Fit für die E-Mobilität - ihk-koeln.de · PDF fileQuelle: IFA Reutlingen ICE...

Gummersbach, 25. Mai 2011

Fit für die E-Mobilität ?Teil 1: Markt- und Technologieüberblick E-Fahrzeug

Institut für Fahrzeugtechnik der FH Köln

Antriebs-technik

und Kolben-masch.

Fahrwerk und

Simul.-technik

Karosserie-leichtbau

Fahrzeug-system-technik

Labo

reNVH.LabMecha-

tronics

Fzg-meß-technik + Elektronk

Thermo und

Fluid-dynamik

4CCAD-CAM-

Center Cologne

Virtuelle Produktent-

wicklungCAD/ CAE/

CAM

Wei

tere

A

rbei

tsge

biet

e

Fahrzeug-sicherheit

Geführte Verkehrs-

mittel

Sachver-ständigen-

wesen

Wert-schöpfungs-strukturen

Prozess-kosten

Simulation

Nutzfahr-zeug-

technik

� 850 Studenten□ Bachelor□ Master

� 20 Professoren

� 30 wiss. Mitarbeiter

� Kooperationen mit internationalen Hochschulen

� Drittmittelforschung

� Industrieprojekte

Profil Struktur der Themenfelder des Instituts

Trends Automobilindustrie

Marktüberblick E-Mobilität

Produktbeschreibung E-Fahrzeug

Zulieferstruktur und -anteile E-Fahrzeug

Fragestellung

� Die Automobilindustrie steht vor großen Veränderungen, die sowohl die Technik des Automobils als auch die Wertschöpfungsmodelle bei dessen Herstellung betreffen

� Diese Veränderungen werden sich auch auf die Zulieferindustrie auswirken

� Welche Anpassungen bzw. Veränderungen müssen bei den Zulieferfirmen vollzogen werden, um den Trends in der Automobilindustrie gerecht zu werden?


■ Informieren

■ Strukturieren undSortieren

■ HandlungfelderSkizzieren

Ziel des VortragsAusgangssituation

Fragestellung

� Der E-Antrieb wird den Verbrennungs-motor langfristig ersetzen

� Die E-Mobilität wird duch den Staat gefördert

� Die nächsten Jahre werden zeigen, welches Konzept der Energieein-speisung für den E-Motor sich am Markt durchsetzen wird

E-Mobilität

Trends in der AutomobilindustrieVier Treiber führen zu markanten Änderungen am Prod ukt und in der Wertschöpfung des Automobils

1

� Ganzheitliche Mobilität wird wichtiger, das Automobil wird verstärkt im Kontext mit anderen Mobilitäts-netzen gesehen

� Megacities stellen besondere Anforderungen an Mobilität

� Das Fahrzeug wird Teil des vernetzten Lebens

Stellenwert der Mobilität 4


� Globalisierung führt zur Zunahme der länderspezifischen Varianten

� Zunehmende Nischenmärkte führen zur Erhöhung der Baureihenvielfalt

� Kundenindividuelle Fahrzeuge mit kurzen Lieferzeiten benötigen hochflexible Wertschöpfungsketten

Variantenvielfalt3

� Gesetzliche Begrenzung des CO2 - und Schadstoff-Ausstoßes beimVerbrennungsmotor

� Vielfältige Antriebsvarianten möglich: von optimiertem Verbrennungsmotor bis Hybrid-Mischformen

� Limitierte Zufahrtsberechtigung Citydurch restriktive Euro-Normen

Emissionsreduzierung V-Motor2

� Treiber der E-Mobilität□ Nachfrage nach Zero-Emission-Fzg. □ Staatliche Förderung

� Veränderung der Fahrzeug-Anwendung□ Batterie / Brennstoffzelle□ Tankstelle / Batt-Wechsel / ...

� Innovative Produkttechnologie□ Komponenten (Batterie, BreZell, Motor)□ Neue Materialien

� Anpassung der Wertschöpfungskette□ Arbeitsteilung OEM-Zulieferer□ Innovationsdruck / Kostendruck

E-Mobilität

Vortrag: Fit für die E-Mobilität ?Der Trend E-Mobilität fordert von den Zulieferern auf ganz spezifischen F eldern konkrete Weichenstellungen


� Was verändert sich am Automobil ?

� Muss ich mein Produktspektrum erweitern bzw. meine Wertschöpfungsanteile ver-ändern?

� Soll ich jetzt einsteigen oder noch abwarten ?

� Wie sichere ich die Rentabilität ab ?

Fragen der Zulieferer


Marktüberblick E-Mobilität□ Fahrzeugkonzepte mit E-Antrieb□ Marktentwicklung□ Förderung




Fahrzeugkonzepte mit E-AntriebDie unterschiedlichen Fahrzeugkonzepte sind ein wic htiger Treiber der Variantenvielfalt

Parallelbetrieb von V- und E-Motor

E-Motor 14 kWBatterie 0,6 kWhReichweite 800 km

BeispielMB S400 Blue Hybrid

Mild Hybrid

Getrennter Betrieb von V- und E-Motor

E-Motor 50 kWBatterie 1,3 kWhReichweite 800 km

BeispielToyota Prius THS III

Voll Hybrid

E-Antrieb mit V-Motorals Range Extender

E-Motor 111 kWBatterie 16 kWhReichweite 800 km

BeispielCitroen Saxo Dynavolt (1998)

Plug-In Hybrid

E-Antrieb mit Batterie

E-Motor 80 kWBatterie 24 kWhReichweite 160 km

BeispielSmart fortwo EDMitsubishi i-MiEV

E-Fahrzeug

E-Antrieb mit Brenn-stoffzelle

E-Motor 80 kWBatterie ?? kWhReichweite 500 km

BeispielMercedes B-Klasse(2013)

E-Fahrzeug


Prognose: Anteil der Antriebstechnologien bis 2030Obwohl der alleinige E-Antrieb erst 2030 einen 10%- igen Marktanteil erreichen wird, sind E-Antriebe in relevanten Anteilen schon vorher in den Hybridantri eben integriert

■ Der Verbrennungsmotor wird im Jahr 2030 noch in 90% der Fahrzeuge eingesetzt(siehe )

■ Parallel dazu werden die Antriebe durch den E-Motor verstärkt (alle Hybride)

■ Reichweitenangst führt zu überproportionalem Anstieg von Plug-in-Hybrid (PHEV)

■ Reine Battrie- bzw. Brenn-stoffzellen-betriebene Fahr-zeuge mit relevantem Anteil erst ab >2020 (BEV, FCV)

KernaussagenMarktanteile

Quelle: IFA Reutlingen

ICE Verbrennungsmotor (Otto und Diesel) als dominanter Antrieb (inkl. Mild Hybrid = Parallelität von V- und E-Motor)

HEV Voll-Hybrid (Ständig wechselnder Antrieb zwischen V- und E-Motor)

PHEV Plug-In-Hybrid (E-Antrieb inkl. Range Extender)

BEV E-Antrieb mit Batterie

FCV E-Antrieb mit Brennstoffzelle


■ Das Marktvolumen Welt 2020 beträgt ca. 82 Mio. PKWs

■ Die für europäische OEMs erreichbaren Schwerpunkte liegen in den Regionen: NAFTA, EU, China.

■ Hybrid-Antriebe haben einen Anteil von ca. 9,5 Mio. PKWs

■ Reine E-Antriebe (inkl. PHEV) haben einen Anteil von ca. 6,8 Mio. PKWs(Batterie + BreZell = 2,7 Mio)

KernaussagenMarktvolumen Hybrid und E-Antrieb

Quelle: AVL Schrick

Prognose: Marktvolumen Welt 2020 für E-Antrieb Die Regionen NAFTA, EU und China sind Vorreiter in der E-Mobilität

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

PK

W V

erka

ufsz

ahle

n in

Mio

.

NAFTA EU China Brazil India Japan

4,5

Mild

Full

PHEV

BEVFCV

Gesamt-Stückzahl

21 Mio 18 Mio 21 Mio 6 Mio 6 Mio 5 Mio


Markteinführung E-Fahrzeuge In den nächsten Jahren kommen viele E-Fahrzeuge auf den Markt, als Plug-In-Hybrid, batteriebetrieben o der mit Brennstoffzelle

Elektroautos: Was kommt wann ?

Förderung E-MobilitätE-Mobilität wird intensiv gefördert. Auch KMU‘s kön nen partizipieren.Der Ablauf ist: Innovation �� Projekt-Idee �� Förderungsbedarf �� Förderungsantrag (Kurzbeschreibung)


Subventionen Elektroautos in Deutschland

■ Quellen von Fördermitteln- EU / Bund / Land / Kreis / ...- Stadtwerke / Betreiber / ...- Modellregoin / Industriecluster / ...- ...

■ Förderungsobjekte- Produktkauf (z.B. Prämie)- Produktbetrieb (z.B. Zuschuss Infra-

struktur)- Herstellfirmen (z.B. Innovationen,

Kooperationen, Betrei-bermodelle, ...)

■ Prinzip der Förderquoten< 100% für Grundlagenforschung< 50% für Industrielle Forschung< 25% für Experimentielle Entwicklung

Förderungsebenen



Produktbeschreibung E-Fahrzeug□ Innovative Produkttechnologie□ Leichtbau


Steigender Innovationsgrad bei Fahrzeugen mit E-Ant riebMit zunehmender Entfernung des Antriebskonzeptes vo m herkömmlichen Verbrennungsmotor nimmt die Notwendigkeit nach Entwicklung und Integration inno vativer Antriebs-Komponenten zu

MildHybrid

VollHybrid

Plug-InHybrid

E-Fahrzeug

Steuerungs-elektronik

IntegrierterE-Motor

Leichtbau

...

Hoch-Volt-Technik

Batterie /BreZell

Leistungs-elektronik

Getriebe

Radnaben-Motoren

Fahrzeug-strukturen


AutarkerE-Motor

Leichtbau

SteigenderInnovationsgrad

...


AutarkerE-Motor

Leichtbau

...

AngepassterV-Motor


AutarkerE-Motor

Leichtbau

Fahrzeugkonzepte E-Fahrzeug

Hybridtechnologie – Mild HybridDurch parallele Nutzung von V- und E-Motor wird der Wirkungsgrad des gesamten Antriebsstrangs erhöht

Innovative Produktanpassungen

Quelle: AVL-Schrick

Honda Civic (Integrated Motor Assist)

AVL Turbohybrid (downsizing & downspeeding)

AVL´s demo-vehicle ECO TARGET™

Honda Civic (Integrated Motor Assist)

AVL Turbohybrid (downsizing & downspeeding)

AVL´s demo-vehicle ECO TARGET™

Mercedes-Benz S400 Blue HybridMercedes-Benz S400 Blue Hybrid

Steuerungselektronik

„Booster“ in vorhandenem Antriebsstrang

Autarker Elektromotor

Innovative Produkttechnologie E-Fahrzeug

Li-Ionen Batterie(Hochvolt: 120 V)

Hybridtechnologie – Mild Hybrid �� Anwendungsbeispiel: MB S 400H, BMW 750iHLeistungsfähige Zulieferer übernehmen bei den wicht igen Modulen die Systemführerschaft

Quelle: ZF

■ Großer Luftspalt zum Ausgleich der Taumelbewegung von rotierenden Massen vor allem auf der Kurbelwelle

■ Kurze axiale Baulänge

■ Hohe Leistungs- und Momentendichte zur Einhaltung der Packaging-Vorgaben

■ Felderreung durch NdFeB-Magnete

Produktdetails

■ Magnetkreisdesign ermöglicht kosten-günstige Großserienfertigung

■ Kleine elektrische Leistung / kleine Batterie

■ Kompakt / Robust / Modulfähig

Wirkung / Nutzen

Dynastart von ZF


Hybridtechnologie – Voll HybridDurch getrennte Nutzung des E-Motors kann das Fahrz eug partiell ohne V-Motor bewegt werden


Quelle: AVL-Schrick

Two mode Chevy TahoeLexus GS 450hToyota Prius THS II Two mode Chevy TahoeLexus GS 450hToyota Prius THS II

Integrierter Elektromotor

innerhalb Getriebe

Autarker Elektromotor

Getriebe / Trennung der Antriebe


Hybridtechnologie – Voll Hybrid �� Anwendungsbeispiel: Versuchsfahrzeug ZFLeistungsfähige Zulieferer übernehmen bei den wicht igen Modulen die Systemführerschaft

Quelle: ZF

■ Vollständige Integration des Elektro-motors in das Automatikgetriebe

■ Rein elektrisches Fahren möglich

■ Geringes Mehrgewicht gegenüber Basisgetriebe

■ Direkte Anbindung an gängige Verbrennungsmotoren

Produktdetails

■ Bauraumneutralität / Vollständige Modularität der Komponenten

■ Mittlere elektrische Leistung / Moderate Batteriegröße

■ Kompakte Bauweise des Gesamtsystems

Wirkung / Nutzen

8-Gang-Automatikgetriebe mit integriertem Hybridmod ul


Range Extender – KonzeptdarstellungDer Range Extender ermöglicht dem alleinigen E-Antr ieb auch eine Nutzung auf der Langstrecke


Quelle: AVL-Schrick

AngepasstesMotorkonzept(Downsizing /

Wankelmotor / ...)

Li-Ionen Batterie

V-Motor

E-Motor(Micro-Hybrid)

Batterie

E-Motor

Batterie

V-Motor(Range Extender)

HerkömmlichesAntriebskonzept

E-Fahrzeug mitRange Extender



Heizung / KlimaThermomanagement

Reines Elektrofahrzeug: Batterie versus Brennstoffz elleDer Markt wird langfristig über Durchbruch von batt erie- bzw. brennstoffzellen-betriebenen Elektrofahrz eugen entscheiden


Quelle: Daimler

Fahrzeug mit Batterie


Hochvoltbatterie

Heizung / KlimaThermomanagement

■ Fahrzeug mit Batterie□ Viele Modelle ab 2011 kaufbar□ Reichweite beschränkt / Lade-

vorgang langwierig □ Technologischer Sprung > 2025

■ Fahrzeug mit Brennstoffzelle□ Kaufbar ab 2013 (MB B-Klasse)□ Reichweite analog Benziner / Lade-

vorgang analog LPG

Nutzungskonzepte

■ Beide Arten der Energiebreitstellung benötigen angepasste „Tankstellen“

■ Wirkungsgrad des Gesamtsystems Automobil- Fzg. mit Batterie: ca. 60-65% - Fzg. mit Brennstoffzelle: ca. 35-40%

Marktselektion

Fahrzeug mit Brennstoffzelle

WasserstoffspeicherungBrennstoffzelle


Antriebsstrang E-Fahrzeug: Zentralantrieb versus Ra dantriebDas Elektrofahrzeug lässt mehrere Varianten im Antr iebsstrang zu

Quelle: FAG Schaefler


Antriebsstrang E-Fahrzeug �� Anwendungsbeispiel: RadnabenmotorLeistungsfähige Zulieferer übernehmen bei den wicht igen Modulen die Systemführerschaft


Quelle: xx


max. Leistung 30 kW

Feder-Dämpfer-Einheit

Kombination aus Antriebs-, Brems- undFahrwerkstechnologie

Radaufhängung

AngepasstesE-Motor-Konzept

max. Leistung 30 kWmax. Drehmoment 600 NM

Beispiel: Fa. Michelin Beispiel: Fa. Schaefler

Leichtbau bei ElektrofahrzeugenDurch Leichtbau werden u.a. die hohen Zusatzgewicht e der Batterie gemildert.

Leichtbau E-Fahrzeug

■ Leichtbau besonders im Bereich Antrieb, Exterieur und Karosserie

■ Erfolgsmaximierung durch mehrdimensio-nale und vernetzte Vorgehensweise.(s.a. Grafik zur Leichtbau-Strategie)

■ Fachliche Mehrdimensionalität bedingt Zusammenarbeit innerhalb der OEM-Zulieferstruktur

Details zum Leichtbaukonzept

■ Senkung des Energieverbrauchs(geringere Betriebskosten, Umweltaspekt)

■ Steigerung der Fahrdynamik

■ Kompensation von Gewichtszunahme durch Sicherheitssysteme, ...

Wirkung / Nutzen

Anwendung der Leichbau-Strategie

Quelle: IKA RWTH Aachen

Trends Automobilindustrie (Technologie Roadmap?)




Marktstruktur E-MobilitätDie veränderte Marktstruktur E-Mobilität verlangt A nstrengungen von allen Marktteilnehmern


■ Änderungen auf allen Ebenen des Marktes: Rohstoffbeschaffung, Zuliefe-rung, Fahrzeugherstellung, Energiebereit-stellung, Dienstleistungsmodelle

� Herstellung und Nutzung betroffen

■ Automobilstandort Deutschland wird mobilitätsfreundlich bleiben und muss sich international zum Leitmarkt entwickeln

Änderungen der Marktstruktur

■ Staat, Industrie und Gesellschaft müssen sich den Veränderungen stellen

■ Neue Komponenten erstetzen die alten, wegfallenden Volumina und erschließen neue und weiterführende Geschäfte

Umstiegs- und Einstiegs-Chancen

Marktstruktur E-Mobilität

ZulieferstrukturDie Zuliefererstruktur für das E-Fahrzeug wird sich nachhaltig verändern


■ Neue Produkttechnologien erfordern neue, auch branchenübergreifende Kompetenzen

■ Einstieg in neue High-Tech-Komponen-ten erfordern einen hohen Einsatz bei den Ressourcen

■ Steigende Anteile der Zulieferer an der Wertschöpfung sind realistisch

Änderungen der Zulieferstruktur

■ OEM und Zulieferer definieren ein neues Gleichgewicht in der Zusammenarbeit

■ In der Zusammenarbeit entstehen neue, modulbezogene Allianzen über alle Zuliefer-Ebenen hinweg

Wirkung / Nutzen

Wertschöpfungsanteile OEM / Zulieferer

Modulstruktur E-FahrzeugEs werden neue Module beim E-Fahrzeug benötigt


■ Tier-1-Zulieferer haben wichtige Weichen in Richtung der neuen Module gestellt(z.B. Bosch, ZF, AVL-Schrick, ...)

■ Zulieferer aus der zweiten und dritten Reihe halten sich bisher zurück, da diese sich eher auf auftragsbezogene Aktivi-täten fokusieren

Änderungen der Zulieferstruktur

■ Risiko Kompetenzaufbau zu spät und zu gering

■ Chance Vom Leitmarkt E-Mobilität zuminternationalen Leitanbieter

Auslastung der leistungsfähigen Ressourcen auch zukünftig

Chancen / Risiken

Neue Module im E-Fahrzeug

Quelle: Fraunhofer IAO

Date post:	06-Feb-2018
Category:	Documents
Upload:	tranthu
View:	215 times
Download:	0 times

Fit für die E-Mobilität - ihk-koeln.de · PDF fileQuelle: IFA Reutlingen ICE...

Documents