Batterie Elektrofahrzeug - Battery electric vehicle

Der Nissan Leaf (links) und das Tesla Model S (rechts) waren 2018 die meistverkauften Elektroautos der Welt .
Lade Peugeot E208 auf hohe Leistungsladestation

Ein Batterie - Elektrofahrzeug ( BEV ), reines Elektrofahrzeug , nur-Elektrofahrzeug oder alles-Elektrofahrzeug ist eine Art von Elektrofahrzeug (EV) , die ausschließlich verwendet chemische Energie in gespeicherte Akku - Pack , ohne Sekundärantriebsquelle (zB Wasserstoff Brennstoffzelle, Verbrennungsmotor usw.). BEVs verwenden Elektromotoren und Motorsteuerungen anstelle von Verbrennungsmotoren (ICEs) für den Antrieb. Sie beziehen die gesamte Energie aus Batteriepacks und haben somit keinen Verbrennungsmotor, keine Brennstoffzelle oder keinen Kraftstofftank . BEVs umfassen – sind aber nicht beschränkt auf – Motorräder, Fahrräder, Roller, Skateboards, Triebwagen, Wasserfahrzeuge, Gabelstapler, Busse, Lastwagen und Autos.

Im Jahr 2016 wurden weltweit 210 Millionen Elektrofahrräder täglich genutzt. Der kumulierte weltweite Absatz von autobahntauglichen leichten reinen Elektroautos hat im September 2016 die Marke von einer Million Einheiten überschritten. Ab Oktober 2020 ist das Tesla Model 3 das weltweit meistverkaufte vollelektrische Auto in der Geschichte mit geschätzten 645.000 Verkäufen , gefolgt vom Nissan Leaf mit über 500.000 verkauften Exemplaren ab September 2020.

Geschichte

Im Jahr 1884 baute Thomas Parker  in Wolverhampton ein praktisches Serien-Elektroauto mit seinen eigenen, speziell entwickelten wiederaufladbaren Batterien mit hoher Kapazität. Erstmals im Jahr 1889 eingeführt, wurden die Milchwagen für Batteriefahrzeuge 1931 erweitert und gaben Großbritannien 1967 die größte Elektrofahrzeugflotte der Welt.

Terminologie

Hybrid-Elektrofahrzeuge verwenden sowohl Elektromotoren als auch Verbrennungsmotoren und gelten nicht als reine oder vollelektrische Fahrzeuge.

Hybrid - Elektrofahrzeug , deren Batterien , die extern geladen werden kann , werden genannt Plug-in - Hybridelektrofahrzeuge (PHEV) und als BEVs während ihres liefen Ladungsentleerungsmodus. PHEVs mit einer Reihe Antriebsstrang ist auch mit erweiterter Reichweite von Elektrofahrzeugen (REEV), wie das genannte Chevrolet Volt und Fisker Karma .

Plug-in-Elektrofahrzeuge (PEVs) sind eine Unterkategorie von Elektrofahrzeugen , die batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) und Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEVs) umfasst.

Die Elektrofahrzeug-Umrüstungen von Hybrid-Elektrofahrzeugen und konventionellen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor (auch bekannt als reine Verbrennungsmotoren) gehören zu einer der beiden Kategorien.

In China werden Plug-in-Elektrofahrzeuge zusammen mit Hybrid-Elektrofahrzeugen als New Energy Vehicles (NEVs) bezeichnet. In den Vereinigten Staaten sind Nachbarschafts-Elektrofahrzeuge (NEVs) jedoch batterieelektrische Fahrzeuge, die gesetzlich auf Straßen mit ausgewiesenen Geschwindigkeitsbegrenzungen von nicht mehr als 72 km/h beschränkt sind und normalerweise für eine Höchstgeschwindigkeit von . gebaut werden 30 Meilen pro Stunde (48 km/h) und haben ein maximales Ladegewicht von 3.000 Pfund (1.400 kg).

Fahrzeuge nach Typ

Das Konzept von batterieelektrischen Fahrzeugen besteht darin, geladene Batterien an Bord von Fahrzeugen zum Antrieb zu verwenden. Batterie-Elektroautos werden mit den höheren Ölpreisen und der Weiterentwicklung der neuen Batterietechnologie ( Lithium-Ionen ) mit höherer Leistungs- und Energiedichte (dh größere Beschleunigungsmöglichkeit und mehr Reichweite mit weniger Batterien) immer attraktiver . Im Vergleich zu älteren Batterietypen wie Blei-Säure-Batterien. Lithium-Ionen-Batterien beispielsweise haben jetzt eine Energiedichte von 0,9–2,63 MJ/L, während Blei-Säure-Batterien eine Energiedichte von 0,36 MJ/L (also 2,5 bis 7,3x höher) aufwiesen. Im Vergleich zu erdölbasierten Kraftstoffen und Biokraftstoffen ist es jedoch noch ein weiter Weg (Benzin mit einer Energiedichte von 34,2 MJ/L -38x bis 12,92x höher - und Ethanol mit einer Energie von 24 MJ/L -26x bis 9,12x höher-).

BEVs gehören Autos , leichte Lastwagen und Nachbarschaft Elektrofahrzeuge .

Schiene

EV-E301 batterieelektrischer Triebzug auf der Karasuyama-Linie , Japan

In Japan werden batterieelektrische Züge in Form von BEMUs (Battery Electric Multiple Units) kommerziell betrieben . Geladen werden sie über Stromabnehmer , entweder bei Fahrten auf elektrifizierten Bahnstrecken oder bei Haltestellen an speziell ausgestatteten Bahnhöfen. Sie nutzen Batteriestrom für den Antrieb beim Fahren auf nicht elektrifizierten Bahnstrecken und haben auf einigen dieser Strecken erfolgreich Dieseltriebzüge ersetzt .

Auch andere Länder haben solche Fahrzeuge getestet oder bestellt.

Elektrobus

BYD K9A in Guangzhou

Chattanooga, Tennessee, betreibt neun gebührenfreie Elektrobusse, die seit 1992 in Betrieb sind und 11,3 Millionen Passagiere befördert und eine Entfernung von 3.100.000 Kilometern (1.900.000 Meilen) zurückgelegt haben. Sie wurden lokal von Advanced Vehicle Systems hergestellt. Zwei dieser Busse wurden bei den Olympischen Sommerspielen 1996 in Atlanta eingesetzt.

Im Sommer 2000 begann der Flughafen Hongkong mit dem Betrieb eines elektrischen Shuttlebusses von Mitsubishi Rosa für 16 Passagiere , und im Herbst 2000 begann New York City mit der Erprobung eines batteriebetriebenen Schulbusses mit 66 Passagieren , einer vollelektrischen Version von der Blue Bird TC/2000 . Ein ähnlicher Bus wurde 14 Monate lang in Napa Valley, Kalifornien, betrieben und endete im April 2004.

Bei den Olympischen Spielen 2008 in Peking wurde eine Flotte von 50 Elektrobussen eingesetzt, die bei eingeschalteter Klimaanlage eine Reichweite von 130 km haben. Sie verwenden Lithium-Ionen- Batterien und verbrauchen etwa 1 kWh/mi (0,62 kWh/km; 2,2 MJ/km). Die Busse wurden vom Beijing Institute of Technology entworfen und vom Jinghua Coach gebaut. An der Ladestation werden die Batterien durch vollgeladene ersetzt, um einen 24-Stunden-Betrieb der Busse zu ermöglichen.

In Frankreich ist das Elektrobus-Phänomen in der Entwicklung, aber einige Busse fahren bereits in zahlreichen Städten. PVI, ein mittelständisches Unternehmen mit Sitz in der Region Paris, ist mit seiner Marke Gepebus (mit Oreos 2X und Oreos 4X ) einer der Marktführer .

In den USA ist seit September 2010 der erste batterieelektrische Schnellladebus im kalifornischen Pomona bei Foothill Transit im Einsatz . Der Proterra EcoRide BE35 verwendet Lithium-Titanat-Batterien und kann in weniger als 10 Minuten schnell aufgeladen werden .

Im Jahr 2012 trugen schwere Lkw und Busse 7 % zu den Emissionen der globalen Erwärmung in Kalifornien bei.

Im Jahr 2014 wurde der erste vollelektrische Schulbus in Serie an den Kings Canyon Unified School District im kalifornischen San Joaquin Valley geliefert . Der Bus war einer von vier, die der Bezirk bestellt hatte. Dieser batterieelektrische Schulbus mit 4 Natrium-Nickel-Batterien ist der erste moderne elektrische Schulbus, der von einem Staat für die Schülerbeförderung zugelassen ist.

Im Jahr 2016 gab es in Kalifornien einschließlich der leichten schweren Nutzfahrzeuge rund 1,5 Millionen schwere Nutzfahrzeuge.

Der erste vollelektrische Schulbus im Bundesstaat Kalifornien hält vor dem kalifornischen Kapitol in Sacramento.

Dieselbe Technologie wird verwendet, um die Mountain View Community Shuttles anzutreiben. Diese Technologie wurde von der California Energy Commission unterstützt und das Shuttle-Programm wird von Google unterstützt.

Donnerhimmel

Thunder Sky (mit Sitz in Hongkong) baut Lithium-Ionen-Batterien für U-Boote und verfügt über drei Modelle von Elektrobussen, den 10/21 Passagier EV-6700 mit einer Reichweite von 280 km (170 mi) unter 20 Minuten Schnellladung, den EV-2009-Stadtbusse und der 43-Passagier-Autobahnbus EV-2008, der eine Reichweite von 300 km (190 mi) bei Schnellladung (20 Minuten bis 80 Prozent) und 350 km (220 mi) bei voller Ladung hat ( 25 Minuten). Die Busse werden auch in den USA und Finnland gebaut.

Kostenlos Tindo

Tindo ist ein vollelektrischer Bus aus Adelaide, Australien . Der Tindo (Aborigine-Wort für Sonne) wird von Designline International in Neuseeland hergestellt und bezieht seinen Strom von einer Solar-PV- Anlage am zentralen Busbahnhof von Adelaide . Fahrten sind Null-Tarif im Rahmen der öffentlichen Verkehrsmittel Adelaide.

Erster batterieelektrischer Nahverkehrsbus mit Schnellladefunktion

Der Transitbus EcoRide BE35 von Proterra, von Foothill Transit in West Covina, Kalifornien, Ecoliner genannt, ist ein batterieelektrischer Hochleistungsbus mit Schnellladefunktion. Das ProDrive-Antriebssystem von Proterra verwendet einen UQM- Motor und regeneratives Bremsen, das 90 Prozent der verfügbaren Energie auffängt und an das TerraVolt-Energiespeichersystem zurückgibt, was wiederum die Gesamtfahrleistung des Busses um 31 bis 35 Prozent erhöht. Er kann mit einer einzigen Ladung 30 bis 40 Meilen (48 bis 64 km) zurücklegen, ist bis zu 600 Prozent kraftstoffsparender als ein typischer Diesel- oder CNG-Bus und produziert 44 Prozent weniger CO2 als CNG. Proterra-Busse hatten mehrere Probleme, vor allem in Philadelphia, wo die gesamte Flotte außer Betrieb genommen wurde.

Elektro-Lkw

Während des größten Teils des 20. Jahrhunderts waren die meisten batterieelektrischen Straßenfahrzeuge der Welt britische Milchflosser . Das 21. Jahrhundert erlebte die massive Entwicklung von BYD- Elektro-Lkw.

Elektrotransporter

Im März 2012 kündigte Smith Electric Vehicles die Markteinführung des Newton Step-Van an, ein vollelektrisches, emissionsfreies Fahrzeug auf der vielseitigen Newton-Plattform mit begehbarer Karosserie des in Indiana ansässigen Unternehmens Utilimaster .

BYD beliefert DHL mit einer elektrischen Distributionsflotte von kommerziellen BYD T3 .

Vergleich der EPA- bewerteten Reichweite für US-Elektroautos des Modelljahres 2020 bis Januar 2020.

Elektrische Autos

Eine batteriebetriebene Elektroauto ist ein Automobil , das wird angetrieben von Elektromotoren .

Obwohl Elektroautos oft eine gute Beschleunigung und eine allgemein akzeptable Höchstgeschwindigkeit bieten, bedeutet die niedrigere spezifische Energie der 2015 erhältlichen Produktionsbatterien im Vergleich zu kohlenstoffbasierten Kraftstoffen , dass Elektroautos Batterien benötigen, die einen relativ großen Anteil der Fahrzeugmasse ausmachen, aber dennoch häufig liefern eine relativ geringe Spanne zwischen den Ladungen. Auch das Aufladen kann sehr lange dauern. Für Fahrten mit nur einer Batterieladung statt für lange Fahrten sind Elektroautos praktische Fortbewegungsmittel und können über Nacht aufgeladen werden.

Elektroautos können die Umweltverschmutzung in der Stadt erheblich reduzieren, indem sie keine Auspuffemissionen haben . Die Treibhausgaseinsparungen bei Fahrzeugen hängen davon ab, wie der Strom erzeugt wird.

Elektroautos haben einen großen Einfluss auf die Autoindustrie, da die Umweltverschmutzung in den Städten , die geringere Abhängigkeit von Öl und Verbrennung sowie die Knappheit und der erwartete Anstieg der Benzinpreise bedingt sind. Die Regierungen der Welt versprechen Milliarden, um die Entwicklung von Elektrofahrzeugen und deren Komponenten zu finanzieren.

Die Formel E ist eine vollelektrische internationale Einsitzer-Meisterschaft. Die Serie wurde 2012 konzipiert und die erste Meisterschaft startete am 13. September 2014 in Peking. Die Serie wird von der FIA genehmigt. Alejandro Agag ist der aktuelle CEO der Formel E.

Die Formel-E-Meisterschaft wird derzeit von zehn Teams mit je zwei Fahrern bestritten (nach dem Rückzug des Team Trulli sind es vorübergehend nur noch neun Teams). Rennen finden in der Regel auf temporären Stadtkursen in der Innenstadt statt, die etwa 2 bis 3,4 Kilometer lang sind. Derzeit findet nur der Mexico City ePrix auf einem Straßenkurs statt, einer modifizierten Version des Autódromo Hermanos Rodríguez.

Elektrofahrzeuge für Behinderte, in Årdalstangen, Norwegen
Elektrofahrzeuge für Behinderte in Årdalstangen , Norwegen

Sonderfahrzeuge

Sonderfahrzeuge kommen in einer Vielzahl von Arten, von relativ geläufigen wie Golfwagen , Dinge wie Elektro - Golfwagen , Milch schwimmt , alle Geländefahrzeuge , Nachbarschaft Elektrofahrzeuge , und eine breite Palette von anderen Geräten. Bestimmte Hersteller spezialisieren sich auf elektrisch betriebene "In Plant"-Arbeitsmaschinen.

Ather 450, ein indischer Elektroroller, der derzeit produziert wird.

Elektromotorräder, Roller und Rikschas

Zu den dreirädrigen Fahrzeugen gehören elektrische Rikschas , eine angetriebene Variante der Fahrradrikscha . Die großflächige Einführung von Elektro-Zweirädern kann Verkehrslärm und Straßenüberlastung reduzieren, kann jedoch Anpassungen der bestehenden städtischen Infrastruktur und Sicherheitsvorschriften erforderlich machen.

Ather Energie aus Indien ihrem ins Leben gerufen hat BLDC - Motor angetrieben Ather 450 Elektroroller mit Lithium - Ionen - Batterien im Jahr 2018. Auch aus Indien, AVERA - ein neues und erneuerbaren Energien spezialisiertes Unternehmen wird am Ende 2018 zwei Modelle des Elektrorollers starten, mit Lithium Technologie der Eisenphosphat-Batterie .

Elektrofahrräder

Indien ist mit 22 Millionen Einheiten pro Jahr der weltweit größte Markt für Zweiräder. Bis 2024 werden elektrische Zweiräder ein Markt von 2 Milliarden US-Dollar sein, von dem über 3 Millionen Einheiten in Indien verkauft werden. Die indische Regierung startet Programme und Anreize, um die Einführung von Elektrofahrzeugen im Land zu fördern, und strebt an, innerhalb der nächsten fünf Jahre ein Produktionszentrum für Elektrofahrzeuge zu werden.

Eine Person, die in Tokio ein Elektrofahrrad fährt .
Pedelecs des Call a Bike Fahrradverleihs in Berlin .

China hat ein explosives Wachstum der Verkäufe von nicht unterstützten E-Bikes einschließlich Roller-Typen erlebt, wobei der Jahresabsatz von 56.000 Einheiten im Jahr 1998 auf über 21 Millionen im Jahr 2008 gestiegen ist und Anfang 2010 schätzungsweise 120 Millionen E-Bikes auf den Straßen erreicht wurden China ist mit 22,2 Millionen produzierten Einheiten im Jahr 2009 der weltweit führende Hersteller von E-Bikes.

Persönliche Transporter

Eine zunehmende Vielfalt von persönlichen Transportern wird hergestellt, einschließlich der einrädrigen selbstbalancierenden Einräder , selbstbalancierenden Roller , Elektro-Tretroller und Elektro-Skateboards .

Elektroboote

Mehrere batterieelektrische Schiffe sind auf der ganzen Welt im Einsatz, einige für Geschäftszwecke. Elektrische Fähren werden betrieben und gebaut.

Technologie

Kraftstoffverbrauch in Fahrzeugkonstruktionen
Fahrzeugtyp Kraftstoffverbrauch
All-Benzin-Fahrzeug Die meiste Verwendung von Erdöl
Normales Hybrid-
Elektrofahrzeug
Weniger Verbrauch von Erdöl,
aber nicht anschließbar
Plug-in-Hybridfahrzeug Weniger Erdölverbrauch,
Reststromverbrauch
Vollelektrisches Fahrzeug
(BEV, AEV)
Verwendet ausschließlich Strom


Motorsteuerungen

Die Motorsteuerung erhält ein Signal von Potentiometern, die mit dem Gaspedal verbunden sind, und ermittelt anhand dieses Signals, wie viel elektrische Leistung benötigt wird. Dieser Gleichstrom wird vom Akkupack geliefert, und die Steuerung regelt die Stromversorgung des Motors, indem er je nach Motortyp entweder Gleichstrom mit variabler Impulsbreite oder Wechselstrom mit variabler Frequenz mit variabler Amplitude liefert. Der Controller übernimmt auch das regenerative Bremsen , wobei beim Verlangsamen des Fahrzeugs elektrische Energie gesammelt wird und diese Energie die Batterie auflädt. Neben dem Leistungs- und Motormanagement führt die Steuerung verschiedene Sicherheitsprüfungen wie Anomalieerkennung, Funktionssicherheitstests und Fehlerdiagnose durch.

Batteriepack

Lernkurve von Lithium-Ionen-Batterien: Der Preis für Batterien ist in drei Jahrzehnten um 97 % gesunken.

Die meisten Elektrofahrzeuge verwenden heute eine elektrische Batterie , die aus elektrochemischen Zellen mit externen Anschlüssen besteht, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen.

Batterietechnologie für EVs wird von früh entwickelt Blei-Säure - Batterien im späten 19. Jahrhundert bis in den 2010er Jahren, verwendeten Lithium-Ionen - Batterien , die in den meisten EVs heute zu finden sind. Die Gesamtbatterie wird als Batteriepaket bezeichnet , das eine Gruppe von mehreren Batteriemodulen und -zellen ist. Zum Beispiel hat das Tesla Model S Batteriepack bis zu 7.104 Zellen, aufgeteilt in 16 Module mit 6 Gruppen von jeweils 74 Zellen. Jede Zelle hat je nach chemischer Zusammensetzung eine Nennspannung von 3-4 Volt .

Motoren

Elektroautos haben traditionell seriengewickelte Gleichstrommotoren verwendet, eine Form von bürstenbehafteten Gleichstrommotoren . Fremderregte und Permanentmagnete sind nur zwei der verfügbaren Arten von Gleichstrommotoren. In neueren Elektrofahrzeugen werden verschiedene Arten von Wechselstrommotoren verwendet, da diese einfacher zu bauen sind und keine Bürsten haben, die sich abnutzen können. Dies sind normalerweise Induktionsmotoren oder bürstenlose AC-Elektromotoren, die Permanentmagnete verwenden. Es gibt mehrere Variationen des Permanentmagnetmotors, die einfachere Antriebsschemata und/oder niedrigere Kosten bieten, einschließlich des bürstenlosen Gleichstrom-Elektromotors .

Sobald der Motor (von der Steuerung) mit Strom versorgt wird, dreht die Wechselwirkung des Magnetfelds im Inneren des Motors die Antriebswelle und schließlich die Räder des Fahrzeugs.

Wirtschaft

Video zum Einsatz eines Elektrofahrzeugs in einem Smart Grid .

Die Batteriespeicherung von Elektrofahrzeugen ist ein Schlüsselelement für die globale Energiewende, die derzeit auf mehr Stromspeicherung angewiesen ist. Da die Energieverfügbarkeit der wichtigste Faktor für die Vitalität einer Volkswirtschaft ist, kann die mobile Speicherinfrastruktur von EV-Batterien als eines der bedeutendsten Infrastrukturprojekte angesehen werden, die die Energiewende zu einer vollständig nachhaltigen Wirtschaft auf Basis erneuerbarer Energien erleichtern. Eine Metastudie, die die Bedeutung der Stromspeicherung grafisch aufzeigt, stellt die Technologie im Kontext dar.

Umweltbelastung

Stromerzeugung

Elektrofahrzeuge verursachen im Betrieb keine Treibhausgasemissionen (THG) , aber der Strom, der für ihren Antrieb verwendet wird, kann dies bei ihrer Erzeugung tun. Die zwei Faktoren, die die Emissionen von batterieelektrischen Fahrzeugen antreiben, sind die Kohlenstoffintensität des Stroms, der zum Aufladen des Elektrofahrzeugs verwendet wird (üblicherweise ausgedrückt in Gramm CO
2
pro kWh) und den Verbrauch des konkreten Fahrzeugs (in Kilometer/kWh).

Die CO2-Intensität von Strom variiert je nach Stromquelle, an der er verbraucht wird. Ein Land mit einem hohen Anteil erneuerbarer Energien an seinem Strommix wird einen niedrigen CI haben Einsen. Elektroautos sparten im Durchschnitt 50–60 % CO
2
-Emissionen im Vergleich zu Diesel- und Benzinmotoren.

Darüber hinaus reduziert der Dekarbonisierungsprozess die THG-Emissionen durch den Einsatz von Elektrofahrzeugen ständig. In der Europäischen Union kam es zwischen 2009 und 2013 im Durchschnitt zu einer Verringerung der CO2-Intensität von Strom um 17 %. Unter Berücksichtigung der für den Bau der Batterie erforderlichen THG und deren Lebensdauer sind die THG-Einsparungen aus Sicht der Lebenszyklusbewertung um 10-13% geringer.

Fahrzeugbau

Auch bei der Herstellung des Elektrofahrzeugs werden Treibhausgase emittiert. Die im Fahrzeug verwendeten Lithium-Ionen-Batterien benötigen aufgrund des Extraktionsprozesses des für die Batterie wesentlichen Lithiums und Kobalts mehr Material und Energie. Das heißt, je größer das Elektrofahrzeug, desto mehr Kohlendioxid emittiert.

Die Minen, die zur Herstellung des in der Batterie verwendeten Lithiums und Kobalts verwendet werden, verursachen auch Probleme für die Umwelt, da Fische bis zu 240 km flussabwärts von Bergbaubetrieben aufgrund von Chemikalienlecks sterben und die Chemikalien auch in die Wasserquellen, die die Menschen in der Nähe der Minen nutzen, was zu Gesundheitsproblemen für die Tiere und die Menschen in der Nähe führt.

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links

Patente
Organisationen
Nachrichten
Studien