Rising fuel prices and falling oil reserves necessitate the development and deployment of alternative automotive propulsion systems. The most promising of these are electric drives, facing just one major problem: the low energy density of currently available batteries entails a substantially reduced range which crucially determines the technology's market acceptance. At the same time, efforts to expedite the recharging process are constrained by the subsequent early ageing of batteries due to their limited energy flux density. These factors lead to the demand for a battery change system for automotive applications. The paper discusses parameters that determine the design, scale, potential and technical feasibility of such a system, with regard to different types of batteries and varying degree of automation. Based on this data, a sample battery change station is laid out and assessed. The study presents existing projects and investigates their strengths and weaknesses. Also, a summary is given to which political incentives shape the demand for electric vehicles. Eventually, the paper outlines the future of the market and provides suggestions for further development.
Inhaltsverzeichnis
1 Grundlagen
2 Das Konzept
2.1 Anbringung am Fahrzeug
2.2 Batterielager und Ladestation
2.3 Wechselmechanik
2.4 Die Batterie
2.4.1 Lithium-Ionen-Batterie
2.4.2 Lithium-Metall-Polymer-Batterie
2.4.3 Zink-Luft-Batterie
2.4.4 Zebra-Batterie
3 Der Markt
3.1 Nachfrage
3.1.1 Deutschland
3.1.2 Europa
3.1.3 Welt
3.2 Angebot
3.2.1 Alternative Antriebe
3.2.2 Vorhandene Systeme
3.2.2.1 Better Place
3.2.2.2 Kitto’s E-Mobilität
3.2.2.3 Carbike
3.2.2.4 Sonstige
3.2.3 Kommende Systeme
4 Ausblick
5 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Diese Studienarbeit untersucht die technischen Komponenten und die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen, die notwendig sind, damit sich Batteriewechselsysteme für Elektroautos als marktfähige Lösung für Langstrecken etablieren können.
- Anforderungen an die Anbringung und Wechselmechanik von Batterien in Elektrofahrzeugen
- Analyse der globalen Nachfrage und staatlicher Förderprogramme für Elektromobilität
- Bewertung verschiedener Batterietechnologien hinsichtlich Leistung und Sicherheit
- Überblick über existierende und geplante Batteriewechselsysteme sowie deren Markteintrittsbarrieren
Auszug aus dem Buch
2.1 Anbringung am Fahrzeug
Während viele deutsche Hersteller sich gegen eine Standardisierung der Batteriebefestigung sträuben – VDA-Chef Wissmann sprach gar von einer „gesichtslosen Mobilitätskultur“ [9] – und Batterien lieber fest ins Fahrzeug integrieren, hat die 2007 in Kalifornien gegründete und sich in Privateigentum befindliche Firma Better Place gemeinsam mit Renault-Nissan ein System entwickelt, welches sich als wettbewerbsfähig erwiesen hat. Details zu politischen Gesichtspunkten sollen im Kapitel 3: „Der Markt“ erörtert werden, im Folgenden zunächst technische Betrachtungen.
Die Anbringung der Batterie erfolgt bei Better Place von unten. Zur Befestigung gibt die Firma keine Details preis.
Während beim Nissan Leaf – Details zur Markteinführung in Kapitel 3.2: „Markt“ – „Angebot“ – die Batterie flach am Unterboden angebracht ist, ist sie beim Renault Fluence Z.E. im Format eines Reisekoffers hinter den Rücksitzen angebracht. Sie ist etwa so groß wie zwei größere Koffer [10] und der Grund, warum die Konstrukteure das Fahrzeug um 15cm verlängert haben. Der Kofferraum büßt dadurch den größten Teil seines Volumens ein. Der Wechsel wird wie beim Nissan von unten vorgenommen [11].
Grundsätzlich ist eine Einbringung der Batterie seitlich, von hinten oder von unten denkbar. Zu beachten ist jedoch die rasche Abfertigung der Fahrzeuge – dies schließt eine Befestigung von der Hinterseite, oder gar auf Höhe von Kofferraum oder Motorhaube, von vornherein aus – und der Aspekt des Fahrzeugdesigns. Ein rund 100mm hoher Ausbruch an der Unterseite der Fahrzeugverkleidung ist weder praktisch noch ästhetisch. Die Anbringung von der Unterseite her ist demnach überlegen, und auch andere Erfinder von Batteriewechselsystemen entschieden sich für diesen Weg [12].
Zusammenfassung der Kapitel
1 Grundlagen: Das Kapitel erläutert die Notwendigkeit alternativer Antriebe zur Abkehr von fossilen Brennstoffen und thematisiert die Reichweitenproblematik heutiger Elektroautos als zentrales Hindernis.
2 Das Konzept: Hier wird das technische Funktionsprinzip von Batteriewechselsystemen dargelegt, inklusive Anforderungen an Anbringung, Lagerhaltung, Ladestationen, Wechselmechanik und die verwendete Batterietechnologie.
3 Der Markt: Dieses Kapitel analysiert sowohl die globale Nachfrage und staatliche Förderpolitik als auch das bestehende und kommende Angebot an Wechselsystemen und damit verbundenen Forschungsprojekten.
4 Ausblick: Der Autor bewertet die Zukunftsperspektiven der Elektromobilität, wobei die Standardisierung als entscheidender Faktor für Wettbewerbsfähigkeit und Marktöffnung für neue Anbieter hervorgehoben wird.
5 Zusammenfassung: Die Arbeit resümiert, dass Batteriewechselsysteme für die Langstreckentauglichkeit unverzichtbar sind, jedoch bei der Ausgestaltung Sicherheits-, Design- und Flexibilitätskriterien berücksichtigt werden müssen.
Schlüsselwörter
Elektromobilität, Batteriewechselsystem, Elektroauto, Lithium-Ionen-Batterie, Ladestation, Reichweite, Standardisierung, Batteriemanagement, Better Place, Förderprogramme, Infrastruktur, Energiespeicherung, Elektromotor, Marktanalyse, Fahrzeugentwicklung.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der technischen und wirtschaftlichen Konzeption von Batteriewechselsystemen als Lösung für die begrenzte Reichweite von Elektroautos im Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen umfassen die technischen Herausforderungen bei der Integration wechselbarer Batterien, die Analyse staatlicher Subventionsmodelle weltweit sowie den Status quo der verfügbaren Technologien und zukünftiger Forschungsprojekte.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist es, zu identifizieren, welche Komponenten ein Batteriewechselsystem ausmachen und welche spezifischen Parameter erfüllt sein müssen, damit sich eine solche Technologie langfristig am Markt durchsetzen kann.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Literatur- und Marktanalyse sowie einer qualitativen Untersuchung, die durch ein Experten-Interview ergänzt wird, um die Praxisrelevanz und die Hindernisse bei der Implementierung aufzuzeigen.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die technische Konzeption (Anbringung, Mechanik, Batterietypen), die Marktanalyse (Nachfrage, politisches Umfeld in Deutschland, Europa und weltweit) sowie das Angebot (bestehende Firmenlösungen und laufende europäische Forschungsprojekte).
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Elektromobilität, Batteriewechselsystem, Standardisierung, Reichweite, Batteriemanagement und Markteinführung.
Warum kritisieren Experten wie Jürgen Krohn die Strategie deutscher Autohersteller?
Krohn kritisiert, dass deutsche Hersteller aus Festhalten an althergebrachten Produktionsmethoden und Designkonzepten die Batterien fest verbauen, anstatt offene und flexible Wechselsysteme zu ermöglichen, was die Batteriekosten unnötig hoch hält und die Alltagstauglichkeit einschränkt.
Welche Rolle spielen staatliche Fördergelder laut der Untersuchung?
Die Arbeit deutet darauf hin, dass die staatlichen Fördergelder häufig in ineffiziente Einzelprojekte fließen oder bei der Industrie verbleiben, ohne dass ein kohärentes, großflächiges Konzept für Infrastruktur oder Standards entsteht.
Warum ist laut der Arbeit eine Standardisierung essenziell?
Die Standardisierung ist essenziell, um zwei unabhängige Märkte für Fahrzeuge und Batterien zu schaffen. Dies würde den Markteintritt erleichtern, den Wettbewerb anregen und die Kosten für den Endverbraucher durch Skaleneffekte senken.
- Quote paper
- Larissa Nietner (Author), 2011, Batteriewechselsysteme für Elektromobilität, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/177880
