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Batterieelektrische Fahrzeuge als Variante der elektrischen Fahrzeuge

Erstellt am: 08.11.2023 | Stand des Wissens: 08.11.2023
Synthesebericht gehört zu:

Ein batterieelektrisches Fahrzeug (englisch Battery Electric Vehicle, kurz BEV) wird von einem Elektromotor angetrieben, der von einer Batterie mit Energie versorgt wird. Die Batterie wird dabei statisch während der Standzeiten des Fahrzeugs aufgeladen. Der Batterie kann an verschiedenen Ladepunkten mit verschiedenen Abgabeleistungen Energie zugeführt werden. Beispielsweise bietet die Ladung an der Haushaltsladestation mittels Starkstrom Abgabeleistungen von circa 20 Kilowatt. Schnellladestationen an Autobahnen können Ladeleistungen von bis zu 150 Kilowatt bereitstellen [Lin21]. Die Abbildung 1 zeigt schematisch das Funktionsprinzip batterieelektrischer Fahrzeuge.
Schematische Darstellung zur Funktionsweise von batterieelektrischen FahrzeugenAbbildung 1: Schematische Darstellung zur Funktionsweise von BEV (eigene Darstellung in Anlehnung an Ben22)
Zusätzlich kann ein Teil der Bremsenergie während der Fahrt wiedergewonnen werden. Dieses Prinzip nennt sich Rekuperation und führt die mechanische Energie aus dem Bremsvorgang als elektrische Energie zurück in die Batterie. Zu beachten ist, dass die Bezeichnung Batterie zwar geläufig, aber technisch falsch ist. Batterien können nach ihrer Entladung nicht wieder aufgeladen werden. Die richtige Bezeichnung ist Akkumulator (kurz Akku), welche widerkehrend aufgeladen und entladen werden können [UBA12a].
Ladeinfrastruktur
Zur Nutzung von batterieelektrischen Lkw im Regional- und Fernverkehr muss ein entsprechendes Netzwerk an Schnellladesäulen vorhanden sein. In Deutschland gab es im Jahr 2022 über 16.100 Ladepunkte von denen sich jedoch nur 25 für batterieelektrischen Lkw eignen. Daher kann im Moment nicht von einer ausreichend ausgebauten Ladeinfrastruktur für den reibungslosen Einsatz von batterieelektrischen Lkw gesprochen werden. Es bedarf in den kommenden Jahren eines starken Ausbaus des Netzes, insbesondere an den Autobahnen im Land. Der Verein Deutscher Ingenieure schätzt, dass es circa 2.300 Ladepunkte mit einer Dauerladeleistung von 350 Kilowatt bedarf, damit 15 Prozent des deutschen Lkw-Bestands batterieelektrisch betrieben werden kann [Ben22]. Weiterhin zu beachten ist, dass für den europäischen Fernverkehr das Ladenetz in den Transit- beziehungsweise Zielländern ausgebaut sein muss. Dies kann in Ländern wie zum Beispiel Italien eine Herausforderung darstellen, in denen die Ladeinfrastruktur schwächer ausgebaut ist [ADAC22h].
Reichweite und Nutzungsszenarien
Mit erprobten batterieelektrischen Bussen und Lkw sind bereits Reichweiten von 200 bis 300 Kilometer realisiert worden. Eine Herausforderung ist die zeitintensive Ladung der Fahrzeuge, welche die Wirtschaftlichkeit der Fahrzeuge auf langen Strecken schmälert. Aufgrund der geringen Reichweite von batterieelektrischen Lkw werden diese als Option für den Nah- und Regionalverkehr mit kleineren Fahrzeuggrößen angesehen [Ben22]. Perspektivisch soll die Reichweite der Fahrzeuge auf mehr als 500 Kilometer durch Fortschritte in der Batterietechnik gesteigert und damit auch eine Fernverkehrsfähigkeit erreicht werden [Fas21].
Bewertung batterieelektrischer Fahrzeuge zur Dekarbonisierung im Straßengüterverkehr
Eine Studie des Instituts für Energie und Umweltforschung Heidelberg (ifeu) zum Vergleich der alternativen Antriebe im Straßengüterverkehr kam zu dem Schluss, dass batterieelektrische Lkw das höchste Kohlenstoffdioxid (CO_2)-Minderungspotenzial unter den alternativen Antriebsformen besitzen. Die Studie kam, unter Berücksichtigung der Herstellung der Fahrzeuge, auf eine Reduktion von 48 bis 57 Prozent gegenüber vergleichbaren Diesel-Lkw, welche im Jahr 2030 realisierbar sein soll [Jöh22]. Von zentraler Bedeutung bei batterieelektrischen Fahrzeugen ist der Strommix, mit dem die Batterien der Fahrzeuge geladen werden. Handelt es sich bei der zugeladenen Energie um sogenannten Graustrom aus Kohle oder Gas, verschlechtert sich die Umweltbilanz der Fahrzeuge erheblich. Damit batterieelektrische Fahrzeuge im vollem Maße zum Klimaschutz beitragen können, müssen sie mit Grünstrom betrieben werden. Grünstrom bezeichnet Strom hergestellt aus erneuerbaren Energien wie Wind, Sonne oder Wasserkraft [BaWü20].
Bewertung batterieelektrischer Fahrzeuge hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit
Batterieelektrische Lkw bieten je nach Größe der Fahrzeuge unterschiedlich hohe Potentiale zur Kosteneinsparung. Für das Jahr 2030 sollen die Total Cost of Ownership (TCO) für batterieelektrische Lkw mit einem zulässigen Gesamtgewicht (zGG) von 12 bis 20 Tonnen 28 Prozent weniger als ein Referenz Diesel-Lkw betragen. Für Nutzfahrzeuge mit einem zGG von über 20 sollen die Kosten um 37 Prozent geringer sein und für Sattelzugmaschinen mit einem zGG von 40 Tonnen 32 Prozent weniger [NPM20b]. Aufgrund der geringeren TCO können batterieelektrische Lkw für Transportunternehmen eine sinnvolle wirtschaftliche Alternative bieten, sodass mit einem steigenden Anteil am Lkw-Bestand in den nächsten Jahren gerechnet wird. Als Anreiz zur Anschaffung von batterieelektrische Lkw sind diese derzeit von der Lkw-Maut in Deutschland ausgenommen. Dies gilt ebenfalls für Erdgas- oder Hybrid-Fahrzeuge und ist nicht an weitere Bedingungen, wie zum Beispiel die elektrische Fahrleistung, gebunden [UBA21ab].
Vorteile & Nachteile batterieelektrischer Fahrzeuge im Vergleich zu Dieselfahrzeugen
Der batterieelektrische Lkw bietet unter den alternativen Antrieben das größte Potenzial zur Dekarbonisierung des Straßengüterverkehrs. Die geringeren TCO lassen außerdem darauf schließen, dass batterieelektrische Lkw eine attraktive Alternative für Transportunternehmen darstellen werden. Eine Herausforderung bleibt die eingeschränkte Reichweite der Fahrzeuge. Festzuhalten ist, dass der ökologische Erfolg der Technologie direkt mit der Bereitstellung von Grünstrom und der Ladeinfrastruktur verbunden ist und der Ausbau der erneuerbaren Energien für die weitreichende Emissionsminderung unabdingbar ist.
Ansprechpartner
Technische Universität Hamburg, Institut für Verkehrsplanung und Logistik, Prof. Dr.-Ing. H. Flämig
Zugehörige Wissenslandkarte(n)
Elektrische Fahrzeuge als Alternative zu Dieselfahrzeugen (Stand des Wissens: 12.12.2023)
https://www.forschungsinformationssystem.de/?578531
Literatur
[ADAC22h] Allgemeiner Deutscher Automobil-Club e. V. (ADAC) (Hrsg.) Ladestationen in Europa: Strom laden in Italien, Kroatien & Co., 2022/07/26
[BaWü20] Ministerium für Verkehr Baden-Württemberg (Hrsg.) GÜTERVERKEHRSKONZEPT Baden Württemberg, 2020/07
[Ben22] Bensmann, Dr.-Ing. Boris , Benz, Dr. Thomas Benz, Brandt, Dipl.-Ing. Torsten, Grube, Dr.-Ing. Thomas , Kleimaier, Dr. Martin , Konstantinidou, Dr.-Ing. Eleni , Meyer, Dipl.-Ing. Stefan , Pokojski, Dipl.-Ing. Martin , Samsun, Dr.-Ing. Remzi Can , Schlosser, Dipl.-Ing. Gerhard, Cremers, Dr. Carsten Klimafreundliche Nutzfahrzeuge, 2022/01, ISBN/ISSN 978-3-931384-98-2
[Fas21] Fasse, Markus Abschied vom Diesel: MAN kündigt Serienproduktion von Elektro-Lastwagen an, 2021/08
[Jöh22] Jöhrens, Julius, Allekotte, Michel, Heining, Florian, Helms, Hinrich, Räder, Dominik, Köllermeier, Nadine, Waßmuth, Volker Vergleichende Analyse der Potentiale von Antriebstechnologien für Lkw im Zeithorizont 2030
, 2022/01
[Lin21] Link, Steffen, Plötz, Patrick, Griener, Janik, Moll, Cornelius Lieferverkehr mit Batterie-Lkw: Machbarkeit 2021
Fallbeispiel REWE Group - Region Nordost
, 2021/11
[NPM20b] Nationale Plattform Zukunft der Mobilität, Arbeitsgruppe 1 Klimaschutz im Verkehr WERKSTATTBERICHT ANTRIEBSWECHSEL NUTZFAHRZEUGE, 2020/12
[UBA12a] Petrikowski, Falk, Kohlmeyer, Regina , Jung, Matthias , Steingrübner, Elisabeth, Leuthold, Sandra Batterien und Akkus, 2012/10
[UBA21ab] Öko-Institut e.V. Institut für angewandte Ökologie Mobilität in die Zukunft steuern: Gerecht, individuell und nachhaltig, 2021, ISBN/ISSN 1862-4804
Glossar
Strommix Der Strommix gibt an, zu welchen Anteilen der Strom aus welchen Energieträgern stammt. Als Energieträger gelten dabei fossile Rohstoffe wie Kohle, Erdöl und Erdgas, daneben Kernenergie und auch erneuerbare Energien. Dazu kann eine regionale Abgrenzung vorgenommen werden, z.B. nach deutschem oder europäischem Strommix.
Hybrid
Der Ausdruck Hybrid bedeutet "etwas Gebündeltes, Gekreuztes oder Gemischtes". Es stammt ab von dem lateinischen Fremdwort griechischen Ursprunges Hybrida. In der Technik wird ein hybrides System, aus zwei unterschiedlichen Technologien miteinander kombiniert.
Lkw Lastkraftwagen (Lkw) sind Kraftfahrzeuge, die laut Richtlinie 1997/27/EG überwiegend oder sogar ausschließlich für die Beförderung von Gütern und Waren bestimmt sind. Oftmals handelt es sich dabei um Fahrzeuge mit einer zulässigen Gesamtmasse zwischen 3,5 und 12 Tonnen. In Einzelfällen kann die zulässige Gesamtmasse diese Werte jedoch auch unter- beziehungsweise überschreiten, sofern das Kriterium der Güterbeförderung gegeben ist. Lastkraftwagen können auch einen Anhänger ziehen.
CO
= Kohlenstoffmonoxid. CO ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und gehört damit neben Kohlenstoffdioxid zur Gruppe der Kohlenstoffoxide. Es ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Kohlenstoffmonoxid beeinträchtigt die Sauerstoffaufnahme von Menschen und Tieren. Schon kleine Mengen dieses Atemgiftes haben Auswirkungen auf das Zentralnervensystem.
Es entsteht bei der unvollständigen Oxidation von kohlenstoffhaltigen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stattfindet. Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Hauptquelle für die CO-Belastung der Luft ist der Kfz-Verkehr.
ifeu Institut für Energie- und Umweltforschung Heidelberg GmbH Wilckensstraße 3, D-69120 Heidelberg, Deutschland Fon: +49 (0) 6221 / 47 67 -0, Fax: +49 (0) 6221 / 47 67 -19 E-Mail: ifeu@ifeu.de
Rekuperation
Rekuperation bezeichnet die Rückführung eines Anteils der von einem elektrisch angebtriebenen Fahrzeug entnommenen Traktionsenergie in die Fahrzeugbatterie oder das Bahnstromnetz. Diese Energie wird beim Bremsvorgang durch den Betrieb des Elektromotors im Generatorbetrieb bzw. durch die elektrodynamische Nutzbremse generiert.

Auszug aus dem Forschungs-Informations-System (FIS) des Bundesministeriums für Verkehr und digitale Infrastruktur

https://www.forschungsinformationssystem.de/?576566

Gedruckt am Dienstag, 28. Mai 2024 18:48:06