmotors im Auto herum, die wir höchstens für Beschleunigungsvorgänge brauchen.
Wie das alles funktioniert, wird hier schön erklärt.
Vorzüge eines seriellen PlugIn-Hybrids (E-REV):
E-REVs wie der Chevrolet Volt räumen folgende Restprobleme des elektrischen Antriebs aus der Welt:
- Problem geringer Reichweite: Der Volt fährt täglich gut 60 km elektrisch, für längere Strecken tankt man das Fahrzeug mit Sprit für den Generator – für praktisch bis 1000 km.
- Problem langer Ladezeiten: Das Auto wird nachts in Ruhe geladen, für tägliche 60 km am nächsten Morgen, über die ganz normale 220V/16A-Steckdose. Lange Ladezeiten interessieren dann nicht mehr.
- Problem Infrastruktur: Der Volt kann mit der bestehenden Infrastruktur problemlos betrieben werden (Haushaltssteckdose/Tankstellen). Ansätze wie Starkstromladestationen oder Batteriewechselsysteme braucht man nicht mehr.
- Problem Gesamtgewicht: Der 16 kWh-Batterieblock des Volt wiegt ca. 150 kg. Der Motorgenerator ist klein und kompakt.
- Problem Versorgung mit elektrischer Energie: Da die Energieversorgung mit elektrischer Energie nachts geschieht, muss entgegen allen Unkenrufen zum Trotz kein einziges Kraftwerk neu gebaut werden. Im Gegenteil: der bestehende Kraftwerkspark wird besser augelastet. Der Mehrenergieverbrauch betrüge übrigens nur 15%, selbst wenn ALLE(!) Autos in Deutschland auf allen Kilometern elektrisch fahren würden. Ergo ist in der Praxis der Mehrenergieverbrauch minimal, denn alle Autos werden sicher nicht aufs Mal umgerüstet.
- Problem der Abhängigkeit von Primärenergie: Der Kunde hat endlich die Wahl, auch regenerativen Strom (selbsterzeugt oder aus dem Stromnetz eingekauft) zu laden. Das “Solarauto” wird endlich Realität!
- Problem Verbrennungsmotor: Der Generator lädt die Batterie immer im Betriebsoptimum des Verbrennungsmotors, der ihn antreibt. Auch im Stadtverkehr, wo der mechanisch gekoppelte Verbrennungsmotor mit unter 10% daherkommt. Als Motorgenerator kommen somit auch spezielle Bauformen wie Freikolben-Linear-Generatoren in Frage, welche mit ihrer Kolbenbewegung direkt Strom erzeugen (Wirkungsgrad: bis 50%!). Schöner Nebeneffekt: Ein Freikolbenmotor frisst so gut wie alle Kraftstoffarten.
- Neues Problem “Unsinniges Mitschleppen” des Motorgenerators: Bei E-REV-Konzepten wie dem schweizerischen “Mindset” wird der Motorgenerator einfach daheim in der Garage abgestellt, wenn man ihn sicher nicht braucht.
Fazit:
- Ein Pendler mit ca. 60 km Wegstrecke und längeren Urlaubsfahrten kann sein Auto übers Jahr fast ausschliesslich elektrisch fahren und weit über 90% fossilen Sprit sparen.
- Investitionsschutz für den Automobilhersteller: Ein auf dem E-Flex-System des Volt aufgebautes Fahrzeugkonzept wird in seinen Grundlagen nicht mehr verändert. Werden beispielsweise DMFC/SOFC-Brennstoffzellen oder die von Automobilherstellern so geliebte, aber leider noch unerschwingliche Wasserstoffbrennstoffzelle als Stromgenerator erschwinglich, wird der Motorgenerator einfach durch diese ersetzt. Das Generatormodul wird ausgetauscht, der Rest des Fahrzeugaufbaus bleibt gleich!
Wann kann ich einen E-REV kaufen?
Die meisten E-REVs sind derzeit an der Schwelle zur Serie, mit einer breiten Markteinführung wird bis 2010 gerechnet.
Hier eine Auswahl:
General Motors/Chevrolet Volt – http://www.gm-volt.com
Aptera Typ-1 h – http://www.aptera.com
Mindset – http://www.mindset.ch
Venture One – http://www.flytheroad.com
Seit Sommer letzten Jahres ist der Schweizer Louis Palmer mit seinem “Solartaxi”, einem Elektroauto mit Solarzellen-Anhänger, auf dem Weg um die Welt. Mittlerweile hat er fast 40.000 Fahrkilometer zurückgelegt und auf dem Weg von der Schweiz ostwärts über den Nahen Osten, Indien und China mittlerweile in Kalifornien angelangt, wo er bisher u.a. Tesla Motors besucht hat. Der Weg geht weiter zur Ostküste und zurück nach Europa, wo er das wohl fulminante Finale durch Deutschland, 
DIE PROJEKTIDEE …
Eins ist sicher: Die Automobilindustrie hat viel Geld. Leider zu viel Geld für die falschen Dinge, beispielsweise für das Greenwashing der eigenen Marke mit technisch unsinnigen Produkten.
Ein Excel-Sheet eignet sich zum Herumprobieren und Testen besser als das Ganze von Hand auszurechnen, deswegen habe ich mir die Mühe gemacht, die Berechnungen für den Antriebsvergleich damit abzubilden.
