1. Elektromobilität

Question 1

1 Tonne CO2 entspricht pro Jahr?

Answer 1

• 5400km mit dem Auto fahren
• 320l Öl zum erwärmen
• 7000km mit dem Flugzeug

Question 2

Welche Energiedichten gibt es?
geringe, mittlere, hohe Energiedichte?

Answer 2

• Mechanische Speicher(sehr geringe)
• Elektrische Speicher(geringe)
• Wärmespeicher(mittlere)
• Chemische Speicher(mittlere bis hohe)

Question 3

Strom aus CO2-freien Quellen über … für Fahrzeuge ist der effizienteste Weg zur …
der CO2-Emissionen im Straßenverkehr

Answer 3

• Batterien
• Reduktion

Question 4

Flächenverbrauch Biotreibstoff vs. Elektroantrieb

1. Ertrag aus Biomasse der
2. Generation BTL
3. Ertrag aus Photovoltaik in
   Deutschland

–> 16x höherer Fahrleistungsertrag von PV gegenüber Biomasse

Answer 4

1. 60.000 km/ha/Jahr
2. > > 1.000.000 km/ha/Jahr

Question 5

Energieeffizienz Brennstoffzellen- vs. Elektrofahrzeug

1. Nutzungsgrad bei
   Brennstoffzellenfahrzeugen
2. Nutzungsgrad bei batterie-
   getriebenen Elektrofahrzeugen:

–> Eingangsenergiebedarf bei Wasserstoffnutzung etwa 2,5 x höher
als bei Elektrofahrzeugen

Answer 5

1. 25-30%
2. 70-75%

Question 6

1. Hybridfahrzeug
   Speicher ca. 1 kWh, Ladung …, … zwischen
   5% (Mikrohybrid) und 20% (Vollhybrid)
2. Plug-In Hybrid
   Speicher 5 – 10 kWh, Ladung …,
   50 – 70 km Reichweite ohne Treibstoff,
   mit Verbrennungmotor: volle …,
   volle …
3. Elektrofahrzeug
   Speicher 15 – 40 kWh, Ladung …,
   100 – 200 km Reichweite … Treibstoff

Answer 6

• nur während Fahrt
• Treibstoffeinsparung
• aus dem Netz
• Reichweite
• Leistungsfähigkeit
• aus dem Netz
• ohne

Question 7

• Das exponentielle Wachstum der Ladeinfrastruktur wird sich weiter …
• Die große Mehrheit (84%) aller Stationen sind … Langsam-Lader

Answer 7

• fortsetzen
• private

Question 8

Vorraussetzungen für Batterieleistung?Was passiert bei Steigung der Energiedichte?

Answer 8

• Leistungsdichte (sink)
• Energiedichte
• Kosten(positive auswirkung)
• Kalendarische Lebensdauer
• Lebensdauer (sink)
• Sicherheit (sink)

Question 9

Li-Ion-Batterien werden für längere Zeit die Elektromobilität dominieren.

■ µ-Hybride
■ 48 V Bordnetz
■ Mild- und Voll-Hybridfahrzeuge

■ Plug-In Hybridfahrzeuge
■ Elektrofahrzeuge bis 150 km

■ Elektrofahrzeuge > 300 km

Answer 9

1. werden auch längerfristig heutige
   Technologien nutzen
2. können mit heutiger Technologie realisiert werden
3. höhere Energiedichten notwendig (vor allem wegen Kosten)

Question 10

Lithium-Luft-Batterien
■ Theoretische Energiedichte von Lithium
… ?(ohne Sauerstoff)

■ Praktische Energiedichte von … wäre
prima ! (inkl. Sauerstoff)

Answer 10

• > 13 kWh/kg
• 1 kWh/kg

Question 11

Formel für die Crate

Answer 11

Ladeleistung [kW] geteilt durch Batterieleistung [kWh]

Question 12

Was sind die Herausforderungen für Li-Ionen-Batterie bei hohen Laderaten?

Answer 12

• Leistungsorientiertes Design
• Kühlsysteme
• Erhöhte Batteriespannung
• Risiko des beschleunigten Alterns durch Lithium Plating

Question 13

Die Ausrichtung auf eine höhere Leistungsdichte bedeutet…
… -> … -> … -> …
=> Höhere Kosten auf Zellenlevel und auf Systemlevel

Answer 13

• Niedrigere Energiedichte
• mehr Gewicht
• mehr Material
• mehr Produktionskapazität
  erforderlich

Question 14

Was sind die Temperaturregelungsprobleme beim Laden mit 350 kW?

Answer 14

• Effizienz der Batterie bei 5 C-Rate während des Ladevorgangs bei etwa 88 - 93%
• Aktives Flüssigkühlsystem vonnöten
  
  • für Ladekabel & Batterie
• Relativ kleine Zellen nötig, um Überhitzung im Zentrum der Zellen zu vermeiden
• Kühlsystem in der Ladestation? Sehr wahrscheinlich!

Question 15

Hochleistungsladen benötigt Batterien mit hohen Spannungen: 800 bis 1000 V
-> ~ 400 A
■ Hohe Spannung bedeutet eine große Menge an … …
■ Lebensdauer gekoppelt an
die … Zelle in der
Reihenschaltung
■ Zuverlässigkeit … …

Answer 15

• reihengeschalteter Zellen
• schwächste
• nimmt ab

Question 16

■ Das Plating hängt ab von? (6 punkte)

■ Plating sorgt für?(2 punkte)

Answer 16

□ Stromrate
□ Temperatur
□ Material
□ Internem Zellendesign
□ Ladestatus
□ Gesundheitsstatus

□ Raschen Kapazitätsverlust
□ Kurzschlussrisiko

Question 17

Herausforderungen an Li-Ionen-Batterien bei hohen Laderaten?

=> Ultrahochleistungsladen wird Gewichts- und Kostenersparnissen widersprechen,
höchstwahrscheinlich nur sinnvoll für Fahrzeuge mit Batterien&raquo_space; 60 kWh

Answer 17

• Leistungsorientiertes Design(Gewicht, Kosten)
• Kühlsysteme
  -> Aktive Kühlung vonnöten
• Erhöhte Batteriespannung
  -> Mehr Zellen in Reihenschaltung erfordern mind. Verdopplung der Anzahl an in Reihe
  geschalteten Zellen
  -> Leistung und Lebensdauer abhängig von schwächster Zelle
• Risiko des vorschnellen Alterns durch Lithium plating
  -> Erfordert spezielles Material und Zellendesign
  -> Erfordert ausgeklügelte Temperaturregelung (“Anheizen” vorm Laden)

Question 18

SWOT-Analyse von Schnellladestrategien
A. Interen
1. Stärken
2. Schwächen

Answer 18

A.1. - Stationäre Ladestation
- Hochleistung verfügbar für weitere
Stromnetzangebote

2. • Lebensdauer der Batterie durch Überhitzung
     negativ beeinflusst
     
     • Aktives Kühlungssystem vonnöten
     • Hochleistungszellen (PHEV) vonnöten
     • Hochleistungsvernetzung vonnöten
     • Gesamtstromnachfrage an Netzdienstleistungen
       sehr bald über V2G geregelt
     • Huhn-Ei-Problem: Infrastruktur vonnöten, damit
       Autos gekauft werden

Question 19

SWOT-Analyse von Schnellladestrategien
B. Extern
1. Möglichkeiten
2. Gefahren

Answer 19

1. • Rasche Fahrzeugverfügbarkeit
   • Elektrofahrzeuge mit Schnellladesystem ähneln konventionellen Autos
   • Hochenergiezellen mit Schnellladefähigkeit in Entwicklung
   • Möglichkeit der Elektrifizierung von Bussen und Flotten

Question 20

Übersicht zur überlagerten Fahrzeugnutzung (3 punkte)

Answer 20

• Smart Charging
• Vehicle-to-home
• Vehicle-to-grid

Question 21

Vehicle-to-Home: Einsatz des Fahrzeugs als Heimspeicher
1. Motivation
2. Betrieb
3. Herausforderung

Answer 21

1. • Einspeisevergütung viel geringer als der Strompreise -> Eigenverbrauch wird attraktiv
     
     • Zusätzliche Zyklen belasten die Batterie eher wenig
2. • Ladung des Fahrzeugs zu Zeiten
     hoher PV-Erzeugung
     
     • Entladung des Fahrzeugs in den Abend- und Nachtstunden
3. • Fahrzeug nicht immer vor Ort
     
     • Verluste bei niedrigen Leistungen
     • Schnittstellen