Definition des Technologiefeldes

Als Alternative zu den heute üblichen Benzin- und Dieselmotoren sind im Pkw- Bereich derzeit verschiedene elektrische Antriebskonzepte verfügbar, die keine oder deutlich weniger klimarelevante Emissionen verursachen. Dabei lassen sich folgende Antriebstechnologien bzw. -komponenten unterscheiden:

• Reine batterieelektrische Pkw (Battery Electric Vehicle, BEV) sind vom kleinsten Fahrzeugsegment der Minis bis zu leistungsstarken Sportwagen verfügbar.
• Zur Erhöhung der Reichweite können Range-Extender (Range Extender Electric Vehicle, REEV) genutzt werden. Der Range-Extender ist heute ein benzinbetriebener Stromgenerator, der die Batterie während der Fahrt kontinuierlich oder nach Bedarf bei niedrigem Ladezustand nachlädt. 
• Das Plug-in-Hybridfahrzeug (Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) verfügt über zwei vollständige Antriebsstränge: einen batterieelektrischen Antrieb und einen klassischen Verbrennungsmotor. Beide Antriebe können einzeln oder im System für den Fahrbetrieb verwendet werden. 
• Neben den Antriebstechnologien ist die Ladeinfrastruktur eine notwendige Voraussetzung für Elektromobilität.

Aktueller Stand der Technologie

Bei batterieelektrischen Pkw (BEV) ermöglichen die verbauten Batterien Normreichweiten zwischen 100 und 500 km, teilweise auch über 500 km. In Verbindung mit einem Netzwerk von Ladepunkten mit hohen Gleichstromleistungen (DCLeistungen) von 50 kW und darüber ist die Ladung von Batterien innerhalb kurzer Zeit möglich. Für die Ladung von sehr großen Batterien wird eine maximale DCLadeleistung von zunächst 150 kW und danach bis zu 400 kW angestrebt. Bei Plug-in-Hybridfahrzeugen (PHEV) beträgt die Normreichweite im reinen Elektrobetrieb heute zumeist um 50 km. Während der Fahrt wird der Batteriespeicher durch die Rückgewinnung von Bremsenergie oder den vom Verbrennungsmotor angetriebenen und generatorisch arbeitenden Elektroantrieb geladen. Das Plug-in- Konzept erlaubt auf kurzen Strecken die rein elektrische Fahrt. In Verbindung mit einer günstig verteilten Ladeinfrastruktur ist eine Vielzahl von täglich anfallenden Wegen rein elektrisch möglich. Eine längere Wegstrecke wird mit dem Verbrennungsmotor bewältigt. Ein Fahrzeugwechsel ist ebenso wenig erforderlich wie ein dichtes elektrisches Ladenetzwerk. Diesem Vorteil steht der hohe Aufwand der Hybridtechnik entgegen. Mit zunehmender Leistungsfähigkeit des Batteriespeichers bei gleichzeitiger Senkung der Speicherkosten wird mittel- bis langfristig die Plug-in- Hybridtechnik aufgrund des hohen Aufwandes reinen batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) oder anderen regenerativen Antriebstechnologien weichen. In den vergangenen Jahren wurde eine Vielzahl von F&E-Programmen zur Elektromobilität durchgeführt. Dies gilt sowohl für die Fahrzeugtechnologie als auch die Vorbereitung und Schaffung von nationalen und internationalen Standards zur Ladung von Fahrzeugbatterien sowie zur Integration von Elektrofahrzeugen in das elektrische Versorgungsnetz. Insbesondere mit den Vorhaben der Modellregionen und der Schaufenster Elektromobilität wurde Forschung und Entwicklung im Bereich der Elektromobilität breit gefördert. Die Begleit- und Wirkungsforschung zum Schaufenster-Programm Elektromobilität hat für den energiewirtschaftlich relevanten Teil der Ladeinfrastruktur festgestellt, dass gesteuertes Laden der Fahrzeuge nur nach den Anreizen des übergeordneten Strommarktes zu Netzbelastungen führen könnte. Wenn jedoch auch Informationen des lokalen Verteilnetzes mit berücksichtigt werden, können Elektrofahrzeuge eine günstige Nutzung des Stromnetzes ermöglichen. Hierfür ist eine zielführende systematische Vernetzung der E-Mobilität mit dem Stromnetz und der Energiewirtschaft erforderlich.

Die Funktion der Energierückspeisung in das elektrische Netz (Vehicle-to-Grid – V2G) wurde in verschiedenen F&E-Vorhaben untersucht. Unter den heutigen Bedingungen ist V2G technisch möglich, jedoch wirtschaftlich schwierig umsetzbar. Mit den parallel laufenden Entwicklungen von Mieterstrommodellen und lokalen Gleichstromnetzen könnte sich dies bei geeigneten Rahmenbedingungen jedoch ändern. Für die Einsatztauglichkeit von E-Pkw auf langen Strecken wird an Hochleistungsladetechnologien gearbeitet, die die Gleichstrom-Schnellladung der Fahrbatterie mit Leistungen bis zu 400 kW zum Ziel haben. Diese hat auch das Einsatzpotenzial für batterieelektrische Lkw und Busse.

Das Laden der Fahrbatterie mittels kabellosen induktiven Ladens ist ein weiteres Technologiefeld, in dem geforscht und entwickelt wird. Die kabellose Ladetechnologie soll zukünftig die Arbeit erledigen, das Fahrzeug mit dem Ladepunkt manuell mit einem Ladekabel (konduktiv) zu verbinden. Dies wird beispielsweise bei schlechtem Wetter oder kalter Jahreszeit als komfortabel wahrgenommen. Aktuell laufen Forschungsvorhaben mit internationaler Unternehmensbeteiligung, um Empfehlungen für eine interoperable induktive Ladetechnik zu erarbeiten. Die Empfehlungen sollen in die nationale und internationale technische Standardisierungsarbeit einfließen.

Quellen