Einleitung
Technik von Elektrostraßenfahrzeugen
Fahrleistungen / Reichweiten
Energieverbräuche
Emissionen
Wirtschaftlichkeit
Politische Rahmenbedingungen
Integration in Verkehrskonzepte
Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
Einleitung
Die Entwicklung von Elektrostraßenfahrzeugen hat in den letzten Jahren neue Impulse bekommen. Die gesetzlichen Vorschriften in den USA, auch wenn sie die europäische Automobilindustrie noch nicht direkt betreffen, haben bewirkt, daß, trotz der immer noch risikobehafteten Rahmenbedingungen, verstärkte Anstrengungen unternommen werden, neue Technologien und Fahrzeuge für diese Technik zu entwickeln und zu produzieren. Flottenversuche wie in La Rochelle oder auf Rügen zeigen realistische Einsatzmöglichkeiten für bestimmte Einsatzbereiche auf.
Als Widerstände bei der Einführung von Elektrofahrzeugen werden noch immer die Eigenschaften der verfügbaren Technologien genannt. In diesem Beitrag wird ein Überblick gegeben, welche Technologien verfügbar sind. Daraus resultierende Eigenschaften von Elektrofahrzeugen wie Energieverbrauch, Wirtschaftlichkeit, Emissionen, etc. werden dargestellt. Die Integration in Verkehrskonzepte und die politischen Rahmenbedingungen für den Einsatz von Elektrostraßenfahrzeugen sind ebenfalls noch offenen Punkte, die gelöst werden müssen, damit die 'Fahrwiderstände' soweit abgebaut werden können, um den Elektrofahrzeugen zum Durchbruch zu verhelfen.
Technik von Elektrostraßenfahrzeugen
Ein wesentlicher Faktor bei der Einführung und Akzeptanz von Elektrostraßenfahrzeugen stellen die verfügbaren technischen Lösungen dar. Daher wird im folgenden der Stand der Technik für die einzelnen Komponenten dargestellt.
Elektrischer Energiespeicher
Die wesentlichen Eigenschaften des Elektrofahrzeugs: Fahrleistungen und Reichweite werden durch den verwendeten Energiespeicher bestimmt.
Bild 1 zeigt das grundsätzliche Problem elektrischer Batterien: Die geringe Energiedichte. Mögliche Alternativen zum Speichern elektrischer Energie zeigt
Bild 2.
Hier sind die Grundprinzipien zum Speichern elektrischer Energie aufgeführt: elektro-mechanische, elektro-statische, elektro-dynamische und elektro-chemische Speicher.
Unter elektro-mechanischen Speichern sind Schwungräder mit elektrischer Ankopplung durch eine Elektromaschine zu verstehen. Beim Aufladen des Speichers nimmt die Elektromaschine elektrische Leistung auf und erhöht die kinetische Energie des Rotors durch Drehzahlerhöhung. Zur Leistungsabgabe arbeitet die Elektromaschine als Generator und verzögert dabei den Rotor. Problempunkte sind hierbei die Werkstoffwahl für den Rotor und die damit erreichbaren Drehzahlen, die Lagerung des Rotors (Magnetlager) etc. Die für diesen Energiespeicher zu lösenden Probleme werden derzeit u.a. im Rahmen europäischer Forschungsprojekte bearbeitet.
Kondensatoren speichern elektrische Energie auf elektro-statischem Wege. Neben der Kapazität des Kondensators ist die maximale Spannung, die quadratisch in den Energieinhalt eingeht, die entscheidende Größe. Die Entwicklung von sogenannten Superkondensatoren mit im Vergleich zu herkömmlichen Kondensatoren um Größenordnungen höheren Energiedichten (etwa wie bei Blei-Batterien) lassen den Einsatz in Fahrzeugen in Zukunft möglich erscheinen. Dem Vorteil hoher spezifischer Leistungsdichte, was diese Speicher zum Puffern von Leistungsspitzen geeignet macht, stehen allerdings noch viele offene Fragen gegenüber. Neben der Verfügbarkeit dieser Speicherelemente beziehen sich diese Fragen auf das Verhalten von Kondensatoren bei Reihen- oder Parallelschaltung zu großen Speichern bzw. auf die Entwicklung entsprechender elektronischer Steller zum Umsetzen des stark schwankenden Spannungsniveaus auf eine vom Antrieb nutzbare Spannung.
In Spulen kann ähnlich zum Kondensator, der elektrische Energie in Form von Spannung und Ladungsverschiebung speichert, Energie in Form eines Stromflusses gespeichert werden. Um Verluste zu minimieren, wäre hier der Einsatz supraleitender Materialien erforderlich. Diese Technik ist aber weit vom Einsatz im Fahrzeug entfernt und hier nur der Vollständigkeit halber aufgeführt.
Unter elektro-chemischen Speichern ist die große Zahl verschiedener Batterietypen zu verstehen. Im Gegensatz zu den alternativen Systemen existieren Batterien in hochentwickelten Ausführungen. Sie sind an die verschiedensten Einsatzzwecke angepaßt. Zur Zeit stellen Batterien die einzige (in Serie) einsetzbare Speichertechnik dar.
Die sich aus dem Fahrzeugeinsatz ergebenden Anforderungen an den Energiespeicher Batterie sind dazu in
Bild 3 zusammengetragen. Neben für alle Antriebe gültigen Anforderungen wie hohe Energie- und Leistungsdichten bei geringen Kosten und langer Lebensdauer existieren darüber hinaus Randbedingungen, die sich aus dem Einsatz im Fahrzeug ergeben.
Von besonderer Bedeutung ist die Einbringung der Zellen ins Package des Fahrzeugs. Batteriesysteme, die auf einzelnen Zellen aufbauen (Blei, NiCd etc.), können flexibel angeordnet werden. Damit ist, insbesondere bei Konversionsfahrzeugen, eine einfache Möglichkeit gegeben, den Batteriesatz unter den vorgegebenen Platzverhältnissen (Motor- und Kofferraum) im Fahrzeug zu integrieren.
Im Gegensatz dazu haben die Hochtemperaturbatterien (NaS, NaNiCl2) i.a. eine monolithische Bauweise. Eine nachträgliche Integration in ein vorhandenes Package eines Konversionsfahrzeugs stellt sich schwierig dar. Das Teilen des Batteriesatzes in mehrere Teile, z.B. zur Unterbringung im Motor- und Kofferraum, erhöht den Aufwand überproportional bei gleichzeitiger Zunahme der thermischen Verluste.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt beim Einsatz im Fahrzeug ist das Batteriemanagement. Um die bei allen Batterien beschränkte Lebensdauer optimal auszunutzen, muß die Batterie thermisch überwacht werden. Dies beinhaltet eine aktive Temperierung, sowohl bei zu hohen Temperaturen durch Kühlung als auch bei zu niedrigen Temperaturen durch Beheizung. Gleichzeitig muß das Temperaturgefälle zwischen den einzelnen Zellen so gering wie möglich gehalten werden, sonst werden aufgrund der Temperaturabhängigkeit der Kapazität einzelne Zellbereiche überladen oder tiefentladen, so daß langfristig mit dem Versagen dieser Zellen zu rechnen ist. Ferner sollte das Management den Ladezustand ermitteln und grundlegende Sicherheitsüberwachungen (Tiefentladung, Überladung, Isolation etc.) durchführen. Um den Fahrer zu unterstützen, ist es darüber hinaus wünschenswert, wenn aus dem Ladezustand und dem Fahrerverhalten die noch verbleibende Reichweite prognostiziert wird. Temperaturentwicklungen in der Batterie müssen frühzeitig angekündigt werden, sobald kritische Zustände möglich sind. Der Fahrer kann auf solche Informationen durch eine schonendere Fahrweise reagieren.
Eine Übersicht der verschiedenen Batterietypen mit ihren wichtigsten Eigenschaften gibt
Bild 4.
Zur Zeit für einen Serieneinsatz verfügbar sind Blei-Gel und Nickel-Cadmium-Batterien. Andere Systeme wie Nickel-Metallhydrid oder Hochtemperatursysteme befinden sich noch in der Entwicklungsphase. Sie sind noch nicht in für einen Serieneinsatz ausreichender Produktionszahl verfügbar. Kommt es darauf an, in nächster Zeit ein preiswertes und ausgereiftes System einzusetzen, so kommen vorwiegend Blei-Gel-Systeme in Frage. Sind vorwiegend kürzere Fahrstrecken mit hoher Dynamik und Leistungsbedarf zurückzulegen, bieten sich Nickel-Cadmium oder Nickel-Metallhydrid-Systeme an. Reichweiten deutlich oberhalb von 50 km lassen sich zur Zeit nur mit modernen Hochtemperatursystemen realisieren, die aber aufgrund ihrer thermischen Verluste gerade bei Kurzstreckenbetrieb Nachteile besitzen
[1],
[2]. Langfristig werden Systemen auf Lithium-Basis gute Chancen eingeräumt, ihre Verfügbarkeit ist aber nicht vor der Jahrhundertwende zu erwarten.
Hier besteht somit weiterhin erheblicher Handlungsbedarf zur Weiterentwicklung der Batterietechnologien.
Motor
Neben dem Speicher wird auch der Motor unter spezifischen Randbedingungen im Fahrzeug eingesetzt. Wesentliche Auslegungskriterien sind Maximalbeschleunigung, Höchstgeschwindigkeit und Steigfähigkeit. Diese lassen sich anschaulich aus dem Lieferkennfeld eines Fahrantriebs erkennen (
Bild 5). Während die Forderungen nach hoher Maximalbeschleunigung und Höchstgeschwindigkeit die nötige kurzzeitig verfügbare Spitzenleistung bzw. die Dauerleistung festlegen, die über einen weiten Geschwindigkeitsbereich benötigt werden, ergibt sich aus der Anfahrsteigfähigkeit das maximale Moment, welches der Antrieb aus dem Stand heraus abgeben muß. Damit ergibt sich der im Bild gezeigte typische Verlauf eines konstanten Drehmoments am Motor bzw. konstanter Zugkraft am Rad bis zu einer Eckdrehzahl oder geschwindigkeit, oberhalb derer die konstante Leistung zu einem hyperbelartigem Verlauf des Moments/Zugkraft führt. Im Interesse hoher Steigfähigkeit sollte dieser Eckpunkt bei vorgegebener Leistung bei niedrigen Drehzahlen und somit hohen Momenten liegen, andererseits führt die Forderung nach hohen Endgeschwindigkeiten gleichzeitig zu hohen Drehzahlen, denen der Motor mit einer entsprechenden Drehzahlspreizung entsprechen muß. Dem hier entstehendem Zielkonflikt kann dabei gegebenenfalls durch die Verwendung eines Schaltgetriebes begegnet werden, obgleich dadurch der Bedienkomfort abnimmt. Automatische zweistufige Schaltgetriebe können diesen Zielkonflikt zumindestens entschärfen.
Für den Einsatz im Elektrofahrzeug kommen die in
Bild 6 aufgelisteten Bauformen elektrischen Maschinen in Frage. In Abhängigkeit vom Einsatzfeld und den Kosten stehen Gleich- und Wechselstrommaschinen zur Verfügung. Moderne Drehstromantriebe bieten dabei durchaus akzeptable Lösungen unter Berücksichtigung von Kosten, Leistung und Wirkungsgrad. Der mit Permanentmagneten erregte Synchronmotor ist sicherlich auch noch eine gute Alternative. Seine Marktdurchsetzung dauert allerdings bereits solange, daß Zweifel angebracht sind, ob auf diese Lösung gesetzt werden sollte.
Getriebe
Naheliegend und mit geringen Kosten verbunden ist die Übernahme eines Getriebes samt Anfahr-/Schaltkupplung aus einem konventionellen Fahrzeug. Durch die Verwendung der Gangstufen wird einerseits das maximale Anfahrmoment erhöht und andererseits das Drehzahlniveau des Fahrmotors bei hohen Geschwindigkeiten reduziert, so daß auch Maschinen mit geringer Drehzahlspreizung einsetzbar sind. Negativ sind das zusätzliche Gewicht und zum Teil schlechte Wirkungsgrade, da die Getriebe ursprünglich für wesentlich höherer Leistungen konventioneller Verbrennungsmotoren ausgelegt sind, aber nun bei wesentlich geringeren Lasten betrieben werden. Dadurch, daß Gangstufen vorhanden sind, entsteht ein zusätzlicher, prinzipiell unnötiger Bedienungsaufwand für den Fahrer. Der Trend geht daher zum Direktantrieb mit einer festen Gangstufe, so daß der mechanische Wirkungsgrad gesteigert wird und durch den zugkraftunterbrechungsfreien Betrieb Fahr- und Bedienkomfort gesteigert werden. Damit verbunden ist aber die Forderung eines großen nutzbaren Drehzahlbereichs des Elektromotors. Asynchron- und Synchronmotoren mit entsprechender Regelung können diese Anforderungen allerdings gut erfüllen
[3].
Fahrzeugkonzept: Purpose-Design vs. Conversion-Design
Wesentliche Entscheidung bei der Gestaltung eines Elektrofahrzeugs ist, ob ein bestehendes Fahrzeug auf Elektrotraktion umgerüstet wird - allgemein als 'Konversionsfahrzeug' bezeichnet - oder ob ein von Grund auf neues Fahrzeug im sogenannten 'Purpose-Design' konzipiert und entwickelt wird (
Bild 7,
Bild 8,
Bild 9).
Vorteilhaft bei der Konversion eines vorhandenen konventionell angetriebenen Fahrzeugs ist, daß auf bewährte, sicherheitstechnisch überprüfte Karosseriestrukturen zurückgegriffen werden kann. Die erreichten Standards bezüglich Sicherheit, Komfort, Service und Zuverlässigkeit bedürfen keiner weiteren Entwicklung. Es muß nur der Nachweis erbracht werden, daß durch die Unterbringung insbesondere der in der Regel quaderförmigen, zur Blockbildung neigenden Antriebsbatterien im Crashfall keine unzulässigen Verzögerungen für die Insassen oder Deformationen der Fahrgastzelle auftreten. Die Kosten beim Prototypenbau und bei einer Serienfertigung können durch die Verwendung der vorhandenen Karosserieteile gering gehalten werden. Das ist der größte Vorteil der Konversionsfahrzeuge. Nachteilig ist, daß der Energiespeicher Batterie wesentlich größer und schwerer als der ursprüngliche Kraftstofftank ist. Hierdurch werden Zuladung und Laderaum erheblich eingeschränkt. In vielen Fällen kann keine ausreichende Energie für angemessene Fahrleistungen - beschrieben durch Reichweite und erzielbare Geschwindigkeit - bereitgestellt werden.
Ein konsequenter Schritt bei der Beschäftigung mit Elektrofahrzeugen ist daher die völlige Neukonzeption eines Fahrzeugs. Die wesentlichen Anforderungen und Randbedingungen der Elektrotraktion hinsichtlich Technik, Ökologie und Ökonomie werden schon im Konzeptansatz berücksichtigt. Dem besonderen Stellenwert der passiven Sicherheit dieser Fahrzeuge, die aufgrund der beschränkten verfügbaren Energiemenge Leichtbaufahrzeuge sind, muß besondere Beachtung geschenkt werden. Dem Zielkonflikt zwischen Leichtbau und Sicherheit kann durch geeignete Bauweise begegnet werden. Mit der 'Space Frame'-Bauweise
Bild 10, linke Hälfte, steht heute schon eine Technologie zur Verfügung, die es bei entsprechender Auslegung ermöglicht, auch bei einem kleinen Fahrzeug die üblichen Sicherheitsstandards zu erreichen.
Ein anderer Ansatz, der bei Leichtfahrzeugen mit Erfolg angewendet wird, besteht darin, aus Faserverbundwerkstoffen selbsttragende Karosserien darzustellen. Zusätzlich kann ein sogenannter Stoßgürtel in die Struktur der Kunststoffkarosse integriert werden
[4].
Weiterhin besteht bei 'Purpose-Design'-Fahrzeugen die Möglichkeit, den Antrieb und die Traktionsbatterien so anzuordnen, das kein Gefährdungspotential für die Insassen entsteht. Beispielhaft für eine solche Lösung ist das von Mercedes Benz im Vision A vorgestellte Konzept der Unterfluranordnung
[5]. Die Batterie ist hier durch umlaufende Rahmenstrukturen im Unterflurbereich geschützt eingebaut und kann so für die Insassen selbst als schwer verformbarer Block nicht gefährlich werden. Beim Frontalaufprall wird der Elektromotor durch schräg abweisende Elemente der Rahmenstruktur unter die Fahrgastzelle gedrückt.
Fahrleistungen/Reichweiten
Die Fahrleistungs- und Reichweitenanforderungen an Elektrostraßenfahrzeugen ergeben sich aus den spezifischen Anforderungen des Einsatzes im Stadtverkehr. Hier hat es auf Grund seiner lokalen Emissionsfreiheit und Geräuscharmut Vorteile. Von
[6] durchgeführte Untersuchungen zum Einsatzmuster von PKW , erhoben 1990 und 1991 in den alten Bundesländern, liefern folgende Ergebnisse: Ein Pkw fährt im Durchschnitt 3,39 Fahrten pro Tag mit der in
Bild 11 dargestellten Häufigkeitsverteilung.
Die Fahrlängen sind zu 38% nicht länger als 5 km, 80% der Fahrten sind nicht länger als 20 km. In 95% der Fälle liegt die Fahrtlänge unter 50 km. Daraus resultieren folgende Tagesfahrleistungen: ein Drittel der Pkw legen pro Tag nicht mehr als 20 km zurück, zwei Drittel nicht mehr als 50 km und knapp 90% nicht mehr als 100km/Tag.
Interessant sind auch die mittleren Standzeiten zwischen zwei einzelnen Fahrten. Sie betragen 3 Stunden und können zu Zwischenladungen verwendet werden. Über Nacht stehen ab Mitternacht im Mittel sogar 9 Stunden für Batterieladungen zur Verfügung.
Die Antriebsleistungen, die sich im Stadtverkehr benötigt werden, sind ebenfalls gering. Hierzu zeigt
Bild 12 die Betriebspunkte eines Mittelklasse-PKW's im Stadtverkehr über Geschwindigkeit und Beschleunigung aufgetragen. Aus der Verteilung der Punktewolke läßt sich entnehmen, daß mit geringen Spitzenleistungen von 10 - 15 kW ein Großteil der anfallenden Betriebszustände abgedeckt wird.
Diese Anforderungen bezüglich Reichweite und Leistungsbedarf kann heute schon ein als Stadtfahrzeug konzipiertes Elektrofahrzeug mit vorhandener Technik erfüllen. Anders formuliert bedeutet dies, das Mobilitätsangebot heute realisierbarer elektrischer Stadtautos paßt zu der Mobilitätsnachfrage motorisierter Haushalte. Das heißt aber auch, die Reichweitenbeschränkung bei der Nutzung ist ein eher psychologisches Problem, dem neben der Schaffung von Schnellademöglichkeiten auch durch ein positives Image eines Elektrofahrzeugs begegnet werden kann.
Energieverbräuche
Der Energieverbrauch eines Elektrofahrzeugs ist stark abhängig von der verwendeten Technologie d.h. Motor, Batterie, Ladeverfahren und Konstruktionsprinzip. Während heutige im 'Conversion Design' konstruierten Elektro-Pkw im Stadtverkehr zwischen 20 und 30 kWh/100 km Strom benötigen, sind bei einer Konstruktion im 'Purpose Design' Endenergieverbräuche im Bereich von 15 bis 20 kWh/100 km realisierbar (
Bild 13).
Der Vergleich der benötigten Energie zwischen einem Elektrofahrzeug und einem konventionell angetriebenen Fahrzeug (Benzin, Diesel) kann nur über den Primärenergiebedarf geschehen, da zwei unterschiedliche, direkt nicht vergleichbare Endenergieträger (Strom, Kraftstoff) vorliegen. Einen solchen Vergleich zeigt
Bild 14. Als Basis dienen hier derzeit am Markt erhältliche Fahrzeuge vom Typ Golf (Modelljahr 1996). Der im 'Conversion Design' konstruierte Golf CityStromer hat auf Grund seines Mehrgewichts, bedingt durch die schwere Batterie, den höchsten Energiebedarf am Rad. Der Endenergiebedarf ist jedoch im Vergleich zu den beiden konventionell betriebenen Fahrzeugen infolge der guten Wirkungsgrade des elektrischen Antriebstrangs deutlich geringer. Betrachtet man jedoch den einzelnen Primärenergiebedarf, so ergeben sich für den direkteinspritzenden Diesel deutliche Vorteile. Der elektrisch angetriebene Golf ist gleichwertig mit der benzinbetriebenen Variante. Mit 'Purpose Design' Fahrzeugen lassen sich jedoch Primärenergiebedarfe von unter 50 kWh/100 km realisieren, so daß hier eine Gleichwertigkeit mit konventionellen Dieselfahrzeugen erreicht werden kann.
Emissionen
Die Emissionen von Elektrostraßenfahrzeugen resultieren aus den bei der Stromerzeugung eingesetzten Energieträgern. Je nach verwendetem Stromerzeugungsmix ergeben sich so unterschiedliche Emissionen. Legt man den Strommix in den alten Bundesländern von 1994 zu Grunde und berücksichtigt die bei Benzin und Diesel zusätzlich zu den Fahrzeugemissionen bei der Endenergieaufbereitung entstehende Schadstoffmenge, so ergeben sich die in
Bild 15 gezeigten Werte für die Emission von Kohlendioxid. Man erkennt, daß trotz des höheren Primärenergiebedarfs des Elektrofahrzeugs dessen CO2-Emissionen denen des sehr sparsamen TDI-Golf entsprechen. Bei den Schadstoffen ist die Situation für das Elektrofahrzeug günstiger. Dazu sind in
Bild 16 die Emissionen, die bei der Bereitstellung der Endenergie entstehen, aufgeschlüsselt, d.h. die lokalen Emissionen der verbrennungsmotorgetriebenen Fahrzeuge sind hier nicht erfaßt. Das heißt, unabhängig davon welchem Emissionsstandard (LEV, ULEV, EURO III) die konventionellen Fahrzeuge entsprechen, liegt das Elektrofahrzeug mit Ausnahme der Stickoxidemissionen günstiger. Insofern sind Elektrofahrzeuge in Deutschland unter Berücksichtigung lokaler und globaler Emissionen konventionellen Fahrzeugen vorzuziehen.
Wirtschaftlichkeit
Die Wirtschaftlichkeit von Elektrofahrzeugen stellt bis heute ein wesentliches Hemmnis bei der Einführung von Elektrostraßenfahrzeugen dar. Der Betrieb eines Elektrofahrzeuges ist für den privaten Anwender mit einem erheblichen Mehraufwand verbunden. In
Bild 17 ist dies anhand des am Markt erhältlichen City-Stromers aufgeführt. Im Vergleich zu einem konventionellen Golf gleicher Ausstattung und kleinster Motorisierung ist das Elektrofahrzeug 44 % teurer, wenn man Kapitalkosten und Betriebskosten auf den gefahrenen Kilometer bezieht. Diesen Kostennachteil muß ein Nutzer in Deutschland bisher selber tragen, die ökologischen Vorteile hingegen kommen der Allgemeinheit zu Gute. Sie bedeuten für den Betreiber des Fahrzeugs keine Erhöhung des Gebrauchsnutzens.
Politische Rahmenbedingungen
Die politischen Rahmenbedingungen haben einen wesentlichen Einfluß, ob und in welchem Umfang Elektrostraßenfahrzeuge am Markt eingeführt werden können. Die Regierungen in den USA, Japan, aber auch in Frankreich haben bereits gehandelt. Mit verschiedenen Maßnahmen soll das Entstehen von Märkten für Elektrostraßenfahrzeuge gewährleistet werden.
USA / Kalifornien
Die kalifornische Gesetzgebung fordert von allen Automobilherstellern mit einem Jahresabsatz von 35000 und mehr Fahrzeugen, daß ab 1998 zwei Prozent der produzierten Fahrzeuge 'Zero Emission Vehicles' (ZEV's) sind, für Hersteller mit geringen Absatzzahlen wird dies ab 2003 zwingend. Somit ist eine gesicherte Stückzahl gegeben. Die in
Bild 18 gezeigte Hochrechnung basiert auf den im 'Clean Air Act' festgeschriebenen ZEV-Anteilen und der Annahme, daß sich die Gesamtzulassungszahlen gegenüber 1990 nicht wesentlich ändern.
In Kalifornien ist damit im Jahr 2003 eine Absatzvolumen von 122 200 Elektrofahrzeugen zu erwarten. Weitere Staaten wollen sich evtl. der kalifornischen Gesetzgebung anschließen. Das würde einen Absatz von 353 600 Fahrzeugen bedeuten. Mit diesen Zahlen ergibt sich für 2003 in den USA ein Fahrzeugbestand von ca. 900 000 Elektrofahrzeugen.
Japan
Nachdem die kalifornische Gesetzgebung Ende 1990 festgeschrieben wurde, hat das 'Ministry of International Trade and Industry' (MITI) in Japan sehr schnell reagiert und 1991 einen Plan zur Markteinführung von Elektrofahrzeugen verabschiedet. Dieser vierstufige Plan ist in
Bild 19 gezeigt. Er zielt darauf ab, bis zum Jahr 2000 einen sich selbst tragenden Markt für Elektrofahrzeuge zu schaffen. Dadurch soll die japanische Automobilindustrie in die Lage versetzt werden, auch auf diesem Zukunftsmarkt eine führende Rolle zu spielen.
Der wesentliche Unterschied ist, daß hier Vergünstigungen für den Nutzer geschaffen werden, um eine schnelle Markteinführung zu gewährleisten. Bis zum Jahr 2000 soll mit steigenden jährlichen Produktionszahlen (
Bild 20) ein Fahrzeugbestand von 200 000 Elektrofahrzeugen erreicht sein.
Europa
Neben Förderprogrammen der EG, werden in Europa insbesondere in Frankreich Elektrofahrzeuge gefördert. Hintergrund ist der hohe nicht-fossile Anteil der Stromerzeugung in Frankreich, so daß hier für die französische Automobilindustrie eine neue Chance besteht. 22 Städte (u.a. La Rochelle) und auch die 'Electricité de France' (EDF) führen staatlich subventionierte Flottentest durch. Zusätzlich wird die Anschaffung von Elektrofahrzeugen subventioniert (Staat, EDF), so daß zum Beispiel für den 'Peugot 106 électrique' vom Nutzer zu tragende Mehrkosten von nur ca. 10% enstehen.
In Deutschland existiert das BMFT-Projekt zur Erprobung von Elektrofahrzeugen der neuesten Generation auf der Insel Rügen und einige kleinere Versuchsprogramme vor allem in Bayern. Ziel des Rügen-Versuchs ist es Elektrofahrzeuge mit modernsten Batterie- und Antriebssystemen zu testen und Aussagen über deren Verhalten unter Praxisbedingungen zu gewinnen.
Über die Förderung von Forschungs- und Entwicklungsvorhaben hinausgehende Maßnahmen zur Förderung elektrischer Fahrzeuge existieren in mit Kalifornien oder Japan vergleichbarem Umfang bis jetzt nicht.
Integration in Verkehrskonzepte
Ein weiterer Aspekt bei der Einführung von Elektrofahrzeugen ist die Einbindung in vorhandene Verkehrskonzepte. Die Einführung von Elektrofahrzeugen soll in Deutschland nicht zu einem Mehr an Verkehr führen, sondern vorhandene Verkehrsmittel entlasten und eine weniger umweltbelastende Alternative bieten. Es ist daran gedacht, der Parkraumknappheit durch alternative Nutzungskonzepte zu begegnen. Das kann zum Beispiel durch Car-sharing oder Mietsysteme erfolgen. Moderne Verkehrskonzepte müssen dazu den Personenindividualverkehr mit den verschiedensten Verkehrsmitteln integrieren. Es soll das jeweils ökologisch und ökonomisch günstigste Verkehrsmittel angeboten werden. Erste Ansätze zur individuum-bezogenen Mobiltitätsplanung existieren und sind in
[7] beschrieben. Mit dem sog. 'Personal Travel Assistant' (PTA), wird es dem Nutzer ermöglicht, über Datenfunksysteme auf Datenbanken von Bahn und Busbetrieben, Reiseveranstalter etc. zuzugreifen, aktuelle Verkehrsinformationen zu beziehen und somit eine intermodale Routenplanung durchzuführen. Die Einbeziehung von mietbaren Elektrofahrzeugen ist dabei sicherlich kein Problem. Sollte das Elektrofahrzeug Nutzungsvorteile haben (Parkraum, Durchfahrtmöglichkeiten,...) ist dessen Akzeptanz mit hoher Wahrscheinlichkeit gegeben.
Zusammenfassung
Wie in den Abschnitten 2.1 bis 2.4 gezeigt, stellen die elektrischen Antriebe kein wesentliches Risiko für einen Serieneinsatz dar. Welche Batterietechnologie letztlich zum Einsatz kommt, kostengünstige Blei-Systeme oder teurere, leistungsfähigere Systeme entscheidet der spezielle Anwendungsfall. Für den Stadteinsatz ausreichende Fahrleistungen lassen sich mit der vorhandenen Blei-Technologie erzielen. Speziell für Elektrotraktion entwickelte Fahrzeugkonzepte können die wesentlichen Anforderungen und Randbedingungen bezüglich Technik, Ökonomie und Ökologie ohne Kompromisse erfüllen.
Die Sicherheit solcher meist relativ leichten Fahrzeuge entspricht bei richtiger Anwendung der verfügbaren Technologien denen heutiger Fahrzeuge. Durch den lärmarmen und lokal emissionsfreien Betrieb können sie einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Umweltsituation in Ballungsräumen leisten. Der Primärenergiebedarf und die globalen Emissionen befinden sich dabei in etwa auf dem Niveau konventioneller Fahrzeuge oder sie sind sogar geringer. Somit stellt die Technik keinen Faktor mehr dar, der die Akzeptanz eines Nutzers negativ beeinflussen sollte.
Unbestritten und problematisch sind die höheren Kosten und damit die schlechtere Wirtschaftlichkeit von Elektrostraßenfahrzeugen. Dies faßt
Bild 21 anschaulich zusammen. Die technischen Probleme sind gelöst und stehen einer Einführung nicht im Wege, während die Kosten das Elektrofahrzeug negativ belasten. Einen Ausschlag zu Gunsten des Elektrofahrzeuges kann die Politik bewirken. Ein sich im Wettbewerb kontinuierlich entwickelnder Nischenmarkt wird daher nur durch entsprechende gesetzliche und politische Rahmenbedingungen entstehen. Kalifornien oder Japan liefern hier wesentliche Impulse. Ähnliche Maßnahmen in Europa wären wünschenswert und könnten helfen, den in einigen Bereichen noch technologischen Vorsprung Europas wirtschaftlich umzusetzen. Entscheidend für die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen durch den Kunden sind letztlich seine Einstellung zur Elektrotraktion und die zu tragenden Gesamtkosten. Neuartige Ansätze zur Realisierung des individuellen Mobilitätsanspruch, in denen Elektrostraßenfahrzeuge als mögliche und sinnvolle Alternative eine tragende Rolle spielen, können hier nützliche Beiträge liefern. Trotzdem bleibt es wohl weiterhin unerläßlich, daß die höheren Kosten ausgeglichen werden, sei es durch direkte Begünstigungen für den Nutzer, oder Restriktionen für konventionelle Fahrzeuge, so daß Elektrofahrzeuge einen höheren Gebrauchsnutzen erzielen.
Literaturverzeichnis
[1] V. Schindler
Konzepte für kleine Fahrzeuge bei BMW
Veranstaltungsunterlagen Haus der Technik: Stadtfahrzeug im Zielkonflikt von Sicherheit, Ökonomie, Ökologie und Mobilität 1994
[2] L. Mikulic, G. Knörzer, et al.
Elektrofahrzeug der Zukunft - Lösungsansätze und Technologie
Automobiltechnische Zeitschrift 96 1994
[3] G. Henneberger, J.H. Hadji-Minaglou
Entwurf und Vergleich verschiedener Motortypen für den Einsatz in Elektrofahrzeugen,
4. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik 1993
[4] F. Walz
Das Sicherheitspotential von Leichtfahrzeugen
Veranstaltungsunterlagen Haus der Technik: Stadtfahrzeug im Zielkonflikt von Sicherheit, Ökonomie, Ökologie und Mobilität 1994
[5] F.H. Brämig, K. Hoehl, P.Catchpole, R.G. Keil
Sicherheit von Elektrostraßenfahrzeugen,
4. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik 1993
[6] H. Hautzinger
Neue Ergebnisse zur Pkw-Nutzung: Konsequenzen für innovative Fahrzeugkonzepte
Veranstaltungsunterlagen Haus der Technik: Stadtfahrzeug im Zielkonflikt von Sicherheit, Ökonomie, Ökologie und Mobilität 1994
[7] G. Reichart, G. Obert
Personal Travel Assistant - ein neues Konzept zur persönlichen Mobilitätsplanung im intermodalen Transport
5. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik 1995
