Batterie- bzw. Wasserstoffspeicher bei elektrischen Fahrzeugen

Abstract

Die bevorstehende Erdölverknappung und die evidente Umweltbeeinflussung zwingen uns unsere gesamte derzeitige motorisierte Individualmobilität neu zu überdenken. Nur der elektrische Antrieb kann diese Probleme dauerhaft lösen. Die Zieldefinition dieser Arbeit umfasst die strukturellen Überlegungen und Vergleiche zwischen der Energiespeicherung mittels Batterie und Wasserstoff in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Dabei ist für diese Betrachtung die Energiequelle in beiden Fällen der elektrische Strom. Besonderes Augenmerk ist dabei auf die resultierenden Lastprofile im elektrischen Netz zu richten. Um die Funktionsweise sowie den Aufbau der derzeitigen und zukünftigen Batterietypen (NiMH, Na/NiCl2, Li-Ionen und Nano-Batterien) zu kennen, wird zuerst darauf intensiv eingegangen.<br />Besonders wichtig für das zu berechnende Lastprofil dabei sind die Erkenntnisse der auftretenden Ladeprozesse. Auch der Aufbau und die Probleme der Wasserstoffkette (Elektrolyse, Aufbereitung, Transport, mobile Speicherung, Brennstoffzelle und Nebengeräte) werden behandelt.<br />Beide Technologiepfade haben ihre Vor- und Nachteile und sind je nach Anwendung besser geeignet. Verglichen werden sie in punkto Effizienz, Preisentwicklung, Sicherheit, Umweltverträglichkeit und Ressourcenproblematik miteinander. Die Bewältigung unserer individuellen Mobilität durch elektrische Energie ist eine große Umstellung.<br />Entscheidend dafür sind quantitativ richtige Prognosen des Lastprofilverhaltens. Beispielhaft wird für einen Fahrprofilmix bestehend aus 100 Elektroautos mit Batterien als Energiespeicher und vergleichend für denselben Mix aber mit Wasserstofftanks die typischen Lastprofile erstellt. Da die meisten Ladungen zu Hause von statten gehen werden, ist der Einfluss der Autoaufladung auf den Haushaltsverbrauch von entscheidender Bedeutung. Dieser und ein zusammenfassender Ausblick beenden diese Arbeit.<br />

The peak of oil and the environmental impacts compel us to change our current motorized individual mobility. Only the electrical drive can solve these problems permanently. Structural considerations and the comparisons between the energy storage via battery and hydrogen for electric vehicles form the target definitions of this paper. For both cases the electric current is the energy source. Very important are the load profiles of the grid in this context. At first the structure and the functionality of various battery types (NiMH, Na/NiCl2, Li-Ionen und Nano-Batterien) is explained in detail. For further calculations the loading processes of the different battery types are very important.<br />Further also the whole hydrogen chain (water electrolysis, preparation, transport, mobile storage, fuel cell and auxiliary devices) is discussed. Both technology paths have their pros and cons in different applications. Efficiency, costs, safety, environmental impacts and resources are the main facts to draw a comparison between battery and hydrogen systems. To realise the individual electrical mobility many important energy system properties have to be reorganized. A quantitative prediction of the load profile is therefore very conclusive. In this paper for example a load profile of a driving profile mix of 100 electrical vehicles with batteries is calculated. To see the differences the load profile with the same driving profile mix, but with hydrogen tanks in the electrical vehicles is also deliberated.<br />The most of the charges are located at home. Therefore the influence of car charging on the household demand is very important and will also be discussed in this paper.