Nutzfahrzeuge
Transporter mit batterie-elektrischem Antrieb
ep8/2010, 3 Seiten
BETRIEBSFÜHRUNG Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 8 652 Transporter mit batterieelektrischem Antrieb Der nationale Entwicklungsplan „Elektromobilität“ schließt nicht nur Pkw, sondern auch Zweiräder, leichte Nutzfahrzeuge und Stadtbusse mit ein. Für den Elektro-Antrieb erscheinen im Kurzstreckenverkehr betriebene Transporter aber besonders geeignet. Mehrere Prototypen befinden sich noch im Feldtest, einige Modelle kann man sogar schon kaufen. Antriebstechnik für den Einsatz maßgeschneidert Jeder elektrische Fahrzeugantrieb hat sein ganz spezifisches Einsatzgebiet (Tafel ). Das Comeback der Elektrotransporter ist nicht verwunderlich - waren doch schon Mitte des vorigen Jahrhunderts die batterie-elektrisch angetriebenen Paketauslieferungswagen der Post recht verbreitet. Unter bestimmten Einsatzbedingungen sind Transporter für den batterie-elektrischen Antrieb besonders geeignet - sofern sie als Liefer- oder Servicefahrzeuge im Kurzstreckenverkehr eingesetzt werden, besonders bei · viel Stadtverkehr · geringer Tageskilometerzahl · geringer Geschwindigkeit - die EU erwägt ohnehin eine generelle Begrenzung der Geschwindigkeit auf 120 km/h · viel Bauraum für die Batterie unter der Ladefläche · Auflademöglichkeit der Batterie nachts „zu Hause“. Hersteller unter Druck Die EU plant nun auch CO2 -Grenzwerte für Transporter - vgl. dazu Beitrag: „Auch Transporter müssen sparsamer werden“, ep 2/2010, S. 116-118. Für Neufahrzeuge bedeutet dies eine 33-prozentige Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs bis 2020. Das ist mit der Optimierung des Dieselantriebs allein nicht zu schaffen. Zusätzliche Modellvarianten mit Elektroantrieb wären hier sehr hilfreich. Dabei können die Hersteller bei der Berechnung des durchschnittlichen Flottenwertes der CO2 -Emission mit der schon bei Pkw angewendeten Vergünstigungsklausel rechnen. Das heißt nicht nur, dass zumindest in der Anfangsphase Elektroautos emissionsfrei als Zero-Emission-Vehicles gerechnet werden dürfen,sondern in der Flottenbilanz zählt jedes E-Auto wie 3,5 Fahrzeuge. Aktuelle E-Transporter Für drei Transporter-Modelle wird es schon 2010/2011 serienmäßig eine zusätzliche Elektrovariante geben. Sie heißen dann Mercedes Vito E-Cell (Bild in Tafel ), Kangoo Rapid Z.E. (Zero Emission) (Bild in Tafel ) und Ford Transit Connect Electric (Bild ). Wegen der Unterfluranordnung der Batterien und Auflastung der Fahrgestelle sind keine Abstriche an Laderaum und Zuladung zu befürchten (Tafel ). Bereits in diesem Jahr laufen entsprechende Modellvorhaben und Feldtests. Die 2100 E-Vitos, die Daimler bis 2011 in Kleinserie herstellen will, sollen per Leasing in Kundenhand gelangen (Vergleich zwischen Elektro- und Dieselvariante in Tafel ). In Erprobung Darüber hinaus sind noch weitere E-Transporter als Prototypen in Erprobung, für die aber zumindest für Deutschland noch keine Markteinführung geplant ist. Es handelt sich dabei um den Ford Transit BEV (Bild in Tafel ), den Mercedes Sprinter Plug-In Hybrid (Bild ) und den Iveco Eco Daily Electric (Bild in Tafel ). Der Sprinter kann rein elektrisch 30 km fahren, danach übernimmt ein Diesel oder Benziner den Antrieb. Hauptvorteil des Plug-In-Hybrid ist die vierzigprozentige Reduktion des Kraftstoffverbrauchs. Einige umgerüstete Transporter kann man schon heute kaufen. Die bekannten Fiat-Transporter Fiorino (Bild in Tafel ), Doblo und Ducato (Bild in Tafel ) werden auf Bestellung von der italienischen Firma Micro-Vett auf Elektroantrieb umgerüstet. In Deutschland werden sie von der Hamburger Firma Karabag importiert. Ihr Preis ist allerdings sehr hoch. Er beträgt etwa das Vierfache der Dieselvariante. Spezielle Ausführungen Auch spezielle Elektro-Transporter sind schon auf dem Markt. Von Eco Craft Automotive in Wunstorf wurde ein Fahrzeug unter Verwendung von Fahrwerkteilen von VW entwickelt. Hergestellt wird der Eco Carrier (Bild in Tafel ) im VW-Werk in Sarajevo. Es gibt den Kastenwagen in zwei Aufbaulängen, zunächst mit Blei-Akku, später auch mit Lithium-Ionen-Batterie. Aixam-Mega, der französische Spezialist für Elektro-Kleinfahrzeuge, bietet über den deutschen Importeur Iseki einen Kastenwa-Tafel Elektrische Antriebsarten und Einsatzgebiete Antriebsart Nutzung des typische Anwendungsfälle Stromnetzes batterie- 100 % Pkw elektrischer Transporter mit Kurzstreckenprofil Antrieb Elektro-Fahrräder (Pedelec), in Serie Elektro-Roller, in Serie mit Reichweiten- teilweise Pkw verlängerer Plug-in-Hybrid teilweise Pkw Transporter, Prototyp Hybrid ohne Pkw Stadtbusse, USA in Serie Verteiler-Lkw, Prototypen Müllsammelfahrzeuge, Prototypen Brennstoffzelle zur Wasser- Stadtbusse, Feldversuch stoffherstellung, Elektrolyse Ford Transit Connect Electric Werkfotos Mercedes Sprinter Plug-in-Hybrid BETRIEBSFÜHRUNG Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 8 653 Tafel Technische Daten der aktuellen Elektro-Transporter Hersteller Renault Ford Ford Mercedes- Mercedes- Fiat Fiat Iveco Eco Craft Mega Benz Benz Typ Kangoo Transit Transit BEV Vito E-Cell Sprinter Fiorino E Ducato E Eco Daily Eco Carrier Multitruck Rapid Z.E. Connect Plug-In- Electric ES/EL Van Electric Hybrid 35/50 Elektroausrüster - Dynamics Smith Elec- - - Micro-Vett Micro-Vett - - - Corp. tric Vehicl Entwicklungsstand Prototyp käuflich Prototyp Kleinserie Prototyp käuflich käuflich Prototyp käuflich käuflich Feldversuch in USA Feldversuch 100 Fz Markteinführung Ende 2011 Mitte 2011 offen August offen erfolgt erfolgt offen erfolgt erfolgt in Deutschland 2010 Fahrzeug Gesamtmasse in t 2,06 2,25 2,6-3,5 3,05 3,88 1,7 3,3 3,5/5,2 1,75/2,25 1,12 Zuladung in kg 650 454 950-1800 900 1600 488/604 1000/1350 -/2150 370/750 315-680 Laderaum in m3 3,0-3,5 3,8 6-12 4,7 9,0 2,5/2,8 13,0 7,3-17,2 1,8/4,9 3,0 Elektroantrieb Antriebsachse Vorder-A. Vorder-A. Hinter-A. Vorder-A. Hinter-A. - - - Vorder-A. Vorder-A. Motor Synchron- Induktions- Induktions- Permanent- Permanent- - - - Asynchron Drehstrom motor motor motor magnet-SM magnet-SM Spannung in V - 260-380 320 380-400 250-450 - - - 84 48 Leistung (Spitze/Dauer) in kW 44 100/50 90/30 70/60 75 60/26 60 - 15 13/8 Drehmoment (Spitze/Dauer) in Nm 226 235/158 239 280 325 - - 260/300 - 45 Höchstgeschwindigkeit in km/h 130 120 80 80 160 115/75 90 70/70 75 45 Batterie Typ Lithium- Lithium- Lithium- Lithium- Lithium- Lithium- Lithium- Natrium- Blei-Gel Blei-AGM Ionen Ionen Ionen Ionen Ionen Ionen Ionen Ni-Chlorid Kapazität in kWh 22 28 40 36 14,4 31,3/13,8 62,6/31,3 - 15,1 - Gewicht in kg - 300 528 500-420 173 - - - 380 - Anordnung Unterflur Unterflur Unterflur Unterflur Unterflur - - Unterflur Unterflur - Reichweite in km 160 130 160 130 30 (rein 140/70 145/75 120/130 50-80 65 elektrisch) Preis (ohne Mwst.) - - - - - 57000/ 115000/ - 26300/ 17885 in Euro 37000 86000 30450 Bemerkung Feldversuch - Feldversuch Leasing für mit Diesel- Importeur Importeur - - Importeur mit 40 Fz mit 10 Fz 4 Jahre od. Benzin- Karabag Karabag Iseki motor Tafel Vergleich Diesel- und Elektroantrieb am Beispiel des Mercedes-Benz Vito Antrieb Diesel Elektro Fahrzeugtyp Vito 109 CDI Vito E-Cell Nutzmasse kg 900-980 900 Laderaum m3 4,7 4,7 Nennleistung kW 70 70 Höchstgeschwindigkeit km/h 160 80 Energiespeicherinhalt l (Tank) 75 kWh (Batterie) 36 Energieverbrauch im eur. Fahrzyklus l/100 km 9,0 kWh/100 km 25 Reichweite km je Tankfüllung 830 km je Batterieladung 130 Energiekosten Euro/l DK 1,28*) pro Einheit Euro/kWh 0,17*) Energiekosten Euro/100 km 11,52*) 4,25*) auf 100 km *) Durchschnittsangaben, Stand Juli 2010 Tafel Für und Wider Elektrofahrzeug Das Für Das Wider einfacher Aufbau des teure Lithium-Ionen-Batterien Antriebsstrangs, keine 14000-63000 Euro*) erhöhen Kupplung und kein Schalt- stark den Fahrzeugpreis getriebe hohes Anfangsdrehmoment schwere Li-Ion-Batterien von erleichtert das Anfahren 300-528 kg*) erhöhen Fahrzeuggewicht einfache Möglichkeit der geringere Reichweite durch Bremsenergierückgewinnung geringe Energiedichte der Batterien von etwa 65-160 km*) keine lokale Schadstoff- lange Aufladezeiten der leeren emission Batterie von etwa 4-8 h an der geringere CO2 -Emission Haushaltsteckdose weniger Lärm 30 min an der Ladestation*) niedrige Energiekosten geringere Höchstgeschwindigkeit z. B. 4,25 Euro/100 km von etwa 45-130 km/h*) 37 % gegenüber Diesel*) künftig mehr Freiheiten in der Fahrzeuggestaltung durch Radnabenmotoren *) Werte beziehen sich auf den gegenwärtigen Entwicklungsstand der Elektro-Transporter gemäß Tafel , Batteriepreise wurden mit der Annahme 1000 Euro/kWh berechnet gen mit nur 13 kW Höchstleistung (Bild ) an. Das Chassis besteht aus Aluminium, der Aufbau weitgehend aus Kunststoff. Immerhin verfügt er über 3 m3 Laderaum und 315-680 kg Zuladung. Als Speicher dient eine spezielle Bauform des Blei-Akkus, bei der das Elektrolyt in einem Glasfaservlies gebunden ist (AMG Absorbent Glass Matt). Die Hochschule Bochum arbeitet an einem Entwicklungsprojekt für einen optimalen batterie-elektrischen Kleintransporter, der für die Großserienproduktion geeignet ist mit den Zielstellungen: · Radnabenmotoren · Leichtbauweise · Zuladung 400 kg · Höchstgeschwindigkeit 120 km/h und Reichweite 150 km · Preis 20000 Euro sowie · Serieneinführung 2016. Batterietechnik Derzeit konzentrieren sich nahezu alle Fahrzeughersteller auf die Lithium-Ionen-Batterie, da sie nach gegenwärtigem Stand der Technik am besten die Forderung nach hoher Energiedichte (Wh/kg) und Zyklenfestigkeit (Ladung/ Entladung) erfüllt. Ziele des nationalen Entwicklungsplans Elektromobilität: · Energiedichte 200 Wh/kg - derzeit 100 Wh/kg · Lebensdauer 10 bis 15 Jahre, etwa 3000-5000 Ladezyklen · Kosten 300-500 Euro pro kWh Speicherkapazität. Derzeit kostet eine Lithium-Ionen-Batterie noch 1000-1200 Euro/ kWh. Demnach würde die Batterie für einen Transporter in der Größenordnung des Vito oder Transit Connect heute rund 30000 Euro kosten. Für den Zeitraum ab 2015 wird durch Stückzahlerhöhung, Kooperation und Rationalisierung ein Preisrückgang auf die Hälfte, also 500 Euro/kWh, erwartet. Kostenfaktoren der Li-Ion-Batterie Neben den Materialkosten für Lithium, Kupfer und teure Elektrolyte sind es vor allem die aufwendigen Maßnahmen für die Funktionssicherheit. Die Batterie besteht in der Regel aus etwa 200 Zellen. Diese müssen erwärmt oder gekühlt und überwacht werden. Jede der Zellen besitzt einen eigenen Temperatursensor, der sie ggf. abschaltet, falls sie sich ungewöhnlich stark erhitzt. Natürlich gibt es auch schon Forschungsansätze für eine Nach-Lithium-Ionen-Zeit. So sollen Metall-Luft-Batterien Energiedichten von 1000 bis 14000 Wh/kg ermöglichen. Ihre Praxistauglichkeit ist aber fraglich. Wenn überhaupt, so werden sie frühestens in zehn Jahren einsatzfähig sein. Batterieladesysteme Zum Aufladen der leergefahrenen Batterie gibt es drei Wege: · Standardladung an der konventionellen Haushaltsteckdose, vollständige Ladung der Batterien innerhalb von 4-8 h. · Schnellaufladung an einer 400-V-Drei-Phasen-Kraftstromsteckdose auf 80 % der Batteriekapazität, rund 30 min. · Das von Better Place propagierte Wechselsystem, Austausch einer leeren gegen eine volle Batterie innerhalb von fünf Minuten. Stromanbieter wie RWE arbeiten aktiv daran, eine Infrastruktur mit Ladestationen in vielen deutschen Großstädten aufzubauen. Bis Ende 2010 sind allein in Berlin 500 Ladepunkte geplant. In NRW werden es bis dahin 400 sein. Für die Schnittstelle zwischen Ladesäule und Fahrzeug gelten künftig internationale Standards. Das Better-Place-Wechsel-Akkusystem wird zunächst von Renault/Nissan in Israel angewendet. Soll es für alle E-Modelle in Europa tauglich sein, müssten die Akkus und in gewissem Maße auch die Autos standardisiert sein. Das will kein Hersteller. Weiterhin stellt sich die Frage: Ist die notwendige Bevorratung der Wechselbatterien, von denen jede rund tausend Euro kostet, wirtschaftlich vertretbar? Ökonomische und ökologische Bewertung Ökonomische Faktoren. Der Kaufpreis eines Elektroautos wird wesentlich durch die Batteriekosten bestimmt. Dass umgerüstete Einzelfahrzeuge - vgl. Fiat Fiorino und Ducato - gegenüber den entsprechenden Dieselvarianten heute rund das Vierfache kosten, ist sicherlich kein endgültiger Maßstab. Um es aber gleich vorweg zu sagen: Auch wenn die Betriebskosten noch so verlockend niedrig sind, der Kauf eines Elektro-Transporters wird sich unter den heutigen Bedingungen kaum amortisieren. Energiekosten. Diese Kosten betragen beim Elektro-Vito nur 44 % des Vito mit Dieselmotor (Tafel ). Es ist aber zu erwarten, dass später analog zur Mineralölsteuer noch eine so genannte Straßenstromsteuer hinzukommt. Kfz-Steuer. E-Autos mit Pkw-Zulassung sind 5 Jahre befreit. E-Autos mit Lkw-Zulassung zahlen den halben Steuersatz. Finanzielle Anreize. In Deutschland gibt es zunächst keine Kaufprämien,wie sie z. B. in Japan mit 10000 Euro, Spanien mit 6000 Euro oder Frankreich mit 5000 Euro vom Staat gewährt werden. Ökologische Bewertung. Auch wenn Elektroautos keine Abgase ausstoßen, müssen die für die Erzeugung elektrischer Energie anfallenden Emissionen in der Gesamtbilanz berücksichtigt werden. Das gilt vor allem für die Emission des Klimagases CO2 (vgl. auch Tafel ). Den erhofften Umweltvorteil bringt das Elektroauto also nur mit Öko-Strom, d. h. aus Windkraft, Solarenergie, Wasserkraft, Biomasse. Im Jahr 2009 betrug der Anteil von erneuerbaren Energien am gesamten Stromverbrauch nach Angaben des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) 16 %. Windenergie und Biomasse trugen mit 6,4 und 4,4 % von allen erneuerbaren Energien am meisten dazu bei. Nach nationalem Entwicklungsplan soll der Ökostromanteil bis 2020 auf 30 % ansteigen. Was die Schadstoffe betrifft, hat der Fahrzeughalter in den Umweltzonen keinen rechtlichen Vorteil. Aber in sensiblen Bereichen wie Kurorten, beim Betrieb in geschlossenen Räumen usw. kann ein Elektro-Transporter schon sehr vorteilhaft sein. Zudem zeichnen sich Elektroautos durch geringe Lärmemission der Motoren aus. Letztlich genießt man das saubere Image als technischer Vorreiter - ein nicht zu unterschätzender Werbevorteil. In Tafel ist das Für und Wider des Elektroantriebs gegenübergestellt. Strom aus dem Auto Je höher der Anteil von Ökostrom, umso mehr muss man sich einem anderen Problem widmen. Der Stromfluss soll nicht nur in Richtung Autobatterie funktionieren. Wenn das Stromnetz schwächelt, weil Windflaute ist oder sich die Sonne nicht zeigt, könnten Millionen von Autobatterien angezapft werden und so die Stromversorgung sicherstellen - mithilfe eines intelligenten Lastmanagement- und Abrechnungssystems. Nach einer Dokumentation des WDR regen sich aber hier auch Bedenken. Wer dem Stromnetz Batteriekapazität zur Verfügung stellt, kann sein Auto nicht mehr spontan und beliebig nutzen. Das Hauptargument für den Besitz eines eigenen Autos wäre damit hinfällig. Die Kritiker bezweifeln, dass Autobesitzer zugunsten der Allgemeinheit eine Lebensdauerverkürzung ihrer Batterie akzeptieren werden. J. Sachse BETRIEBSFÜHRUNG Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 8 654 Tafel CO2 -Emission von E-Autos - Vergleich zu konventionellen Antrieben in Abhängigkeit von der Stromherkunft Antrieb Energieträger CO2 g/km Verbrennungsmotor Benzin 192 Erdgas 163 Dieselkraftstoff 139 elektrisch Strom aus Kohle 138-123 durchschnittlicher europäischer Strom-Mix 67 Strom aus Erdgas 65 Strom aus Holz 10 Strom aus Kernkraft 2 Strom aus Windkraft 0 Quelle: Renault, Well-to-Wheel-Berechnung, d. h. CO2 -Emission von der Energiequelle bis zum Antriebsrad, schließt bei Verbrennungsmotoren auch Herstellung des Kraftstoffs aus Erdöl mit ein
Autor
- J. Sachse
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