Es wurde der Frage nachgegangen, ob die hohen Anschaffungskosten eines Elektrofahrzeugs durch die bessere Energieeffizienz und somit geringeren Betriebskosten kompensiert werden. Hierzu werden ein Modell zur Energieeffizienzanalyse von Elektrofahrzeugen in Kombination mit einer Total Cost of Ownership Analyse (TCO) und die zugehörigen Simulationsergebnisse vorgestellt. Die Energieeffizienz eines Fahrzeugs mit elektrischem Antriebsstrang wurde mit einem dynamischen Antriebsstrangmodell mittels Matlab/Simulink ermittelt. Die energetischen Wirkungsgradkennfelder von drei elektrischen Maschinen und zwei Lithium-Ionen Akkumulatoren werden in das Modell implementiert. Durch die Implementierung der Wirkungsgradkennfelder kann der Einfluss dynamischer Fahrprofile auf den betriebspunktabhängigen energetischen Wirkungsgrad von Elektromotor und elektrischem Energiespeicher untersucht werden. Durch die Erstellung der Wirkungsgradkennfelder mittels Fuzzy-Logik können die Kennfelder schnell und auch mit wenigen zur Verfügung stehenden Daten auf andere Elektromotoren und Energiespeicher übertragen werden. Aus den betriebspunktabhängigen Einzelwirkungsgraden wird durch die in Matlab/Simulink implementierten Verschaltungsalgorithmen der Gesamtwirkungsgrad des Antriebsstranges über der gesamten Lebensdauer ermittelt. Zur Bestimmung der Gesamtkosten eines Fahrzeugs vom Kauf über die Betriebskosten bis hin zur Verwertung wird eine TCO-Analyse sowohl für Elektrofahrzeuge als auch für konventionelle Fahrzeuge durchgeführt. Der in dem Antriebsstrangmodell berechnete Energiebedarf eines Fahrzeugs wird an das TCO-Modell zur wirtschaftlichen Analyse übergeben. In der Simulation zeigt der im Antriebsstrangmodell implementierte Synchronmotor eine höhere Energieeffizienz als der Asynchronmotor. Der Preis des Synchronmotors ist jedoch um den Faktor 3 höher als der des Asynchronmotors. Der Vergleich zwischen einer Hochenergiezelle der Lithium-Polymer-Technologie (NMC) und einer Hochleistungszelle der LiFePO4-Technologie zeigt eine höhere Effizienz der Lithium-Polymer-Technologie. Die angefragten Kosten für Akkumulatoren der Lithium-Polymer-Technologie lagen jedoch um den Faktor 2 höher als die Kosten für die LiFePO4-Technologie. Für die Zielgruppen Privatkunden, Paketdienste (Kleintransporter) und Logistikunternehmen (Gabelstapler) werden die Energieeffizienzanalyse sowie die TCO-Analyse durchgeführt und die Ergebnisse validiert. Bei den Simulationen zeigt sich, dass der Energieverbrauch der elektrisch angetriebenen Fahrzeuge deutlich niedriger als der Energieverbrauch der konventionellen Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor ist. Für Kleintransporter sowie Gabelstapler zeigt sich für elektrische Antriebsstränge heute schon eine bessere Wirtschaftlichkeit als für konventionelle Antriebe mit Verbrennungsmotor.
Is it possible to compensate the acquisition cost of an electric vehicle due to the high energy efficiency and the low operating costs? This work is intended as an answer to that question. For this purpose, an analysis of the energy efficiency is combined with a Total Cost of Ownership analysis and the simulation results are presented. In this work the energy efficiency of a battery electric vehicle (BEV) is determined by a dynamic powertrain model in Matlab/Simulink. The energy efficiency maps of three electric machines and two lithium-ion batteries are implemented. By implementing the energy efficiency maps, the influence of dynamic performance profiles on the operating point-dependent energy efficiency of electric motor and electric energy storage device can be considered. From the operating point-dependent individual efficiencies the overall efficiency of the drive train over the lifetime is determined. To determine the total cost of a BEV the purchase costs, the operating costs and the recycling costs are taken into account. The calculated energy demand of a BEV and of a conventional car with combustion engine is transferred from the drive train model to the TCO model for economic analysis. The simulation shows that the energy efficiency of the synchronous motor is higher than the energy efficiency of the asynchronous motor. However, the costs of the synchronous motor are three times higher than the costs of the asynchronous motor. Comparing lithium-polymer high energy cells (NMC) and LiFePO4 high power cells shows a higher energy efficiency of the lithium-polymer technology. The requested costs of the lithium-polymer cells were nearly two times the costs of the LiFePO4 cells. For private customers, parcel services (vans) and industrial and forklift trucks an analysis of the energy efficiency and a Total Cost of Ownership analysis were performed. The simulation shows that the energy consumption of the BEVs is significant lower than the vehicles with combustion engine. Vans with electric powertrains and industrial trucks with electric powertrains are already more cost effective and economic than conventional powertrains.
Energieeffizienz- und TCO-Analyse von Elektrofahrzeugen
2012
28 Seiten, 13 Bilder, 14 Quellen
Conference paper
German
Ampelassistent zur Steigerung der Energieeffizienz von Elektrofahrzeugen
Automotive engineering | 2015
|ENERGIEEFFIZIENZ - Schwungrad-Hybridfahrzeuge als Alternative zu Elektrofahrzeugen
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|Fraunhofer Publica | 2014
|Analyse der Energiebilanz von Elektrofahrzeugen
DataCite | 2011
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