„Das Auto ist fertig entwickelt. Was kann noch kommen?“ Carl Friedrich Benz, 1920

Elektromobilität und Entwicklungsperspektiven des Automobils

Vortrag Leopoldina-Symposium Martin Doppelbauer Zukunft der Mobilität, 21. März 2019 Univ.-Prof. Dr.-Ing. 11:45 – 12:25 Uhr

Elektrotechnisches Institut (ETI) – Professur für Hybridelektrische Fahrzeuge (HEV)

KIT – Universität des Landes Baden-Württemberg und nationales Forschungszentrum in der Helmholtz-Gemeinschaft www.kit.edu Inhalt

Aktueller Stand der Elektromobilität Aufladen von Elektroautos – daheim und unterwegs Marktdurchdringung Elektroautos Moderne Lithium-Ionen Batterien Rohstoffe Aktuelle technische Entwicklungen Ökologie (CO2-Rucksack, 2nd Life, Recycling) Energieversorgung Strombedarf für flächendeckende Elektromobilität Dezentrale Energieversorgung (PV) Kosten der Infrastruktur (Ladesäulen) Vergleich aktueller Stand Wasserstoff-PKW Marktübersicht Integration Brennstoffzelle und Höchstdrucktanks Klimabilanz Zusammenfassung Disruptive Innovation Ausblick

2 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Steckersysteme IEC Typ 2 IEC Combo 2 OppCharge CCS 1.0 / 2.0

CHAdeMO

AC-Laden DC-Laden Langsam 3 kW 7 h / 100 km 7 kW 3 h / 100 km ← PKW NFZ→ Mittel 11 kW 2 h / 100 km 22 kW 1 h / 100 km Schnell 43 kW 30 min / 100 km 50 kW 30 min / 100 km 100 kW 15 min / 100 km Tesla SuC V2 120 kW 15 min / 125 km Rot = Eingeführt 150 kW 15 min / 150 km Tesla SuC V3 in Europa 250 kW 10 min / 240 km * Chinesisch-/Japanischer Ultraschnell 350 kW 10 min / 300 km ChaoJi-Ladestandard 600 KW für Busse, LKW China/Japan 900 kW in Vorbereitung*

3 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Im Alltag

Im Alltag erfolgt das Laden daheim, beim Arbeitgeber oder während des Einkaufens. So hat man immer ein geladenes Auto.

➞ Mit Elektroautos spart man in Summe Tankzeit, weil man nicht mehr zur Tankstelle fahren muss!

Bildquelle: Stuttgarter Zeitung, Elektromobilität NRW, Aldi AG

4 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Auf der Langstrecke – so nicht !

Bildquelle: Handelsblatt

5 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Auf der Langstrecke – sondern so!

Bildquelle: Tesla Motors Das Laden an der Autobahn wird nicht mehr an einzelnen Zapfsäulen stattfinden, neben denen man steht und wartet, sondern an Parkplätzen. Während des Ladevorgangs kann man im Shop einkaufen, Essen oder sich entspannen.

Reale Ladegeschwindigkeit (Stand 2019) Tesla Supercharger:

V2 : 120 kWpeak 250 km in 20 Minuten V3 (ab Q4/2019): 250 kWpeak 75 Meilen (120 km) in 5 Minuten

6 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Auf der Langstrecke – sondern so! Und wenn im Sommer die Urlaubslawine gen Süden rollt?

36 kV Mittel- 2x 4,4 MW spannungskabel Transformator

Abschätzung 8 Tanksäulen, 6 Minuten Tankzeit incl. Bezahlvorgang Autobahntankstelle: ➞ 80 Autos pro Stunde

Elektrische 100 kWh Batterie, 400 km Reichweite zwischen Tankstopps Ladesäulen: (10 bis 80% SoC), Laden mit 100 kW im Mittel (150 kW Spitze) (heutiger Stand) ➞ pro Ladevorgang ca. 30 bis 45 Minuten ➞ 60 Parkplätze mit Ladesäulen ➞ Mittlerer Leistungsbedarf rund 6 MW

Diesen Aufwand müsste man nur an relativ wenigen Autobahntankstellen treiben. Bildquelle: Aral

7 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Auf der Langstrecke – sondern so!

Tesla Supercharger (Stand Anfang 2019): • 3 Stationen mit je 30 oder mehr Stellplätzen in Europa (Niederlande, Norwegen) • 4 Stationen mit je 40 Stellplätzen in USA

• 3 Stationen mit je 50 Stellplätzen in China (Beijing, Shanghai) Bildquelle: electrek.net

8 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Ultraschnelle Ladesäulen mit 350 kW Schnellladesäule für 2x 150 kW oder 1x 350 kW (Markteinführung April 2018)

375 A 375 A 175 kW 175 kW

Die beiden Schaltschränke summieren ihre Leistung und verteilen sie dynamisch auf die beiden Ladesäulen. Die vollen 350 kW Ladeleistung stehen nur bei Belegung einer Säule mit nur einem Auto zur Verfügung. Ladekabel und Stecker werden per Wassermantel gekühlt.

Quelle: ABB AG

9 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Ultraschnelle Ladesäulen mit 350 kW

Bildquelle: Motor-Talk.de

350 kW Ladesäulen an der Raststätte Brohtal-Ost (A61 bei Mayen/Eifel)

Beteiligte Hersteller: • Daimler • BMW • VW-Konzern incl. Audi, Porsche Laderate 300 km in 10 Minuten • Ford 400 solche Tankstellen sind bis zum Jahr 2020 in ganz Europa geplant über 110 derzeit (Anfang 2019) fertiggestellt oder im Aufbau

10 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Auf der Langstrecke – es geht noch schneller Das ist immer noch zu langsam? Kein Problem:

450 kW, 920 V Ultraschnelllader für PKWs 3 Minuten Ladezeit für 100 km

Prototypenanlage FastCharge-Projekt am Autohof in Jettach-Scheppach (A8 zwischen Günzburg und Augsburg) Konsortialpartner BMW, Porsche, Allego, Phoenix Contact, Siemens Bildquellen: Porsche, Siemens

11 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Auf der Langstrecke – es geht immer noch schneller Batterietausch NIO ES8

NIO Batteriewechselstationen von Peking nach Shanghai und Shenzhen Die Strecke nach Shanghai wurde am 16.01.2019 in Betrieb genommen.

Bildquelle: NIO

12 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Induktives Laden - Vision

Auf der Autobahn: Nachladen während der Fahrt auf einer separaten Fahrspur. Speisung durch Wind- und Sonnenkraftwerke entlang der Autobahn.

Quellen: Institution of Mechanical Engineers; Conductix Wampfler; Schraven, Techno-ökonomische Bewertung induktiver Lademöglichkteiten für Elektrofahrzeuge, Fraunhofer ISI, 2010

13 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Induktives Laden – Feldversuch in Jian, China

Derzeit 1,2 Meilen (2 km) Teststrecke, mehr ist geplant. Bildquelle: People.cn/Facebook

14 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Laden Busse und LKW

OppCharge-Ladestandard mit Pantograph, derzeit unterstützt von Volvo, MAN, Scania, IVECO, New Flyer, Hess , ABB, Siemens u.a.

Schnellladesäule für bis zu 600 kW VDE/DKE Standardisierungsvorhaben (für Busse und LKW) auf Basis EU-Mandat M/533

Erster Probebetrieb in Luxemburg mit 12 Bussen (Volvo 7900) seit 2016 Linieneinsatz in Bern, Schweiz (Linie 17) seit Anfang 2019 Bildquelle: ABB

15 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aktueller Bestand Elektrofahrzeuge Weltweit 4,9 Mio. EVs in 2018

Quelle: https://www.zsw-bw.de/

16 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Absatzzahlen Elektrofahrzeuge Deutschland 4,9 Mio. EVs in 2018

Quelle: https://www.zeit.de/2019/11/elektromobilitaet-autoindustrie-deutschland-digitalisierung-oekologie/komplettansicht

17 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Lithium-Ionen-Batterien Kostenentwicklung

Preise für komplette Batteriemodule

BEV preisgleich zu VKM-PKW Durchbruch im Massenmarkt

Quelle: https://www.ucsusa.org/clean-vehicles/electric-vehicles/electric-cars-battery-life-materials-cost, März 2018

18 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Betriebskosten Elektroautos

2.11.2018

0 ...100 km/h = 9,9 sec

0 ...100 km/h = 11,4 sec

0 ...100 km/h = 10,3 sec

Quelle: ADAC.de, abgerufen am 7.11.2018

19 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Betriebskosten Elektroautos

Quelle: ADAC.de, abgerufen am 7.11.2018

20 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Konstruktive Vorteile von BEVs

Wenig Technik unter der „Motorhaube“ ➞ Kürzer Überstand, mehr Platz im Passagierbereich (Cab-Forward Design) ➞ Platz für zusätzlichen, vorderen Kofferraum

Tiefliegende, flache Batterie (Skateboard-Design) ➞ Tiefer Schwerpunkt, gute Straßenlage, Sicherheit gegen Überschlag ➞ Leicht erhöhte Sitzposition, bessere Übersicht

Kompakte elektrische Antriebe ➞ Motor direkt an der Achse, kaum Transmissionsverluste ➞ Dual-Motor = Allradantrieb einfach möglich Bildquelle: CNBC.com, Jaguar

21 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Konstruktive Vorteile von BEVs

Wenig Technik unter der „Motorhaube“ ➞ Kürzer Überstand,In einemmehr Platz spezifisch im Passagierbereich entwickelten (Cab Elektroauto-Forward Design) ➞ Platzhat für manzusätzlichen, eine Fahrzeugklasse vorderen Kofferraum mehr Platz als in einem Verbrenner (Kompaktklasse ➞ Untere Mittelklasse, Untere Mittelklasse ➞ Mittelklasse usw.) Tiefliegende, flache Batterie (Skateboard-Design) ➞ Tiefer Schwerpunkt,Beispiele: gute Straßenlage, Jaguar i-Pace, Sicherheit Tesla Model gegen 3, Chevy ÜberschlagBolt, ➞ Leicht erhöhte Sitzposition,VW Modularer bessere E-Antriebs Übersicht-Baukasten (MEB) usw.

Kompakte elektrische AntriebeDas gilt aber nicht bei Retrofit ➞ Motor direkt an der(Hyundai Achse, kaumKona, AudiTransmissionsverluste e-tron 55, Daimler EQC usw.) ➞ Dual-Motor = Allradantrieb einfach möglich Bildquelle: CNBC.com, Jaguar

22 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aktuelle Fahrzeuge in DL 2019 Smart EQ Kleinstwagen 82 PS 1.115 kg 18 kWh 93 km 21.940 € ForTwo ED 2,69 x 1,66 x 1,55 m Smart EQ Kleinstwagen 82 PS 1.200 kg 18 kWh 90 km 22.600 € ForFour ED 3,49 x 1,66 x 1,55 m Volkswagen Kleinstwagen 82 PS 1.229 kg 19 kWh 160 km 27.600 € e-up! 3,60 x 1,64 x 1,49 m i3 Kleinwagen 170 PS 1.345 kg 38.000 € BMW i3 42 kWh 244 km i3S 4,00 x 1,78 x 1,59 m 184 PS 1.365 kg 41.600 € Q90 88 PS 1.545 kg 317 km 33.000 € Kleinwagen Renault Zoe R90 92 PS 1.555 kg 41 kWh 300 km 33.500 € 4,09 x 1,73 x 1,56 m R110 108 PS 1.575 kg 300 km 35.400 € KIA Kleinwagen 2018 110 PS 1.565 kg 30 kWh 182 km 29.500 € Soul EV 4,14 x 1,58 x 1,59 m Opel Kompaktklasse 204 PS 1.650 kg 60 kWh 423 km 43.000 € Ampera-e 4,16 x 1,76 x 1,59 m Hyundai Kompaktklasse-SUV 136 PS 1.535 kg 39 kWh 260 km 34.600 € Kona Elektro 4,18 x 1,80 x 1,57 m 204 PS 1.685 kg 64 kWh 413 km 39.000 € Volkswagen Kompaktklasse 115 PS 1.615 kg 36 kWh 200 km 35.900 € e-Golf 4,27 x 1,79 x 1,43 m KIA Kompaktklasse-SUV 136 PS 39 kWh 240 km 34.300 € 1.750 kg Niro EV 4,38 x 1,81 x 1,56 m 204 PS 64 kWh 382 km 38.100 €

Alle Preise Stand Ende 2018, incl. MwSt., ohne staatliche Förderung; Abmessungen ohne Spiegel; Reichweiten nach EPA oder WLTP, nicht NEFZ; Preis bei Renault Zoe incl. Batteriekauf (8.000 €)

23 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aktuelle Fahrzeuge in DL 2019

Hyundai Untere Mittelklasse Ioniq 4,47 x 1,82 x 1,45 m 120 PS 1.420 kg 28 kWh 180 km 35.000 € Elektro Nissan II Untere Mittelklasse 150 PS 1.535 kg 40 kWh 241 km 32.000 € Leaf E-Plus 4,49 x 1,79 x 1,53 m 200 PS ? 62 kWh 350 km 46.500 € Jaguar Mittelklasse-SUV 400 PS AWD 2.208 kg 90 kWh 374 km 78.240 € I-PACE 4,68 x 2,01 x 1,56 m RWD 280 PS 1.611 kg 50 kWh 350 km 39.000 €* Tesla Mittelklasse 3D 350 PS AWD 1.847 kg 75 kWh 500 km 53.300 € Model 3 4,69 x 1,85 x 1,44 m P3D 450 PS AWD 1.847 kg 75 kWh 500 km 64.000 € Mercedes Mittelklasse-SUV 408 PS AWD 2.425 kg 80 kWh 350 km > 70.000 €* EQC 4,76 x 1,88 x 1,62 m Audi Obere Mittelkl.-SUV 408 PS AWD 2.490 kg 95 kWh 415 km 81.000 € e-tron 55 4,90 x 1,94 x 1,62 m Tesla 75D 518 PS AWD 2.108 kg 75 kWh 420 km 82.000 € Oberklasse Model S 100D 518 PS AWD 2.196 kg 100 kWh 540 km 87.000 € 4,98 x 1,96 x 1,44 m P100D 762 PS AWD 2.241 kg 100 kWh 510 km 95.000 € Tesla 75D Oberklasse-SUV 525 PS AWD 2.441 kg 100 kWh 470 km 91.400 € Model X 100D 5,04 x 2,07 x 1,63 m 773 PS AWD 2.491 kg 100 kWh 460 km 99.300 € P100D * In DL noch nicht nicht bestellbar

Alle Preise Stand 2019-03, incl. MwSt., ohne staatliche Förderung; Abmessungen ohne Spiegel; Reichweiten nach EPA, nicht WLTP oder NEFZ.

24 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Hersteller des Autos ARCFOX (BAIC Group) Baojun Auto Baojun Auto BAIC BJEV BAIC BJEV Modell des Autos ARCFOX LITE2017 Baojun E100 (2018) Baojun E200 (2018) BAIC EV160(2016) BAIC EC3 (2018) Batteriekapazität /kWh 16 19.2 (*) 22 (*) 25.6 (*) 20.5 (*) Motorleistung/kW 36 29 (*) 29 (*) 45 (*) 45

Preis /€ 19.849,06 € 12.818,00 € 14.214,00 € 22.075,00 € 15.710,69 €

Motorart PMSM PMSM (*) PMSM (*) PMSM (*) PMSM

Foto

Hersteller des Autos BAIC BJEV BAIC BJEV BAIC BJEV BAIC BJEV BAIC BJEV Modell des Autos BAIC EC180 (2017) BAIC EC200 (2017) BAIC EC220 BAIC EH300 BAIC EU5 R500 (2018) Batteriekapazität /kWh 20.3 (*) 20.5 (*) - 54.6 (*) 54 Motorleistung/kW 30 36 (*) 30 100 160

Preis /€ 19.471,70 € 20.352,00 € 13.446,54 € 43.496,86 € 28.138,36 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM PMSM

Foto

Preise ohne staatliche Förderung

25 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Hersteller des Autos BAIC BJEV BAIC BJEV BESTURN BESTURN BYD Modell des Autos BAIC EU5 R550 (2018) BAIC EX360 (2018) BESTURN B30 EV (2018) BESTURN X40EV 400 (2019) BYD Yuan EV3602018 Batteriekapazität /kWh 54 48* 32.24* 53 42/43.2zwei Typen ) (*) Motorleistung/kW 160 80 80* 140 70/160 zwei Typen

Preis /€ 30.968,55 € 24.301,89 € 22.490,57 € 23.496,86 € 11.308,18 €

Motorart PMSM PMSM PMSM* PMSM* PMSM

Hersteller des Autos BYD BYD BYD BYD BYD Modell des Autos BYD e5 4502018 BYD e6 4002017 BYD Qin EV450 BYD Qin pro EV500 BYD Tang (PHEV 2018) Batteriekapazität /kWh 60 (*) 82 (*) 60.48 (*) 56.4 (*) 18.5 (*) 110+180 insgesamt Motorleistung/kW 160 120 160 120 151 Preis /€ 28.301,89 € 42.327,04 € 31.528,30 € 22.641,51 € 34.213,84 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM zwei PMSM

Preise ohne staatliche Förderung

26 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Hersteller des Autos BYD BYD CHANGAN CHANGAN CHANGAN CHANGAN BenBen EV360 CHANGAN BenBen EC260 CHANGAN BenBen EV460 Modell des Autos BYD Song EV500 (2019) BYD Song EV400 ( 2018) (2019) (2019) (2019) Batteriekapazität /kWh 62 (*) 61.9 (*) 34 (*) 26* 53 Motorleistung/kW 160 160 55 30 100

Preis /€ 25.774,00 € 33.861,64 € 17.459,12 € 12.805,03 € 26.339,62 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM PMSM

Hersteller des Autos CHANGAN CHANGAN CHANGAN Great Wall Motor Dongfeng Motor Corporation CHANGAN OULIWEI EV Dongfeng Junfeng E11K Modell des Autos CHANGAN CS15EV (2018) CHANGAN EV300 (2018) Great Wall C30 EV (2018) (2017) (2019) Batteriekapazität /kWh 43 45 34.6 * 37 58 Motorleistung/kW 55 90 67 * 120 100

Preis /€ 24.264,15 € 25.132,08 € 19.874,21 € 19.119,50 € 32.553,46 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM PMSM

Preise ohne staatliche Förderung

27 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Hersteller des Autos Dongfeng Motor Corporation Dongfeng Motor Corporation Dongfeng Motor Corporation Dongfeng Motor Corporation Dongfeng Motor Corporation Dongfeng Junfeng E17 Dongfeng Fengshen E70 Dongfeng Fengshen E30 Dongfeng Fengxing S50 EV Dongfeng Fengxing M5EV Modell des Autos (2018) (2018) (2015) (2019) (2018) Batteriekapazität /kWh 50 49 20.5* 57 58 Motorleistung/kW 100 90 17* 90 80

Preis /€ 28.779,87 € 27.396,23 € 22.616,35 € 29.012,58 € 26.842,77 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM PMSM

Guangzhou Automobile Group Hersteller des Autos Dongfeng Motor Corporation Dongnan Motor Dongnan Motor Dongnan Motor Co., Ltd. Dongfeng Xiaokang EC36 GAC Trumpchi GA5 (REV Modell des Autos Dongnan DX3 EV400 (2018) Dongnan V3 EV (2017) Dongnan V5 EV (2018) (2017) 2015) Batteriekapazität /kWh 38 50 28 27 - Motorleistung/kW 60 90 - 90 94 (*)

Preis /€ 15.962,26 € 22.704,40 € 7.911,95 € 9.232,70 € 26.327,00 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM PMSM

Preise ohne staatliche Förderung

28 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Guangzhou Automobile Group Guangzhou Automobile Group Guangzhou Automobile Group Guangzhou Automobile Group Guangzhou Automobile Group Hersteller des Autos Co., Ltd. Co., Ltd. Co., Ltd. Co., Ltd. Co., Ltd. GAC Trumpchi GA5 PHEV GAC Trumpchi GE3 530 Modell des Autos GAC Trumpchi GE3 (2017) GAC IX4EV (2018) GAC Qizhi PHEV 2019) 2016) (2018) Batteriekapazität /kWh 13 (*) 55 47 49 * 13 Motorleistung/kW 94 (*) 132 132 132 130

Preis /€ 26.327,00 € 29.056,60 € 29.471,70 € 27.647,80 € 27.018,87 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM PMSM

Guangzhou Automobile Group Hersteller des Autos SINOGOLD Motor Haima Motor Haima Motor Hongxing Motor Co., Ltd. GAC Leopard CS3 Haima Aishang EV160 Hongxing Shanshan X2 360 Modell des Autos SINOGOLD GM3 (2018) Haima E3 (2017) BEVKonzept (2017) (2018) Batteriekapazität /kWh 30.8* 55 18.2 * 26.7* 32.7/37.6 Motorleistung/kW 68* 120 27 * 70* 40/68

Preis /€ - 30.163,52 € 15.572,00 € 19.346,00 € 15.786,16 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM PMSM*

Preise ohne staatliche Förderung

29 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Hersteller des Autos Hongxing Motor Huatai Motor Huatai Motor Huatai Motor Huatai Motor Hongxing Shanshan X2 300 Modell des Autos Huatai EV160B (2017) Huatai EV160R (2017) Huatai S5 iEV230 (2017) Huatai xEV260 (2017) (2018 Batteriekapazität /kWh 38 21 16/19.8 34.8/39.2 50 Motorleistung/kW 68 30 20 80 80

Preis /€ 17.584,91 € 12.930,82 € 13.748,43 € 23.899,37 € 31.735,85 €

Motorart PMSM* ASM ASM PMSM PMSM

Anhui Jianghuai Automobile Co., Anhui Jianghuai Automobile Co., Anhui Jianghuai Automobile Co., Hersteller des Autos Huatai Motor HORKI Ltd. Ltd. Ltd. Huatai Lusheng S1 iEV360 Jianghuai iEV4 Shiguang Modell des Autos HORKI 300E (2017) Jianghuai iEV4 (2017) Jianghuai iEV6E (2018) (2018) (2017) Batteriekapazität /kWh - 35.6/37.6 23 22 29.2/41.5 (zwei Typen) Motorleistung/kW 42 81 42 60 50

Preis /€ 10.163,52 € 25.006,29 € 17.232,70 € 16.163,52 € 17.849,06 €

Motorart PMSM PMSM PMSM ASM PMSM

Preise ohne staatliche Förderung

30 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Anhui Jianghuai Automobile Co., Anhui Jianghuai Automobile Co., Anhui Jianghuai Automobile Co., Hersteller des Autos Geely Auto Geely Auto Ltd. Ltd. Ltd. Geely Emgrand Geely Emgrand EV450 Modell des Autos Jianghuai iEV7 (2017) Jianghuai iEV7s (2018) Jianghuai iEVA50 (2018) Gse2018 2018 Batteriekapazität /kWh 24 39 46.5/47/60 (drei Typen) 52 52 Motorleistung/kW 50 85 80 120 120

Preis /€ 19.937,11 € 22.138,36 € 26.213,84 € 16.578,62 € 18.339,62 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM PMSM

Hersteller des Autos Geely Auto Geely Auto Jiangling Motors Co., Ltd. Jiangling Motors Co., Ltd. Jiangling Motors Co., Ltd. Geely Emgrand EV350 Geely Emgrand GE (PHEV Modell des Autos Jiangling E160L (2018) Jiangling E200N (2018) Jiangling E100B (2018) 2018 2018) Batteriekapazität /kWh 43.5* 11 20 * 29.2* 20.52* Motorleistung/kW 120* 46/68zwei Motor 30 30 30

Preis /€ 16.452,83 € 22.113,21 € 12.238,99 € 11.610,06 € 9.283,02 €

Motorart PMSM beide PMSM PMSM PMSM PMSM

Preise ohne staatliche Förderung

31 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Hersteller des Autos Jiangling Motors Co., Ltd. Jiangling Motors Co., Ltd. Karry Motor Karry Motor Kawei Auto Modell des Autos Jiangling E200L (2018) Jiangling E400 (2018) Karry K50EV (2018) Karry K60EV (2018) Kawei W1 EV (2018) Batteriekapazität /kWh 29.2* 41* 45* 45.2* 49 Motorleistung/kW 30 90/50zwei Typen 41.8* 80* 80

Preis /€ 11.232,70 € 14.817,61 € 23.748,43 € 25.635,22 € 28.654,09 €

Motorart PMSM PMSM PMSM * PMSM* PMSM*

Hu Nan Leopaard Motors Hu Nan Leopaard Motors Hersteller des Autos LIFAN Motor LIFAN Motor LIFAN Motor Co.,LTD. Co.,LTD. Modell des Autos Leopaard C5EV (2018) Leopaard CS9 EV300 (2018) LIFAN 330E (2018) LIFAN 620EV (2015) LIFAN 650EV (2018) Batteriekapazität /kWh 36* 48.18* 22* 36 43 Motorleistung/kW 50 90* 60 60 100

Preis /€ 24.943,40 € 25.886,79 € 13.987,42 € 27.647,80 € 21.679,25 €

Motorart PMSM* PMSM* PMSM* PMSM* PMSM*

Preise ohne staatliche Förderung

32 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Hersteller des Autos LIFAN Motor LIFAN Motor Dongfeng Venucia Motor Chery Automobile Co., Ltd. Chery Automobile Co., Ltd. LIFAN Maiwei EV400 Dongfeng Venucia Modell des Autos LIFAN 820EV (2019) Cherry Airuize 5e (2017) Cherry eQ (2017) (2018) Chenfeng (2017) Batteriekapazität /kWh 60 60 24 49 22.372Ah Motorleistung/kW 140 100 80 90 42

Preis /€ 33.748,43 € 26.389,94 € 31.735,85 € 28.025,16 € 21.496,86 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM PMSM

Kandi Electric Vehicles Group Kandi Electric Vehicles Group Hersteller des Autos Chery Automobile Co., Ltd. Chery Automobile Co., Ltd. Chery Automobile Co., Ltd. Co.,Ltd Co.,Ltd Cherry Ruihu 3xe 480 Cherry Ruihu 3xe 400 Modell des Autos Cherry eQ1 (2018) GLEAGLE K17AS (2017) GLEAGLE K12 (2016) (2018) (2018) Batteriekapazität /kWh 54 49 35 20 20 Motorleistung/kW 95 90 30 35 35

Preis /€ 23.056,60 € 20.641,51 € 17.496,86 € 20.729,56 € 19.974,84 €

Motorart PMSM PMSM PMSM ASM ASM

Preise ohne staatliche Förderung

33 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Kandi Electric Vehicles Group Hersteller des Autos Roewe Auto Roewe Auto Roewe Auto SAIC Motor Corporation Limited Co.,Ltd Modell des Autos GLEAGLE EX3 (2018) Roewe e50 (2016) Roewe Ei5 (2016) Roewe ERx5 (2017) Maxus EG10 Batteriekapazität /kWh 42 22 35 48 72 Motorleistung/kW 49 52 85 85 150

Preis /€ 10.918,24 € 25.132,08 € 27.522,01 € 35.647,80 € 45.333,33 €

Motorart ASM PMSM PMSM PMSM PMSM

FAW (First Automobile Works) Hersteller des Autos DENZA Auto (BYD und Daimler) WEICHAI POWER WEICHAI POWER WEY Auto (Great Wall Motor) Group Corporation in Tianjin Modell des Autos DENZA 500 (2018) Junpai A70E (2017) ENRANGER 737EV (2018) ENRANGER EX1 (2018) WEY P8 (PHEV 2018) Batteriekapazität /kWh 70 32 42 22 13 Motorleistung/kW 86/135zwei Typen 80 60 10+45insgesamt 55 85

Preis /€ 38.213,84 € 22.176,10 € 18.465,41 € 17.584,91 € 33.937,11 €

Motorart PMSM PMSM PMSM zwei PMSM PMSM

Preise ohne staatliche Förderung

34 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Hersteller des Autos NIO WM Motor WM Motor WM Motor SITECH Modell des Autos NIO SE8 (2018) WM EX5 300 (2018) WM EX5 400 (2018) WM EX5 500 (2018) SITECH DEV 1 (2018) Batteriekapazität /kWh 70 46 53 57 - 240+240insgesamt Motorleistung/kW 160 160 160 55 480 Preis /€ 62.641,51 € 27.547,17 € 30.540,88 € 30.163,52 € 19.106,92 €

Motorart zwei ASM PMSM PMSM PMSM PMSM

Hersteller des Autos YEMA YEMA YEMA LINKTOUR YUDO Modell des Autos YEMA EC30 (2017) YEMA E350 (2017) YEMA EC70 (2018) LINKTOUR E (PHEV 2018) YUDO π1 pro2018 Batteriekapazität /kWh 47 42 42/52zwei Typen 9 50 Motorleistung/kW 85 95 95/90zwei Typen 60 90

Preis /€ 22.289,31 € 31.421,38 € 31.421,38 € 30.955,97 € 22.176,10 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM* PMSM

Preise ohne staatliche Förderung

35 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Hersteller des Autos YUDO YUDO Brilliance Auto ZOTYE AUTO ZOTYE AUTO Modell des Autos YUDO π1 3602018 YUDO π3 pro2018 Zhonghua H230 (2017) ZOTYE Yun100S plus (2017) ZOTYE Y100s (2017) Batteriekapazität /kWh 39 50 23 28 22 Motorleistung/kW 55 90 65 38/40 27

Preis /€ 17.710,69 € 24.754,72 € 21.987,42 € 12.805,03 € 21.371,07 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM ASM

Hersteller des Autos ZOTYE AUTO ZOTYE AUTO ZOTYE AUTO ZOTYE AUTO ZD Auto Modell des Autos ZOTYE E200 pro (2018) ZOTYE E200 (2018) ZOTYE Z500 EV (2018) ZOTYE T300 EV (2018) ZD D2 (2017) Batteriekapazität /kWh 32 25 - 43 17 Motorleistung/kW 60 60 95 95 30

Preis /€ 8.792,45 € 23.119,50 € 27.647,80 € 14.779,87 € 19.094,34 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM PMSM

Preise ohne staatliche Förderung

36 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge China

Hersteller des Autos ZD Auto ZD Auto ZD Auto ZD Auto Modell des Autos ZD D2 (2018) ZD D2s (2017) ZD D2s (2018) ZD D3 (2018) Batteriekapazität /kWh 27 27 27 35 Motorleistung/kW 30 30 30 30

Preis /€ 6.264,15 € 23.748,43 € 7.522,01 € 13.811,32 €

Motorart PMSM PMSM PMSM PMSM

Chinesischer Markt Elektroautos (Stand Oktober 2018):

• 124 Modelle (PHEV und BEV) • 40 Automarken (weniger Hersteller, aber in unterschiedlichen Kooperationen) • Batteriekapazität im Mittel 38 kWh (von 9 kWh bis 82 kWh) • Mittlerer Preis 22.800 € (von 6.200 € bis 60.000 €) abzüglich staatlicher Förderung

Preise ohne staatliche Förderung

37 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aber das Problem mit den Rohstoffen und dem Gewicht! Seltene § Nutzung in manchen Varianten von Elektromotoren (PMSM) Erden ➞ Kann leicht ersetzt werden (ASM, FESM) § Nutzung in manchen Varianten von Windturbinen (PMSM) ➞ Kann leicht ersetzt werden (DGASM) § Nutzung in manchen Varianten von Photozellen (CdTel, Cu(In,Ga)Se2) ➞ Kann leicht ersetzt werden (Mono- und polykristallines Silizium cSi) § Keine Nutzung in Lithium-Ionen Akkus Kobalt § Stark rückläufige Nutzung in Lithium-Ionen Akkus. Bei aktuellen Batterien (NCA-Panasonic/Tesla) nur noch 0,6 kg pro 10 kWh. § Keine Nutzung in Windturbinen, Photovoltaik, Elektromotoren § Komponente in Schnellarbeitsstählen HSSE (5 bis 8% Legierungsanteil) ➞ Unverzichtbar für die Herstellung von Verbrennungsmotoren und komplexen Automatikgetrieben Lithium § Unverzichtbar für Lithium-Ionen Akkus, rund 1,5 bis 1,7 kg pro 10 kWh § Keine Nutzung in Windturbinen, Photovoltaik, Elektromotoren Platin § Nutzung in Brennstoffzellen, soll durch Kobalt (!) ersetzt werden § Keine Nutzung in Windturbinen, Photovoltaik, Elektromotoren, Li-Ion Akkus

Aluminium, Eisen, Kupfer, Silizium und Kohlenstoff/Graphit sind die wirklichen Rohstoffe der Energiewende!

38 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aber das Problem mit den Rohstoffen und dem Gewicht!

Jährliche Reserven Ressourcen Fördermenge PKW-Bestand in der gesamten Welt: Lithium in tsd. in tsd. in tsd. Ca. 1,2 Mrd. Fahrzeuge Tonnen Tonnen Tonnen Weltweit 37,8 16.000 53.800 Argentinien 5,5 2.000 9.800 § Eine 10 kWh Batterie benötigt 1,5 - 1,7 kg Lithium Australien 18,7 2.700 5.000 § 10 kg Lithium werden für eine Fahrzeugbatterie Bolivien - - 9.000 mittlerer Größe (60 kWh) benötigt Brasilien 0,2 48 180 § 12.000 Tsd. Tonnen werden benötigt, um für alle Chile 14,1 7.500 8.400 Fahrzeuge weltweit je eine Batterie zu bauen, China 3 3.200 7.000 allerdings sind heute (2018) bereits 70.000 Tsd. Kanada - - 1.900 Tonnen bekannt Kongo - - 1.000 § Darin ist Recycling (Sekundär-Lithium) noch nicht Mali - - 200 eingerechnet Mexiko - - 180 § Weiteres Lithium ist in Salzwasser (Ozeane) Österreich - - 50 enthalten, geschätzt 230.000.000 Tsd. Tonnen. Portugal 0,4 60 100 Russland - - 1.000 Serbien - - 1.000 ➞ Das Lithium für Batterien Simbabwe 1,0 23 500 Spanien - - 400 wird uns nie ausgehen! Tschechien - - 840 USA - 35 6.800

Quelle: U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2018

39 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aber das Problem mit den Rohstoffen und dem Gewicht! Energiedichte BEV-Batterien auf Systemebene ermittelt anhand von verfügbaren PKW in Serienproduktion Festkörper -Si Elektrolyt Graphit Anode 180 NCM811

160 NCM622

/kg 140 NCM532 Wh 120 NCM333 100 55,

80 etron

60 EV, BMW i3 (2016) EV, Energiedichte in

40 Pace, Renault Zoe (2017) - Bolt 20 Tesla Model S, Model 3 (2017) Renault Zoe (2013), BMW i3 (2013) Tesla Model S I Jaguar (2012), BMW i3 (2018), 0 Mercedes AudiEQC, Chevy 2012 2014 2016 2018 2020 ab 2025 Systemgewicht = Kompletter Batterie-Pack incl. Zellen, Gehäuse, Kühlung, BMS, Sicherheitstechnik, … Tesla nutzt NCA-Rundzellen mit NCM811 Material, Systemgewicht 168 Wh/kg

40 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aber das Problem mit den Rohstoffen und dem Gewicht!

Typisches Systemgewicht für einen Einsparungen Gewicht 100 kWh / 500 km Akku-Pack gegenüber Verbrennungsmotor (Mittelklasse / obere Mittelklasse)

2012 1.100 kg einfacheres Getriebe 100 kg 2014-16 770 kg Auspuffanlage & Kat. 30 kg 2018-20 600 kg* Tank & Benzin 70 kg ab 2025 300 kg ? Summe Einsparung 200 kg

Derzeit (2019) noch rund 400 kg Mehrgewicht BEV zu ICE Mittelfristige Tendenz Richtung 100 kg Mehrgewicht

Zusammen mit der Gewichtsreduktion verringert sich auch der „CO2-Rucksack“ der Batterie, d.h. die Emissionen bei der Herstellung.

*Aktueller Stand Tesla Model S, 3: 168 Wh/kg = 590 kg/100kWh Systemgewicht = Kompletter Batterie-Pack incl. Zellen, Gehäuse, Kühlung, BMS, Sicherheitstechnik, …

41 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aber das Problem mit den Rohstoffen und dem Gewicht! 2nd Life

Quelle: https://www.pv-magazine.com/2018/08/03/second-life-ev-battery-market-to-grow-to-4-2-billion-by-2025/

Bildquelle: Bosch

42 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aber das Problem mit den Rohstoffen und dem Gewicht! 2nd Life

Quelle: https://www.bloomberg.com/news/features/2018-06-27/where-3-million-electric-vehicle-batteries-will-go-when-they-retire

43 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aber das Problem mit den Rohstoffen und dem Gewicht! Recycling

Quelle: FAZ, Johannes Winterhagen, Wohin mit den alten Akkus der E-Autos?, 10.01.2018

44 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aber das Problem mit den Rohstoffen und dem Gewicht! Recycling

Bild: Lithium-Ionen-Recyclinganlage Bremerhaven Redux Recycling GmbH: Zwei Standorte (Offenbach am Main, Bremerhaven), Kapazität für 46 Mio. t Batterien pro Jahr, Gründung 1997, 80 Mitarbeiter. Quelle: Saubermacher AG

45 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Aber das Problem mit den Rohstoffen und dem Gewicht! Problemfall Lithium-Ionen Akku? Einige Fakten:

• Li-Ion Akkus enthalten keine Seltenerdmaterialien. • Der Kobaltanteil wurde in aktuellen Zellen bereits erheblich reduziert(1). Mittelfristig werden Autobatterien gar kein Kobalt mehr enthalten(2). Viele Heimspeicher-Batterien (LiFePO) enthalten heute schon kein Kobalt mehr, z.B. Produkte der Firma Sonnen. • Lithium ist in sehr großen Mengen in der Erdkruste in vielen verschiedenen Ländern und noch mehr im Salzwasser der Meere vorhanden - hier gibt es überhaupt keine Knappheit und auch keine grundsätzlichen ethischen/ökologischen Probleme bei der Förderung. Die Förderung und Aufbereitung von Lithium ist nicht grundsätzlich umweltschädlicher als die von Kupfer oder Bauxit/Aluminium. • Elektroautos mit Lithium-Ionen Akkus sind sicherer als PKWs mit Benzin oder Diesel. Brände durch Gewalteinwirkung entstehen erst nach minutenlanger Verzögerung und können mit Wasser gelöscht werden. Explosionen nach Unfällen, wie sie bei Benzin- und Diesel-PKW häufig vorkommen, sind bisher nicht bekannt geworden. • Die Lebensdauer von modernen Batterien in BEVs liegt über 200 Tsd. km(3). • Autobatterien können später als Heimspeicher oder in Großanlagen zur Netzstützung weiterverwendet werden (Second Life), außerdem ist nahezu vollständiges Recycling möglich. Dadurch sinken die anteiligen CO2-Emissionen bei der Produktion erheblich.

(1) Tesla nutzt im Model 3 rund 4,5 kg Kobalt pro Auto gegenüber 11 kg früher (Stichwort NCM811) (2) Tesla hat angekündigt, schon bei der nächsten Batteriegeneration vollständig auf Kobalt zu verzichten. (3) Tesla gewährt eine Garantie von 8 Jahren auf den Antriebsstrang einschließlich der Batterie – bei Batterien ab 85 kWh ohne km-Beschränkung, bei kleineren Batterien bis 200.000 km. Es fahren Tesla Model S mit 200.000 Meilen (320.000 km) und der ersten Batterie.

46 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Energieversorgung Woher kommt der ganze Strom?

„Aufgrund des EEGs laufen alle regenerativen Stromerzeuger ständig mit voller Leistung. Wenn also ein Elektroauto zum Laden eingesteckt wird, muss der Strom zusätzlich produziert werden und kann dann nur aus einem Kohlekraftwerk kommen. Daher muss man beim Laden von Elektroautos den Emissionsfaktor von Kohlekraftwerken ansetzen!“

Falsch! Hier werden Anfangswert und Mittelwert verwechselt!

Pro Sekunde schalten tausende Verbraucher zu oder ab. Dadurch wechselt in der Bilanz die Energiequelle eines jeden Verbrauchers ständig. Richtig ist daher, den Mittelwert aller Erzeuger anzusetzen, also den mittleren CO2-Emissionsfaktor des gesamten Netzes.

47 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Energieversorgung Woher kommt der ganze Strom?

• 630 Mrd. PKW-km wurden 2017 in Deutschland gefahren (Quelle: Kraftfahrt-Bundesamt)

• Der mittlere Energieverbrauch eines BEV wird mit 20 kWh/100 km abgeschätzt und der Ladewirkungsgrad (Elektronik, Batterie) mit 90%

• Daraus ergibt sich ein Strombedarf von 140 Mrd. kWh pro Jahr, um alle in Deutschland angemeldeten PKW elektrisch zu betreiben

Bildquelle: Umweltbundesamt 48 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Energieversorgung Woher kommt der ganze Strom?

Bruttostromerzeugung in Deutschland 140 Mrd. kWh 700,0 (+22%)

600,0 Biogas+Müllv.

500,0 Wind+PV Wasserkraft 400,0 Erdgas+Öl 300,0 Mrd. kWh Kernkraft 200,0 Steinkohle

100,0 Braunkohle 0,0

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Braunkohle Steinkohle Kernkraft Erdgas+Öl Sonstige Wasser Wind+PV Bio+Müll Quelle: AG Energiebilanzen

49 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Energieversorgung Woher kommt der ganze Strom?

400,0

350,0 Zusatzbedarf 140 Mrd. kWh

Mrd. kWh Mrd. für 46 Mio. PKW in DL 300,0 in 7 Jahren alleine aus dem Stromzuwachs erreichbar! 250,0

200,0 7 Jahre 150,0

100,0

50,0

0,0

2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 2024 Wasser Wind+PV Bio+Müll Summe Erneuerbare Energien

Quelle: AG Energiebilanzen

50 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Energieversorgung Dezentrale Energieerzeugung Netzstabilisierung durch lokale Erzeugung und lokalen Verbrauch Solarwechselrichter Batteriespeicher

DC 3~AC 3~AC 3~AC 3~AC 1 1 ~AC PV-gesteuerte ~AC Ladestation Elektroauto Funksteckdose Haushaltsverbraucher

51 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Energieversorgung Dezentrale Energieerzeugung Netzstabilisierung durch lokale Erzeugung und lokalen Verbrauch Sonniger Frühlingstag im Mai 14000 120% Verbrauch(W) Erzeugung(W) 100% Füllstand 12000 100% SOC (%)

10000 80% ( Ladestand

8 kW Leistungsgrenze 8000 60% SoC

6000 40% ) in % in ) Leistung in W

4000 20%

2000 0%

0 -20%

52 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Energieversorgung Dezentrale Energieerzeugung Netzstabilisierung durch lokale Erzeugung und lokalen Verbrauch Sonniger Frühlingstag im Mai 14000 120% Verbrauch(W) Erzeugung(W) 100% Füllstand 12000 100% SOC (%)

10000 Mit selbst erzeugtem Strom zu fahren, 80% ( Ladestand 8 kW Leistungsgrenze 8000 kostet uns heute schon 60%

nur rund 2,50 € auf 100 km! SoC 6000 40% ) in % in ) Leistung in W

4000 (... und erzeugt kaum CO2 ...) 20%

2000 0%

0 -20%

53 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Infrastruktur Kosten Ladesäulen

Infrastruktur im Jahr 2050 Anzahl Art CAPEX für 42 Mio. BEV Ladepunkte Privat 11 Mio. Überwiegend langsam 13 Mrd. € (eigener Parkplatz) (AC 3,7 und 11 kW, vereinzelt 22 kW) Privat 20 Mio. Überwiegend langsam 28 Mrd. € (geteilter Parkraum, z.B. (AC 3,7 und 11 kW, vereinzelt 22 Mehrfamilienhaus) kW) Arbeitgeber 2 Mio. Mittelschnell 3 Mrd. € (11 und 22 kW AC) Allgemein zugängliche Einrichtungen 2 Mio. Erhöht 17 Mrd. € (Einkaufszentren, Freizeit- und (22 kW AC und 50 kW DC) Kultureinrichtungen, Parkplätze) NahverkehrsraumAnmerkung: 79% aller Fahrzeuge2 in Mio. DL haben einenErhöht eigenen privaten Parkplatz. 19 Mrd. € (Laternenparker in Wohngebieten) (22 kW AC und 50 kW DC) Fernverkehrsraum 20.000 Schnell 0,5 Mrd. € (Autobahnraststätte) (≧ 50 KW DC) Summe 37 Mio. 80 Mrd. €

Zum Vergleich: Jährliche Einnahmen aus KFZ-Steuer rund 9 Mrd. €, aus Mineralölsteuer rund 41 Mrd. €

Auer, J., Heinz, D., Jochem, P., Doppelbauer, M., Scope and Total Investment for a Charging Infrastructure for 100% Market Share of BEVs in Germany by 2050, 32nd Electric Vehicle Symposium (EVS32), Lyon, France, 2019

54 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Wasserstoff-Autos Weltmarktübersicht

Hyundai Mittelklasse-SUV 590 km 163 PS 1.889 kg 6,3 kgH2 69.600 € Nexo 4,67 x 1,86 x 1,63 m EPA Toyota Obere Mittelklasse 500 km 155 PS 1.850 kg 5,0 kgH2 78.600 € Miari 4,89 x 1,81 x 1,54 m EPA Honda Obere Mittelklasse 590 km * 160 PS 1.875 kg 5,0 kgH2 Leasing Clarity FC 4,89 x 1,88 x 1,48 m EPA Mercedes Mittelklasse-SUV 430 km ** 210 PS 2.130 kg 4,4 kgH2 Miete GLC F-Cell 4,67 x 1,89 x 1,65 m NEFZ

* Nicht in Europa lieferbar, nur Kalifornien und Japan; Kein Verkauf, nur Leasing ** Gesamtstückzahl nur 100 Exemplare; Kein Verkauf, nur Vermietung

55 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Oder doch lieber (nicht!) mit Wasserstoff? Brennstoffzellen-PKW BEV mit Lithium-Ionen Akku (erste Prototypen ab 1966) (erste Prototypen ab 2003)

Daimler F-Cell (2019) Tesla Model 3 RWD LR Abmessungen (LxBxH) 4,67 m x 1,89 m x 1,65 m 4,69 m x 1,85 m 1,44 m Reichweite 430 km NEFZ 560 km WLTP + 50 km aus der Batterie Mehrgewicht 360 kg für H2-System 480 kg für die Batterie GLC 2130 kg – (EQC 2425 kg – EQC-Batterie 650 kg) Mehrgewicht 83 kg 86 kg pro 100 km Reichweite

Der „CO2-Rucksack“ bei der Produktion ist annähernd proportional zum Mehrgewicht

➞ Der Gewichtsnachteil der Batterie ist (fast) egalisiert! Bildquelle: Daimler AG, Cardebater.com

56 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV 24.03.19 www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Oder doch lieber (nicht!) mit Wasserstoff? Brennstoffzellen-PKW BEV mit Lithium-Ionen Akku (erste Prototypen ab 1966) (erste Prototypen ab 2003)

Daimler F-Cell (2019) Tesla Model 3 RWD LR AbmessungenDurch den großen(LxBxH) Platzbedarf4,67 m desx 1,89 Brennstoffzellensystems m x 1,65 m 4,69 m x 1,85 und m der 1,44 Tanks m Reichweitewird der Platz im Innen430 km- und NEFZ Kofferraum deutlich560 eingeschränkt.km WLTP Cab-Forward und+ 50 Skateboard km aus der- BatterieDesign sind nicht möglich. Mehrgewicht 360 kg für H2-System 480 kg für die Batterie GLC 2130 kg – (EQC 2425 kg – EQC-Batterie 650 kg) Ein Brennstoffzellen-PKW hat im Inneren typisch eine Fahrzeugklasse Mehrgewicht 83 kg 86 kg weniger Platz als ein vergleichbar großer Wagen mit VKM pro 100 km Reichweite und zwei Fahrzeugklassen weniger Platz als ein Wagen mit Batterie. Der „CO2-Rucksack“ bei der Produktion ist annähernd proportional zum Mehrgewicht

➞ Der Gewichtsnachteil der Batterie ist (fast) egalisiert! Bildquelle: Daimler AG, Cardebater.com

57 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV 24.03.19 www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Oder doch lieber (nicht!) mit Wasserstoff?

Hyundai Nexo Tesla Model 3 LR

Abmessungen (LxBxH) 4,67 m x 1,86 m x 1,63 m 4,69 m x 1,85 m 1,44 m

Tank 6,3 kg CH2 in drei Tanks 75 kWh Batterie Reichweite nach EPA 370 Meilen 325 Meilen Gesamtgewicht 1.889 kg 1.726 kg Verbrauch nach EPA 1,06 kgH2/100km 35 kWh/100km 14,4 kWh/100km Strombedarf und Invest 73 kWh/100km* 16 kWh/100km* bei lokaler Produktion 2,8 Mio. € Tankstelle 1.000 € für Wallbox Strombedarf 127 kWh/100km** 17 kWh/100km** bei Off-Shore Windpark

* 88% H2-Kompression auf 700 bar, 55% Elektrolyse * 90% Ladewirkungsgrad ca. 1,5 Stunden Produktionszeit für einen Tankvorgang ** 95% Netzdurchleitung ** 90% Transportverluste, 64% Verflüssigung

58 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Emissionen unterschiedlicher Energieträger

CO2-Emissionen Mercedes-Benz GLC / EQC

Ein Fahrzeug mit vier Antriebsvarianten: Benzin, Diesel, Wasserstoff, Batterie Bildquelle: Daimler AG

59 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Oder doch lieber (nicht!) mit Wasserstoff?

CO2-Emissionen Mercedes-Benz GLC / EQC

Heutige Situation 20

15

DL-Strommix 2018 10

5 Emissionen NEFZ in kg/100km

- Lokale PV CO2 0 Benzin Diesel H2 (aus Erdgas) CNG Batterie (CNG Emissionen auf Basis von geschätztem Verbrauch) Bildquelle: Daimler AG

60 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Oder doch lieber (nicht!) mit Wasserstoff?

„Wasserstoff und E-Fuels erzeugen keine Emissionen, wenn sie aus regenerativem Strom erzeugt werden, z.B. Off-Shore Windparks.“

Falsch!

Zur Stromerzeugung, Elektrolyse und Methanisierung werden aufwändige Anlagen benötigt. Diese verbrauchen bei der Errichtung CO2. Diesen CO2-Footprint muss man auf gesamten Strom abschreiben, der während der Lebensdauer der Anlage erzeugt wird.

Energieträger mit hohem Energiebedarf (Wasserstoff, E-Fuels) sind daher stärker mit CO2-Emissionen aus der Anlage belastet als batterieelektrische Fahrzeuge mit geringem Energiebedarf.

Typische Angaben: Mittelwert (Spanne) Photovoltaik: 75 (50 – 100) gCO2/kWhel Windstrom: 25 (10 – 40) gCO2/kWhel Laufwasserkraftwerk: 25 (10 – 40) gCO2/kWhel

61 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Oder doch lieber (nicht!) mit Wasserstoff?

CO2-Emissionen Mercedes-Benz GLC / EQC

Zukunft: Strom aus Off-Shore Windparks

8 CO2-Emissionen aus 7 Abschreibung der Emissionen beim Anlagenbau (Windpark, 6 Elektrolyse, Methanisierung). Nicht berücksichtig ist die 5 Infrastruktur (Netzausbau, H2- 4 Verteilung, H2-Tankstellen) 3 2 Emissionen NEFZ in kg/100km - 1 CO2 0 E-Fuel (CNG) H2 Batterie

(CNG Emissionen auf Basis von geschätztem Verbrauch)

62 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu Moderne Elektrofahrzeuge Oder doch lieber (nicht!) mit Wasserstoff? Die große „Gefahr“ von Elektroautos? Lokale, private Stromerzeugung!

H2 MOBILITY Deutschland GmbH Shareholder: • Air Liquide • Daimler • Linde • OMV (ehemals Aral/BP) • Shell • Total ➞ Mit Wasserstoff bleibt die Abhängigkeit von den großen Energiekonzernen erhalten! Private Erzeugung und privates Tanken (PV) sind unmöglich.

Bildquelle: https://h2.live/h2mobility

63 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu PKW 2.0 Disruptive Innovation Was glauben Sie wohl, ist preiswerter und hält länger?

Bildquellen: Audi AG, Daimler AG, Wittenstein AG, IAV

64 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu PKW 2.0 Disruptive Innovation

Innovation verläuft immer S-förmig, nie linear! Wenn der Tipping-Point erst überschritten ist, geht es ganz schnell… Quelle: Asymco, BlackRock

65 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu PKW 2.0 Disruptive Innovation

& Transportation – Energy -Tipp: Disruption Video : Clean Tony Seba https://www.youtube.com/watch?v=2b3ttqYDwF0

Weitere Themen: -Sharing & Co.) § Selbstfahrende Autos (autonome Fahrzeuge) § Transport als Dienstleistung (Car § Ausbau ÖPNV und Fahrverbote für PKW in Innenstädten

Innovation verläuft immer S-förmig, nie linear! Wenn der Tipping-Point erst überschritten ist, geht es ganz schnell… Quelle: Asymco, BlackRock

66 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu PKW 2.0 Disruptive Innovation

Meine alte Prognosen aus 2017:

2017 Elektroautos (BEV) haben einen verschwindend geringen Marktanteil

2020 BEV mit 500 km Reichweite werden von ersten Herstellern preisgleich zu konventionellen PKW angeboten

2023 BEV mit 500 km Reichweite werden von vielen Herstellern preisgleich oder billiger als konventionelle PKW angeboten

2027 Alle großen Automobilhersteller fahren die Produktion von Otto- und Dieselmotoren massiv herunter, weil sich die Autos nicht mehr verkaufen J

‘ mal, wie der Kaiser immer sagte ‘ mer Schaun

67 24.03.19 Martin Doppelbauer Elektromobilität Elektrotechnisches Institut ETI Univ.-Prof. Dr.-Ing. Entwicklungsperspektiven Professur Hybridelektrische Fahrzeuge HEV www.eti.kit.edu seit 1895

Elektrotechnisches Institut Vielen Dank für Ihr Interesse – Fragen?

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