In Flammen aufgegangene Batterien von Elektrofahrzeugen verheißen nichts Gutes für den prognostizierten Umsatz

geschrieben von Andreas Demmig | 19. September 2021

Deutschland könnte einen Trend setzen, indem es Elektroautos nicht erlaubt, in Tiefgaragen zu parken

Ronald Stein
Ambassador for Energy & Infrastructure, Irvine, California

Die jüngsten Nachrichten über Brände von Akku-betriebenen Elektrofahrzeugen verheißen nichts Gutes, für die Anordnung des kalifornischen Gouverneurs Newsom, den Verkauf Benzin-betriebener Fahrzeuge bis 2035 zu verbieten.

Hier der Link im Klartext und ein Einschub:

https://www.gov.ca.gov/2020/09/23/governor-newsom-announces-california-will-phase-out-gasoline-powered-cars-drastically-reduce-demand-for-fossil-fuel-in-californias-fight-against-climate-change/

Dazu die Meldung aus Kalifornien, dass Gov. Newson seine Abwahl (!) überstanden hat. Die Opposition hat eine „recall“ Wahl beantragt, [~ Abberufung, Vertrauensfrage] wegen der vielen Restriktionen. Viele Firmen sind inzwischen aus Kalifornien in andere Bundesstaaten abgewandert,  nach Texas, Colorado, Florida, mit ihnen die Arbeitsplätze.

https://www.theguardian.com/us-news/2021/sep/14/gavin-newsom-will-remain-california-governor-after-easily-defeating-recall-attempt

 

Der Bolt, das einzige Elektrofahrzeug, das GM in Nordamerika verkauft, ist seit Anfang 2020 „mit mindestens neun Bränden verbunden“, und Hyundais Fahrzeuge waren etwa mit 15 Bränden beteiligt. Inzwischen sind in den letzten vier Monaten drei Teslas in Flammen aufgegangen. Bisher brannten 27 EV-Batterien und das Jahr ist noch nicht zu Ende.

Feuerwehrleute benötigen mehr als 120 cbm Wasser, um den Brand eines Teslas einzudämmen, mehr als sie normalerweise für ein brennendes Benzinauto brauchen würden.

General Motors verkündete im August 2021, dass sie 73.000 Chevrolet Bolt EV zurückrufen, weitere zu den 70.000 Rückrufen dieser Fahrzeuge zwischen 2017 und 2019. Um auch bei allen 143.000 Chevrolet Bolt EV die Batteriemodule wegen Brandgefahr zu ersetzen, kann GM weitere Milliarden Dollar kosten, so JAMIE L. LAREAU, Detroit Free Press.

Ein weiterer „Schlag“ gegen potenzielle Verkaufsprognosen von batteriebetriebenen Fahrzeugen ist der deutsche Trend, das Parken von EVs in der Tiefgarage aufgrund potenzieller Brände von EV-Batterien zu verbieten.

Screenshot Washington Post, Jonathan Baran

Im Jahr 2020 hatte in einer Privatgarage in einem der beiden Tesla-S-Fahrzeuge ein Brand begonnen und sich auf das andere ausgebreitet
(Washington Post.com,  auf „free“ klicken um einige Artikel lesen zu dürfen)

Der Übeltäter in fast allen Brandfällen von Elektrofahrzeugen sind die Lithium-Ionen-Batterien, die die mit außergewöhnlicher Heftigkeit brennen. Zu der von diesen Ereignissen ausgehenden Feuer- und Hitzegefahr kommen die extremen Emissionen von giftigen Fluoridgasen hinzu. Einer  Studie zufolge können diese Dämpfe unter Umständen eine größere Bedrohung darstellen, insbesondere in beengten Umgebungen, in denen Personen anwesend sind.

Da Lithium-Ionen-Brände eine chemische Reaktion sind, können sie nur gekühlt und nicht gelöscht werden. [im Link wird auch auf Brandprobleme des Porsche Taycan hingewiesen, es sind also nicht nur US Modelle betroffen]. In einigen Fällen brennen sie mehrere Tage lang. In Deutschland gab es umfangreiche Schäden an einem Parkhaus. Daher hat es sich dieses deutsche Parkhaus entschieden, allen elektrifizierten Fahrzeugen das Parken in Tiefgaragen zu verbieten. Dazu gehören Hybride, Plug-in-Hybride EV und EVs, unabhängig davon, ob sie Lithium-Ionen- oder Nickel-Metallhydrid-Batterien nutzen.

Die meisten kalifornischen Elektroautos befinden sich im Besitz von Leuten mit einem höheren Einkommen und werden meist als zweit oder dritt-Fahrzeug genutzt, mit durchschnittlichen etwa 5.000 Meilen (8.000 km) pro Jahr. Diese wohlhabenderen Besitzer haben private Garagen in ihren Häusern oder Zugang zu Ladestationen in neuen Wohnblocks mit Tiefgarage, um ihre Elektrofahrzeuge aufzuladen. Vorsicht vor dem Wind [? – der Übersetzer]: Das Parken in geschlossenen Bereichen von Garagen und Tiefgaragen ist möglicherweise nicht der beste Ort zum Parken von Elektrofahrzeugen.

18 Millionen von 40 Millionen Kaliforniern haben hispanische oder afroamerikanische Wurzeln und meist ein geringeres Einkommen. Diese erleben das das rasante Wachstum der „ Energiearmut “ sehr intensiv und zusätzlich die schwierige wirtschaftliche Erholung von der Pandemie. Diese arbeitenden Familien mit begrenztem Einkommen brauchen ihre Fahrzeuge, um ihren Arbeitsplatz und die Einkaufszentren zu erreichen, da sie meist in Gegenden mit geringeren Mieten bzw. Belastungen wohnen. Elektroautos bieten für diese Bevölkerungsgruppe nicht die Erschwinglichkeit und Funktionalität von Autos mit Benzinmotor. [Dieselmotoren sind eher bei LKWs zu finden].

Die Zulassungen von E-Autos erreichten in den Jahren 2010 – 2020 einen Marktanteil 10% in Deutschland, während dieser in USA 2 % ausmacht,  in China 5,7 %

Deutschland war das erste Land, das „grün“ wurde und nun wird dort, und nicht in Kalifornien, den Elektrofahrzeugen das Parken in Tiefgaragen verboten.

https://www.pewresearch.org/fact-tank/2021/06/07/todays-electric-vehicle-market-slow-growth-in-u-s-faster-in-china-europe/ft_21-05-21_electricvehicles_1/

Elektrofahrzeuge sind immer noch ein Luxusprodukt und eher nicht bei Leuten mit niedrigem und mittlerem Einkommen zu finden. Das durchschnittliche Haushaltseinkommen für Käufer von Elektrofahrzeugen beträgt etwa 140.000 US-Dollar. Das ist ungefähr das Doppelte des US-Medians, der bei etwa 63.000 US-Dollar liegt. Trotzdem gibt es in der begrenzten Wohlstandsgruppe einen wachsenden Prozentsatz von Besitzern von Elektrofahrzeugen, die wieder auf Benzinautos umsteigen , was die Wachstumsprognosen für Elektrofahrzeuge weiter abschwächen könnte.

Ronald Stein, P.E., Botschafter für Energie und Infrastruktur

http://www.energyliteracy.net/

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Gefunden auf

https://wattsupwiththat.com/2021/09/07/ev-battery-fires-do-not-bode-well-for-projected-sales/

Übersetzt und „lesefreundlicher“ umgestellt durch Andreas Demmig



Li-Ion Akkus und ihre Eigenschaften

geschrieben von Andreas Demmig | 19. September 2021

Andreas Demmig

Der Zufall wollte es, dass ich gerade zum Zeitpunkt des veröffentlichten Beitrags über Brände von E-Autos (gemeint sind E-Autos mit Akkumulator) eine Verbesserung der Handhabung an einem Haushaltsgerät mit Li-Ionen Akku bastelte.

https://eike-klima-energie.eu/2021/09/03/brandkatastrophen-bei-e-fahrzeugen-nur-eine-frage-der-zeit/

Li-Ion Zellen sind sehr leistungsstark, aber auch empfindlicher gegen zu viel Ladestrom, wie es in einer Reihenschaltung unweigerlich passiert.

Blei- oder auch Nickel-Cadmium Zellen können / werden ohne größere Probleme in Reihe geschaltet, um auf höhere Spannungen zu kommen. Ist eine Zelle gealtert (der Innenwiderstand nimmt zu) wird diese Zelle zwar heißer als die anderen, es kommt jedoch nicht zu gefährlichen Zuständen  (da muss einer schon sehr unachtsam sein und viel Power trotzdem reindrücken).

Soweit ich es schon gesehen habe, sind entweder eine oder zwei Li-Ion Zellen in ein Handy eingebaut. Die Mittelanzapfung ist für die im Handy eingebaute Überwachung. Einer Freundin von uns, ist der Akku beim Laden im Handy so heiß geworden, des der Schreibtisch auf dem es lag, zu kokeln anfing. Vor wenigen Jahren gab es bei den Fluggesellschaften Verbote, ein bestimmtes Handy zu nutzen.

Bei dem von mir o.g. Geräte Akku  fällt beim Öffnen des Gehäuses  fällt sofort die „flächendeckende“ Elektronik oberhalb der Zellen auf.

Demmig Li-Ion-Akku (Griff drangebaut)

 

Demmig Li-Ion Akku für ein Haushaltsgerät

Das bedeutet zweierlei: Zum einen sind die Elektronikplatinen so preiswert geworden, dass sich eine Verwendung im großen Maßstab lohnt.

Zum anderen, es sind nun viel mehr Bauelemente die korrekt funktionieren müsse – erstaunlich, dass insgesamt doch so wenig passiert. Was lehrt einen das wieder? – Kein Vorteil ohne Nachteil.

 

Bei der Recherche im Web findet man:

So explodieren Lithium-Ionen-Akkus

Die Physik, bzw. die Chemie ist auch bei Lithium-Ionen-Akkus nicht anders als bei anderen wieder aufladbaren Akkus. Beim Ladevorgang wandern positiv geladene Lithium-Ionen durch einen Elektrolyten hindurch von der positiven Elektrode zur negativen, während der Ladestrom die Elektronen über den äußeren Stromkreis liefert. Nur das bei den anderen, schon länger bekannten Technologien andere Material  – Paarungen genommen werden.

Wird so ein Lithium-Ionen-Akku zu heiß, löst das im Inneren des Akkus eine thermische Reaktion aus, die sich weiter hochschaukelt, dass kann bis zu 1.000 Grad C erreichen. Der Akku bläht sich auf und fängt an zu brennen. Das dauert nur Minuten.

Experten raten bei Bränden von Lithium-Ionen-Batterien, nur mit Wasser zu löschen und nicht mit ABC-Feuerlöscher, Kohlendioxid-Löschern oder Metallbrandlöschern.

https://www.scinexx.de/news/technik/so-explodieren-lithium-ionen-akkus/

 

Lithium-Ionen-Akkumulator

Eine Li-Ionen-Zelle liefert eine Nennspannung von 3,7 Volt. Die Energiedichte ist mit ca. 100 Wh/kg etwas geringer als die von Alkali-Mangan-Batterien, aber deutlich größer als die konventioneller Akkus. Die Lebensdauer  erhöht sich, wenn man minimal nur auf 3,5 V entlädt. Allerdings reduziert sich die genutzte Energiedichte auf ca. 60–70 Wh/kg. Heutige Li-Ionen Akkus für Kraftfahrzeuge erreichen schon eine Energiedichte von über 120 Wh/kg.

Die Kapazität eines Lithium-Ionen-Akkus verringert sich selbst ohne Benutzung mit der Zeit, hauptsächlich durch parasitäre Reaktion des Lithiums mit den Elektrolyten. Die Zersetzungsgeschwindigkeit steigt mit der Zellspannung (bei Vollladung!) und der Temperatur (bei Schnellladung). Eine Tiefentladung unterhalb 2,4 V schädigt den Akku dauerhaft. Zur Lagerung werden 15 °C und ein Ladestand von 60 % empfohlen, ein Kompromiss zwischen beschleunigter Alterung und Selbstentladung. Ein Akku sollte etwa alle sechs Monate auf 40 bis 60 % nachgeladen werden. Zurzeit gilt die Faustregel, dass ein Li-Ionen-Akku nach ca. drei Jahren mehr als 50 % seiner Kapazität eingebüßt hat. Generell sollten diese Akkus möglichst nicht unter 40 % Testkapazität entladen werden, da es bei „tiefen Zyklen“ zu größeren Kapazitätsverlusten aufgrund irreversibler Reaktionen in den Elektroden kommen kann.

Kälte erhöht den Innenwiderstand (von allen Akkutypen), damit sinkt die nutzbare Kapazität. Herkömmliche Li-Ionen-Akkus dürfen nur mit spezieller Elektronik geladen werden. Bei einer Tiefentladung oder Überladung schaltet im günstigsten Fall eine interne Sicherung den Akku, meist nur temporär, ab.

Lithium ist ein hochreaktives Metall. Auch wenn es wie bei Lithiumbatterien als Li-Verbindung vorliegt, sind die Komponenten eines Li-Ionen-Akkus leicht brennbar. Ich erinnere mich, wie sehr wir Studenten beeindruckt waren, als der Herr Professor ein Stückchen Lithium mit einem Wassertropfen zum brennen brachte.

https://www.chemie.de/lexikon/Lithium-Ionen-Akkumulator.html



Ein Fachbeitrag – Eigenschaften der verschiedenen Antriebe / Motoren für Fahrzeuge

geschrieben von Andreas Demmig | 19. September 2021

Hier ein Fachaufsatz, über die verschiedenen Antriebe für Fahrzeuge,  deren Eigenschaften und Historie

Des Öfteren staunen Laien, über die guten Anzugskräfte von Elektroautos. Sind den Elektromotoren nun immer stärker als die bekannten Diesel- oder Benzinmotoren?

Zusammenfassung

Ja und nein – Denn ein wesentlicher Unterschied, ist der (relativ) ruhige  Anzug eines Autos mit Elektromotor, im Gegensatz zum „aufbrüllen“ eines großvolumigen Benzinmotors.

Aber – kein Vorteil ohne Nachteil: Da noch keiner eine Atombatterie erfunden hat, braucht man entweder Batterien (also Akkumulatoren) mit möglichst großer Kapazität oder eine ganz lange Anschluss-Schnur (letzteres ist als Scherz gemeint), Oberleitung oder dritte Schiene wie bei den elektrischen Bahnen. Daher, die Energieversorgung ist hier der Knackpunkt!

Während der Elektroantrieb bei Schienenfahrzeugen nicht in der Diskussion steht,  probiert man immer mal wieder Dieselantriebe für nicht elektrifizierte Nebenbahnstrecken durch Batterie oder gar Brennstoffzellen gespeiste Elektroantriebe zu ersetzen.

Die große Politik versucht auch im Privatbereich die batteriebetriebenen Elektroautos gegen jedes Gegenargument zu bevorzugen. Doch bereits 1888 konnte man nutzbare Autos mit Batterieantrieb kaufen. Es ist also ein ziemlich alter Hut. Der große Boom ging dann wohl auch nur bis 1911. Mit der Verbesserung der Verbrennungsmotoren und der Erfindung des elektrischen Anlassers, wurden die Autos immer einfacher in der Handhabung, der Aufbau von Tankstellen und mit ihnen die simple Betankung in kürzester Zeit und die große Reichweite waren sehr attraktiv. Mit Beginn der industriellen Serienfertigung brachte die Mobilität für viele Menschen individuelle Freiheiten und Chancen auch für die Nutzung von entfernteren Arbeitsplätzen.

Ende der Zusammenfassung

von Andreas Demmig

 

Beim Niederschreiben der Gedanken zu diesem Thema, habe ich vor allem immer wieder viel  gelöscht. Es soll kein Fachbuch für mehrere Semester Studium werden.

Wer jedoch  zum Einstieg gerne mehr wissen will – das Nachfolgende gibt einen groben Überblick.

 

Historie

Als wirtschaftliche und jederzeit betriebsbereite Antriebsquelle gab es ab dem Beginn des 19ten Jahrhundert die Dampfmaschine, die dann auch auf bzw. als Lokomotive  breite Verwendung fand. Der mitgenommene Energievorrat reichte bis zu 700km [BR 41 Mehrzwecklokomotive]. Anfangs wurde Holz, wenn möglich Steinkohle und später sogar Heizöl verwendet.

Die erste Bahn mit Elektroantrieb in Deutschland wurde von Werner Siemens [Adelung „von“ 1888 durch Kaiser Friedrich III] auf der Gewerbeausstellung 1879 den staunenden Besuchern vorgeführt – „Wo ist denn das Pferd?“

Siemens Archiv – Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25073177

Die erste elektrische Straßenbahn wurde dann in Berlin 1881 von Siemens in Betrieb genommen. Stromzuführung über die beiden Schienen [Sie kennen es z.B. von den Modellbahnen], 400 VDC. Die notwendige technische Weiterentwicklung brachte dann die ungefährlichere Stromzuführung über Oberleitung und dritte Schienen (U-Bahn).

Siemens Archiv, Erste elektrische Straßenbahn in Berlin – Lichterfelde 1881

Siemens war sehr rührig und stellte 1882 den ersten Oberleitungs-Bus vor, ebenfalls in Berlin.

Akkumulator Triebwagen

Probeeinsätze gab es bereits ab 1895 für den Betrieb auf Nebenstrecken.  Heutzutage gibt es für den Betrieb auf nicht elektrifizierten Strecken ebenfalls wieder Neu-Bestellungen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Akkumulatortriebwagen

Einschub: Im Allgemeinen sind wir es gewöhnt, die Leistung einer elektrischen Maschine in kW und bei einem Verbrennungsmotor in PS anzugeben (auch wenn die Normung uns seit 1978 auch dafür kW vorschreibt). Was wir aber brauchen, ist das Antriebsmoment, bei einem Motor  mit Welle auch Drehmoment genannt.

Dampflokomotive

Mittels eines Brennstoffes wird Wasser in einem Druckkessel erhitzt, der entstehende heiße Dampf drückt auf den Kolben. Die Idee, mit Dampf eine Maschine anzutreiben, gab es bereits im 17 Jahrhundert.  Verschiedene schlaue Erfinder haben das dann verfeinert, es stand der Wunsch im Vordergrund, eine vom Wetter unabhängige und zuverlässige Antriebsquelle  für Maschinen und Werkzeuge zu haben.

Demmig_Dampflok BR01_Zylinder

Dieser Zylinder treibt über eine Kolbenstange das Rad wie an einer Kurbel an. Die anderen Räder sind über Kuppelstangen verbunden. Der Raddurchmesser zeigt, dies ist eine Schnellzuglokomotive.

Eigenschaften: Hohes Drehmoment bereits im Stillstand, die maximale Drehzahl ist eher begrenzt. Zum endgültigen Erfolg verhalfen der Lokomotive die Brüder STEPHENSON https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/dampfmaschine#

https://www.wissen.de/wortherkunft/lokomotive

Die noch vorhandene Rest-Wärme des „verbrauchten“ Dampfes kann für die Heizung genutzt werden.

 

Kolbenmotor

Entzündlicher Brennstoff (Benzin, Gas oder Diesel) wird mit der richtigen Luftmenge vom Kolben angesaugt und vermischt (Varianten: Turbo – Unterstützung, Einspritzung), die Zündung wird last- und drehzahlabhängig verstellt, die entstehenden Verbrennungsgase drücken auf den Kolben. Über eine Kurbelwelle wird das wie vorstehend in eine Drehbewegung umgesetzt.

Kein Antriebsmoment im / ab Stillstand – da der Kolben (die Kurbelwelle) bewegt werden muss, damit der Energierohstoff überhaupt in den Verbrennungsraum gesaugt wird. Um überhaupt ein Drehmoment abgeben zu können, benötigt der Kolbenmotor eine gewisse Mindestdrehzahl. Die Füllung (der Energieinhalt) verändert sich mit der Drehzahl, damit auch die Drehmomentkurve.  Getriebe sind notwendig, um das am Rad anliegende Moment an die unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Steigungen anpassen zu können.  Eigentlich viele Einschränkungen, jedoch muss es wesentliche positive Merkmale geben, warum diese Fahrzeugantriebe weltweite Verbreitung haben. Die heißen beim Brennstoff: Diesel oder Benzin  hat einen hohen Energiegehalt und kann rel. gefahrlos im Tank mitgeführt und im Bedarfsfall schnell und unkompliziert aufgefüllt werden.. Im Winter gibt es (die Ab-) Wärme für die Passagiere kostenlos dazu

Funktionsweise eines Kolbenmotors: https://www.youtube.com/watch?v=vIJ50aUiBgM

 

Elektromotore

Der Elektromotor war eine geniale Entwicklung in der Mitte des 19. Jahrhunderts. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde er aufgrund seiner vielfältigen Bauarten bzw. Eigenschaften auch für den Antrieb von Fahrzeugen eingesetzt. Da der Elektromotor seine Energie bereits „im Stillstand“ zugeführt bekommt, ist auch ab Start ein Drehmoment vorhanden.

Der Knackpunkt ist und war immer der „Energievorrat“.

 

Elektrische Bahnantriebe

Bei der Bahntechnik kommt die Energie über Fahrleitungen oder –schienen (U-Bahn) und Stromabnehmer zum Fahrzeug, noch von zuverlässigen  Kraftwerken erzeugt. Für den öffentlichen Nahverkehr waren in vielen Städten vor rund 100 Jahren ebenfalls Busse mit Elektrotraktion an zweipoliger Oberleitung im Einsatz.  Mit steigenden Leistungen der Dieselantriebe – und dem Verbot der Personenbeförderung im Anhänger – kamen die Oberleitungsbusse wegen zu hoher Kosten aus der Mode. Heutzutage sind die O-Busse zwar nicht billiger geworden, erleben jedoch eine Renaissance

Heizen und Kühlen ist wegen der Stromzuführung über Fahrleitungen kein Problem.

Elektroautos mit Batterie

Ganz anders bei den reinen Batterie-betriebenen Fahrzeugen [technisch korrekt muss man bei aufladbaren Batterien von Akkus s.o.sprechen). Um den Einfluß von zu hohen aber auch zu kalten Temperaturen auf Batterie zu mildern, heizt und kühlt Honda.

https://de.wikipedia.org/wiki/Geschichte_des_Elektroautos

Hier ein Blogbeitrag, der die Dynamik eines Tesla beschreibt

https://www.cbcity.de/zur-laengsdynamik-des-tesla-roadster-s

Hybridautos

Eine Variante, welche die Vorteile beider Antriebsarten nutzen soll, stellen die Hybrid-Autos dar.  Diese Fahrzeuge fahren mit einem Verbrennungsmotor mit Schaltgetriebe, wie man das so kennt.  Die (ggü. reinen Batterie Autos) nicht so große Batterie, dient zur Unterstützung des Antriebs, kurze Strecken (z.B. Stop-and-go) können rein elektrisch gefahren werden. Hondas Hybrid fährt ausschließlich elektrisch, der Verbrennungsmotor läuft in einer verbrauchsgünstigen Drehzahl und lädt ständig Strom nach. (bei etwa 100 km/h wird der Verbrenner starr mit der Achse verbunden – kein Schaltgetriebe –  um auch die elektrischen Lade./Entladeverluste zu sparen)

Demmig_Detroit Electric Model Car, im Technikmuseum Speyer

 

Demmig_Technik Museum Speyer

https://de.wikipedia.org/wiki/Geschichte_des_Elektroautos

Elektromotore können ihrem Einsatzzweck entsprechend sehr flexibel hergestellt werden.

Antriebe für Fahrzeuge benötigen bereits ab Start eine hohe Anzugskraft [im Gegensatz z.B. zu einem Ventilator]. Das Drehmoment ist eine Funktion des Magnetfeldes und des Stromes.

Fast alle Antriebe mit Elektromotor (Bahnantriebe, Autos) haben ein einstufiges Getriebe, um die Baugröße klein(-er) zu halten und trotzdem genügen Startmoment zu haben. Es gab immer wieder mal Versuche auf das Getriebe zu verzichten. Es kommt auf die Gesamtübersetzung an, kleine Räder bringen Moment, große Räder mehr Geschwindigkeit  (Dampflokomotiven haben aus dem Grund kleinere oder größere Antriebsräder). Ist die Gesamtübersetzung  „lang“, benötigt der Motor einen großen Anfahrstrom – was den Motor schnell zu heiß werden lässt. Es ist also immer ein sinnvoller Kompromiss. Wie auch die Getriebeübersetzungen beim Auto mit Verbrennungsmotor. Volkswagen stattet seinen E-Golf mit einem 1-Gang Automatikgetriebe aus.

Nebenbei bemerkt: Ein Elektromotor kann zwar kurzzeitig höher belastet werden – wie lange er das aushält…? Haushaltsgeräte haben oft eine Angabe wie z.B.  KB 10min oder ED 10min, d.h. der Motor ist auf Kurzzeit-  oder Einschaltdauer … ausgelegt. Bei Antriebsmotoren gibt es auch unterschiedliche Angaben für  Stundenleistung oder Dauerbetrieb.  Neben konstruktiven Verbesserungen wurden die Leistungen von Elektromotoren vor allem durch verbesserte Isolationsmaterialien  gesteigert: Spannungsfestigkeit und Temperatur.

 

Gleichstrommotor

Die klassische Ausführung für ein Fahrzeug  ist ein Reihenschluss-Gleichstrommotor. Anhand der Kennlinie kann man m.E. die Grundlage gut verstehen.  Das Moment und damit die gefahrene Geschwindigkeit kann durch die Spannung am Motor und das Feld der Erregerwicklung beeinflusst werden.

Der Motor wird mit maximalem Strom angefahren, das Antriebsmoment bleibt konstant, bis die maximale (gerade verfügbare) Spannung erreicht ist [bei Punkt 1]. Danach beginnt der Bereich der Feldschwächung, die so gesteuert wird (Shunt zur Spulenwicklung), dass der maximale Strom gehalten wird [bis Punkt 2]. Gemäß der natürlichen Kennlinie nehmen ab da der Strom und damit das Moment ab. Die Höchstgeschwindigkeit wird erreicht, wenn das Antriebsmoment dem Fahrwiderstand entspricht.

https://de.wikipedia.org/wiki/Einphasen-Reihenschlussmotor

 

Drehstrommotor

Aufgrund der Entwicklung von Leistungshalbleitern und der zugehörigen Steuerung, haben sich auch in der Antriebstechnik die kompakteren und belastbareren Drehstrommotoren durchgesetzt. In der hier hauptsächlich gebrauchten Bauart, bestehen diese Motoren aus dem Ständer (Gehäuse), in dem min. drei um 120° versetzte Wicklungen eingebaut sind. Diese Wicklungen werden mit gleichermaßen phasenversetztem Strom gespeist, so dass sich im Innern ein Drehfeld ergibt. Das Moment des Motors kann durch die Frequenz und die Spannung beeinflusst werden.

Spannung und Frequenz werden so gesteuert, dass sich eine gute Anfahrbeschleunigung und auch noch genügend Moment bei höherer Geschwindigkeit ergeben. Die oben gezeigter Kennlinie des Gleichstrommotors entspricht dem.

Der Läufer des Motors benötigt keine weiteren Anschlüsse nach außen. Er ist daher sehr robust und hat einzig die Lager, die aber erst nach längerer Laufzeit Wartung oder Austausch benötigen.

 

Man unterscheidet zwei Bauarten, die spezielle Eigenschaften zeigen.

Der Unterschied zwischen Synchron- und Asynchronmotoren liegt in der Arbeitsweise des Rotors. Beim Asynchron-Motor dreht  der Rotor langsamer als das Statordrehfeld, also asynchron. Beim Synchronmotor dreht der Rotor (nur) nach der vorgegebenen Frequenz, also synchron.

Asynchronmotor

Der Läufer ist kompakt und mit einem kräftigen „Käfig aus Aluminium Stäben“ versehen.  Die in diesem Käfig induzierten Ströme bilden selbst ein Magnetfeld, das den Käfigläufer dazu bringt, dem Drehfeld zu folgen. Das Moment ist vom Frequenzunterschied zwischen Drehfeld des Ständers zu der Drehzahl des Läufers abhängig. Der Läufer läuft von alleine an und kann maximal die „Drehzahl“ des Läufers erreichen. Bei Steigungen z.B. sinkt die Drehzahl des Motors, im Läufer wird ein kräftigerer Strom induziert, was ein höheres Moment zur Folge hat. Das Fahrzeug wird zwar langsamer, zieht bei Steigungen aber durch (so wie wir das von einem Verbrennungsmotor kennen, bei dem wir evtl. runterschalten müssen).

Tesla ist nach den Informationen im Web, der einzige Hersteller, der Asynchron Motoren für seine Fahrzeuge nimmt.

Synchronmotor

Die Läuferwicklungen haben beim Synchronmotor ein konstantes Magnetfeld. Im E-Auto  sind im Läufer Dauermagnete eingebaut (Dafür werden diese seltenen Erden gebraucht,  z.B. Neodym), um die ohmschen Verluste einzusparen. Dieser Motor läuft nicht selbsttätig an, die Umrichter im Fahrzeug fahren die Frequenz von quasi Null an, um dem Läufer „mitzunehmen“.

Das max. Drehmoment ist durch die „Kraft“ der Magnete begrenzt, die Überlastfähigkeit und die Toleranz gegen Momentstöße des Antriebes  ist gering bis gar nicht vorhanden. Das abgegebene Drehmoment ist pulsierend (-er ggü. einer Asynchronmaschine –> Getriebe!?) Mit aufwendiger und schneller Elektronik (und SW) muss einem Synchronmotor das Verhalten einer Reihenschlussmaschine aufgezwungen werden. Die Regelung muss schnell und feinfühlig eingreifen, damit das Fahrzeug an Steigungen nicht „aus dem Tritt“ kommt.

Synchronmotoren haben außer Tesla, alle anderen, bekannten Hersteller verwendet. Viele Motoren werden außerdem gekühlt.

https://kfz-aufgaben.de/hv/11a_synchronmotor.htm

 

Vergleich der Prinzip Kennlinien 

Die Kennlinien der Motore für geringere oder höhere Leistungsabgabe (gemeint: Drehmoment) verändern sich:

  • unterschiedliche Spannungen verschieben die Kurve des Reihenschlussmotors nach rechts / links , s.o Punkt (1)
  • unterschiedliche Spannungen verschieben die Kurve des Asynchronmotors nach oben / unten, beim Synchronmotor ist mehr oder weniger Moment vorhanden
  • unterschiedliche Frequenzen verschieben die Kurve des Asynchronmotors und Synchronmotor nach rechts / links
  • Beim Benzinmotor verschiebt sich bei mehr oder weniger „Gas“ in etwa parallel nach oben / unten

Obige Darstellung ist vereinfachend. Die mechanische(!) Leistung errechnet sich mit Moment x Umdrehung (plus Faktor zur Umrechnung). Was am Rad ankommt ist geringer, da Getriebe, Lager und ä. auch noch bewegt werden müssen.

http://antriebstechnik.fh-stralsund.de/1024×768/Dokumentenframe/Kompendium/Antriebstechnik/Typische_Kennlinien/Kennlinien.pdf



Zerstörung des Ziels: Der „Übergang“ verschlingt die schwindenden Ressourcen des Planeten

geschrieben von Andreas Demmig | 19. September 2021

stopthesethings

Bergleute lieben Wind und Sonne – die Nachfrage nach Eisenerz und Kohle war noch nie so rosig, und im Herzen jedes Elektrofahrzeugs, Solarmoduls und jeder Windkraftanlage befindet sich eine Schar seltener Mineralien, die dank unseres „unvermeidlichen Übergangs“ immer seltener werden “ in eine Zukunft, die nur von Wind und Sonne angetrieben wird, und die viel angekündigte (und überbewertete) Umstellung auf das gesamte EV-Autofahren.

Diffuse, intermittierende und unzuverlässige Wind- und Solarenergie sind als Stromquellen für ein Industrieland völlig sinnlos – weil sie keinen Strom liefern können, wenn wir ihn brauchen. Als Quelle einer unersättlichen Nachfrage nach den (angeblich) schwindenden Ressourcen des Planeten sind sie jedoch erstklassig.

John Hinderbraker wirft einen Blick darauf, wie unser „unvermeidlicher Übergang“ zu einer von Wind und Sonne angetriebenen Zukunft die schwindenden Ressourcen der Welt verschlingt.

 

Die Katastrophe der Green Energy
Powerline, John Hinderbraker, 13. August 2021

Gestern war mein Tag mit zwei Anti-Green-Energy-Events hier in Minnesota ausgefüllt. Das erste war ein Mittagessen in Albert Lea, zu dem Anti-Wind-Aktivisten bis zu vier Stunden Fahrt akzeptierten. Das zweite war ein -Redner-Programm zur Cocktail-Zeit in einem Vorort von Minneapolis, an dem mehr als 250 teilnahmen. Die Redner waren  Isaac Orr  vom Center of the American Experiment und  Robert Bryce , einer der besten Energieexperten des Landes.

Der Titel der Veranstaltung lautete „Die Umweltkatastrophe von Wind- und Solarenergie“, obwohl der Inhalt des Programms etwas breiter war. Was folgt, sind einige der Folien der gestrigen Präsentation, die die Dummheit veranschaulichen, unser Stromnetz – geschweige denn unsere gesamte Wirtschaft! – mit Wind- und Sonnenenergie anzutreiben.

Neben der inhärenten Unterbrechung und lächerlich hohen Kosten besteht eines der grundlegenden Probleme bei Windturbinen und Sonnenkollektoren darin, dass sie eine enorme Menge an Mineralien benötigen. Dies liegt daran, dass Wind und Sonnenschein Energiequellen mit geringer Dichte sind. Diese Grafik zeigt die Mengen an Kupfer, Nickel usw., die benötigt würden, um in nur einem Bundesstaat, Minnesota, genügend Windturbinen zu bauen, um den bestehenden Strombedarf zu decken. [an kumulierter Menge, nicht zu jeder Zeit]

Minnesota hat fast genau eine durchschnittliche Einwohnerzahl, man kann also die nationalen Zahlen durch Multiplizieren mit 50 schätzen. Und das sind nur die USA, nicht die Welt und nur um den bestehenden Strombedarf zu decken, nicht um „alles zu elektrifizieren“ mit Elektrofahrzeugen und sonstiges, wie viele von den Demokraten und Grünen es fordern. Die roten Punkte zeigen den Prozentsatz der bestehenden weltweiten Produktion jedes dieser Materialien, der allein durch die Nachfrage in Minnesota repräsentiert wird.

Um den aktuellen US-Strombedarf mit Wind- und Solarenergie zu decken, wäre eine 50%ige Steigerung der weltweiten Kupferproduktion, eine Verdreifachung der weltweiten Nickelproduktion und eine 2.150%ige Steigerung der globalen Kobaltproduktion erforderlich. Dies wäre das größte Bergbau- und Produktionsprojekt der Weltgeschichte, und selbst wenn man davon ausgeht, dass irgendwo genügend Vorräte dieser Mineralien vorhanden sind, würde der enorme Nachfrageanstieg die Preise in die Höhe treiben.

Einschub: Zu diesem Thema habe ich eine Ausarbeitung für unseren Bundestag gefunden

https://www.bundestag.de/resource/blob/543800/a9906e8e1985f9078cd2209fb9e159fd/wd-8-010-18-pdf-data.pdf

Daraus nachfolgend einen Ausschnitt mit Grafik

Setzen wir weiterhin Elektrofahrzeuge ein und versuchen auch anderweitig, unsere Wirtschaft zu elektrifizieren, schießen diese Zahlen noch weiter in die Höhe, sodass sich beispielsweise die weltweite Kupferproduktion verdreifachen und die Kobaltproduktion um 8.200 % erhöhen müsste. Ich riskiere eine wilde Vermutung, dass dies nicht passieren wird.

Wo würden all diese Mineralien gefördert und verarbeitet? Sie brauchen nicht dreimal zu raten.

Anteil am Förderungsvolumen für ausgewählte Mineralien

Eine großartige Idee! Übergeben wir die vollständige Kontrolle über unsere Wirtschaft an die Kommunistische Partei Chinas. Was die Regierung Biden mit ihrer Energiepolitik nun versucht. (Ich habe noch nicht einmal erwähnt, dass 80 % der Solarmodule der Welt in China mit Kohlekraftwerken und größtenteils durch gering bezahlte Arbeiter hergestellt werden.) Dies führt wieder zu dem Gedanken, wenn Joe Biden ein Agent  des Feindes wäre, was genau würde er anders machen?

Bundestag, Wissenschaftlicher Dienst, Link s.o., §4 Seite 8 ff

Robert Bryce hat  ausführlich  über die Tatsache geschrieben, dass Wind- und Sonnenenergie eine so geringe Energiedichte haben, dass sie enorm viel Land benötigen. Um den vorhandenen US-Strom (unzuverlässig) mit Windkraft zu decken, müsste man eine Fläche doppelt so groß wie Kalifornien für Windkraftanlagen bereitstellen. Dies wird offensichtlich nicht passieren, zumal die lokale Opposition seit 2015 die Einstellung oder Einschränkung von mehr als 300 Windprojekten  in den USA erzwungen hat  :

Flächenbedarf um die USA mit Windenergie [kumulierte Menge] zu versorgen: zweimal Kalifornien

Sie würden auch rund 400.000 km Hochspannungsleitungen zusätzlich benötigen, genug, um zehnmal um die Welt zu gehen. Fügen Sie das der Liste der Dinge hinzu, die nicht passieren werden.

Powerline

gefunden auf

Destination Destruction: Wind and Solar ‘Transition’ Devouring Planet’s Dwindling Resources

Übersetzung und Zusammenstellung Andreas Demmig



Elektrofahrzeuge werden den Strom verteuern

geschrieben von Andreas Demmig | 19. September 2021

Duggan Flanakin

Der Wahnsinn, die Fahrer von 98 Prozent der 280 Millionen US-Leichtfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren [englisch: internal combustion engine  ICE] innerhalb der nächsten Jahrzehnte zu Batterieautos zu zwingen, erfordert massive Subventionen. Dies ist eine schlechte öffentliche Politik, die nichts zur „Bekämpfung des Klimawandels“ beiträgt.

[Hinweis:  In der öffentlichen Diskussion, sowohl in Übersee als auch in Europa,  wird sehr oft von „Elektrofahrzeugen“ gesprochen. Gemeint sind dabei fast ausschließlich Elektroautos mit Batterie und weniger oft mit Hybrid Antrieb. Zu Elektrofahrzeugen gehören schließlich auch elektrische Bahnen und O-Busse, welche niemand in Abrede stellt- der Übersetzer]

Die amerikanische Öffentlichkeit ist – trotz ständiger Beschwörung durch die Eliten in Washington und vielen Landeshauptstädten – einfach nicht bereit, den Wechsel zu vollziehen. Im Jahr 2019 waren von den 17 Millionen neuen leichten Nutzfahrzeugen, die in den USA verkauft wurden, nur 320.000 vollwertige Elektrofahrzeuge. Elektrofahrzeuge machen weniger als 1 Prozent der weltweit 1 Milliarde Autos aus.

Amerikanische Autofahrer legten im Jahr 2019 rd. 5,2 Billionen km zurück, etwa 22.000 km  pro Fahrzeug . Das ist mehr als in jedem anderen Land. Auf Platz zwei und drei folgen Kanada und Australien, zwei weitere Nationen mit riesigen Flächen. Die Chinesen, die bei Elektrofahrzeugen weltweit führend sind, fahren nur 1.100 km pro Jahr .

Präsident Biden fordert nun, dass Elektrofahrzeuge bis 2030 die Hälfte aller Neuwagenverkäufe ausmachen. Dies würde sowohl einen massiven Aufbau der Elektrofahrzeugfertigung, den Ausbau des Stromnetzes als auch eine Verpflichtung der Branche erfordern, den Bau von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor einzustellen – einige Autoherstellern und einigen Staaten haben sich schon dazu verpflichtet. Ist das eine kluge Politik?

EVAdoption [eine Webseite für Batteriefahrzeuge] prognostiziert, das bis 2030 20 Millionen neue Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor auf den Straßen sein werden. Ein Grund: Chip Knappheit, Batterie Rückrufe, Fabrik- und Produktionsverzögerungen, Lieferketten Probleme und ein Fokus auf den Verkauf in EU-Ländern. Die USA verlassen sich bei Fahrzeugbatterien und -Chips auf China, und die Chinesen priorisieren ihre eigenen Ziele mit Batterie Fahrzeugen gegenüber unseren.

Autos halten heute länger als früher, die Leute besitzen sie länger, der Verkauf von Gebrauchtwagen nimmt weiter zu (es werden jedes Jahr weniger Autos ausgemustert als Neuwagen gekauft), und neue Autos sind teurer geworden. Homeoffice bietet Autofahrern einen weiteren Grund, ältere Autos länger zu behalten. Die überwiegende Mehrheit der neuen, schadstoffarmen Verbrennungsmotoren von heute wird auch 2035 auf den Straßen unterwegs sein.

Haben diese Politiker oder Manager jemals die Amerikaner (oder überhaupt jemand auf der Welt) gefragt, ob sie gewillt oder sogar begierig sind, ihre Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor zu verschrotten? Oder ob sie zumindest mit einem beschleunigten Zeitplan einverstanden sind, der den Markt verfälscht? Die Schritte von Präsident Biden, die US-Öl- und Gasförderung einzuschränken, sind die einer diktatorischen Regierung, die den Menschen sagen kann, was sie will und diese müssen es dann akzeptieren.

Aber sind die Leute schlauer als die Regierung es meint zu wissen? Schauen wir uns einige Beweise an.

In Kalifornien, bat der unabhängige Strombetreiber des Staates im Juni die Einwohner, angesichts von Stromausfällen Strom zu sparen, Insbesonders stand „einschließlich das Ladens von Elektrofahrzeugen“ in der Liste. Dies deutet darauf hin, dass die von Biden vorgeschriebene Zunahme von Elektrofahrzeugen ein bereits überlastetes Stromnetz weiter belasten wird.

Dr. Jay Lehr stellt fest, dass die Energie, die heute für den US-Verkehr verwendet wird, 8,5 Billionen Kilowattstunden entspricht, bei einem nur sehr geringen Anteil elektrischer Leistung. Die derzeitige Stromerzeugungskapazität der USA beträgt 11,4 Billionen Kilowattstunden.

BloombergNEF prognostiziert , dass der weltweite Energieverbrauch durch Elektrofahrzeugen bis 2040 um 6,8 Prozent steigen wird.   Die New York Times berichtet, dass eine vollständige Umstellung auf Elektrofahrzeuge einen Anstieg des Stromverbrauchs um 25 Prozent erzwingen würde. Wie wird eine Nation, die darauf aus ist, fossile Brennstoffe zu beenden, den Strom für eine reine Flotte aus Batteriefahrzeugen bereitstellen bzw. finden?

Die Interessenvertretungen von „grüner Energie“ tendieren systematisch dazu, Negatives, was die Umweltbilanz von Batterieautos zu ignorieren, damit der propagierte Nutzen von Batterieautos nicht in Frage gestellt wird. Der öffentliche Fokus auf Auspuffemissionen bevorzugt Elektroantriebe gegenüber Verbrennungsmotoren. Es gibt jedoch viele Belege dafür, dass die Herstellung von Batterieautos weitaus energieintensiver ist als die von Autos mit Verbrennungsmotoren.

Die Menschen brauchten keine massiven Subventionen, um von Schreibmaschinen zur Textverarbeitung mit PCs und Laptops zu wechseln. Die Leute wechselten schnell und reibungslos von schnurgebundenen Telefonen auf Handys, auch weil die Gesprächsgebühren obsolet wurden. [Sie erinnern sich? – Ein Ortsgespräch wurde ab 8 min Gebühren getaktet, Ferngespräche ab 18:00 billiger als tagsüber – der Übersetzer] Nur Elektroautos brauchen [wie „grüne Energien“  Subventionen, Geld, das von den Armen genommen wird um es den Reichen zu geben.

Der australische Energieexperte Viv Forbes sagt, dass Elektroautos auf Kollisionskurs mit erneuerbaren Energien sind. Warum nicht einfach die Verbrennungsmotoren weiter verbessern? Die heutigen schadstoffarmen Verbrenner-Autos  gefährden die Sicherheit des Stromnetzes nicht. Sie erfordern auch keine enormen Kosten für neue Ladetechnologien für Elektrofahrzeuge und Upgrades von Elektroboxen für Wohngebäude.

Eine voll auf E-Autos setzende  Gesellschaft wird einen massiven Anstieg des Seltenerd-, Kupfer- und anderen Bergbaus erfordern. Forbes sagt, dass das Kohlendioxid, das durch den zusätzlichen Abbau, den Transport, die Herstellung und die Entsorgung von grünen Energie Generatoren und Batterien emittiert wird, das angeblich eingesparte Kohlendioxid bei weitem übersteigt.

In dem 3,2-Billionen-Dollar-Investitionsvorhaben der Regierung Biden, sind 1,1 Billionen-Dollar für die „Infrastruktur enthalten, den die grüne Linke vorantreibt. Darin sind die Abschaffung der Autos mit Verbrennungsmotor und Hinwendung auf Batterieautos enthalten. Dieses würde  die USA aus der Realität verdrängen und in ein grünes Desaster stürzen. Das Ringen um den Bau eines grünen Stromnetzes ist bereits vergeblich. Der Zwang zu Millionen von Batterieautos in diesem Mix macht Stromausfälle und Reichweitenbeschränkungen zur Routine.

Und nichts davon wird eine Nation mit einer Neigung für die offenen Straßen in einem weiten Land zufriedenstellen.

Dieser Artikel erschien zuerst bei Real Clear Energy

https://www.cfact.org/2021/08/20/electric-vehicles-will-tax-the-electric-grid/

 

Übersetzt durch Andreas Demmig

Fundstück
Prof. Indra über Elektroautos

https://www.youtube.com/watch?v=4CLXmC2mr3k&t=210s

Empfehlung: mind. ab 4:30 min kurz reinhören

Der Beitrag ist ein 7 min Ausschnitt eines längeren Gesprächs mit „Alte Schule“

Auch noch: Prof. Indra berichtete über Entwicklungen in Asien, den Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren auf fast 60% zu steigern! Suchfunktion https://www.youtube.com/results?search_query=prof+indra+wasserstoff+]