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E-Mobility

E-Mobility – kommt jetzt der Durchbruch?

Die E-Mobility nimmt Fahrt auf. Während in Deutschland im Jahr 2017 nur rund 25.000 Elektroautos zugelassen wurden, waren es  laut Statista 2018 bereits rund 36.000. Die Neuzulassungen von Autos mit Hybridantrieb stiegen von rund 85.000 im Jahr 2017 auf rund 130.000 im Jahr 2018. Zum Vergleich: insgesamt wurden 2018 laut Auto Motor Sport in Deutschland rund 3,44 Millionen PKWs zugelassen. Der Anteil von Hybridfahrzeugen beträgt gemäß dieser Hochrechnung lediglich etwa 3%, der Anteil von Autos mit reinem Elektroantrieb ziemlich genau 1%. Die ersten Hochrechnungen für das Jahr 2019 deuten darauf hin, dass weiter mit positiven Wachstumsraten zu rechnen ist.

E-Mobility im Rest der Welt

Laut der “Global electric car sales analysis 2018“ von Bart Demandt  wurden im Jahr 2019 weltweit 1,26 Millionen rein batteriebetriebene Autos zugelassen. Das entspricht einer Verdreifachung des Wertes von 2016. Den Löwenanteil beansprucht dabei China mit 61,3% der Neuzulassungen, gefolgt von den USA mit 16,6% und Norwegen mit 3,6%. In Norwegen beträgt der Anteil reiner Elektroautos fast ein Drittel der Neuzulassungen. Nimmt man die hybridangetriebenen Fahrzeuge hinzu kommt Norwegen sogar fast auf die Hälfte und erreicht damit mit den internationale Spitzenwert.

Starke Konkurrenz im Markt für E-Mobility

Noch treibt der kalifornische Elektroautobauer Tesla die etablierte Konkurrenz vor sich her. Im Jahr 2019 war Tesla mit weltweit bisher rund 245.000 ausgelieferten Autos auf Platz 1. Aber auch die chinesischen Hersteller BYD und BAIC sind mit 227.000 bzw. 165.000 ausgelieferten Einheiten im Ranking nicht weit entfernt. Platz vier belegt BMW mit 129.000 Einheiten – der erste deutsche Hersteller im Ranking. Etwas abgeschlagen befindet sich VW mit rund 52.000 Einheiten auf Platz 10 als einziger weiterer deutsche Vertreter, in den weltweiten Top 20.

Legen die traditionellen Hersteller nach?

Wie der Bau von Elektrofahrzeugen heute schon gut funktionieren kann, zeigen einige der bekannten großen OEM’s. Der Hersteller Tesla Motors Inc. ist mit seinen Modellen S, Y und 3 in den Segmenten Limousine Oberklasse, SUV Oberklasse und Limousine Mittelklasse mit E-Fahrzeugen vertreten. Alle drei gelten als die schnellsten Vertreter ihrer Art und haben Batteriekapazität für Reichweiten zwischen 350 und 550 Kilometern. Das erste europäische Modell welches dieser Benchmark nahe kommt ist seit Ende 2018 der I-Pace von Jaguar, ein Mittelklasse SUV. Im selben Segment verkauft Mercedes-Benz inzwischen seinen EQC und Audi zog jüngst mit dem E-Tron nach. Fahrzeugmodelle mit weit geringerer Leistung und Reichweite sind in diesem Vergleich aufgrund der marginalen Verkaufszahlen unberücksichtigt. Porsche will mit dem viertürigen Sportwagen Taycan 2019 seinen ersten Tesla-Konkurrenten am Markt platzieren. Welche der zahlreichen weiteren Modellankündigungen es tatsächlich in den Verkauf schaffen, wird nach Jahren großer Worte seitens der Hersteller jetzt nur noch die Zeit zeigen. Die Branchenmagazine berichten markenübergreifend fast wöchentlich von neu angekündigten E-Modellen.

Ladeinfrastruktur – Knackpunkt für die E-Mobility?

Für den großen Anteil der Marktbeobachter ist ein Erfolg der E-Mobility mit der Entwicklung der Ladeinfrastruktur eng verknüpft. Denn was nützt ein E-Fahrzeug, wenn es unterwegs nicht geladen werden kann? Nur durch Verkäufe an einzelne wohlhabende Technologie- und Ökologie-Begeisterte kann ein Weltkonzern keine milliardenteuren Entwicklungen rechtfertigen. Ionity, ein Joint -Venture der Automobilhersteller Daimler AG, BMW Group, des Volkswagenkonzerns mit Porsche und Audi sowie der Ford Motor Company, hat sich vorgenommen, diese Problematik zu lösen. Ionity hat zum Ziel „entlang europäischer Hauptverkehrsachsen ein Netzwerk leistungsfähiger Schnell-Ladestationen für Elektrofahrzeuge aufzubauen und zu betreiben.“ Ein wichtiger Bestandteil sind dabei Kooperationen mit den Betreibern von Tankstellennetzen. In Deutschland gibt es laut Statista aktuell rund 14.000 Ladesäulen, was einer Verdoppelung des Bestandes alleine im letzten Jahr entspricht. Die Ladezeiten werden durch fortlaufend angepasste aktualisierte Technologie stetig verringert, so soll an den neuesten Modellen ein gesamter Ladezyklus in etwa 30 Minuten realisierbar sein.

Das wichtige Verhältnis von Infrastruktur und Individualität

Der ein oder andere Halter eines E-Fahrzeugs dürfte bei seinen ersten Erfahrungen mit E-Mobility noch an die legendäre erste Fernfahrt mit dem Automobil durch Berta Benz denken, die sich unterwegs ihren Kraftstoff in einer Apotheke besorgen musste. Heute ist ein dichtes Tankstellennetz für die etablierten Kraftstoffe Benzin und Diesel zur Realität geworden. Die E-Mobility ist gerade erst dabei, diesen Entwicklungsschritt zu gehen. Vertreter der etablierten Automobilhersteller wie etwa jüngst VW-Aufsichtsratschef Hans Dieter Pötsch (siehe Handelsblatt) rufen daher auch nach dem Staat, der mit Fördermitteln und gesetzlichen Änderungen den Ausbau eines flächendeckenden Stromtankstellennetzes unterstützen soll. Die von der Bundesregierung gegründete Nationale Plattform für Elektromobilität (NPE) schätzt laut ADAC für das Jahr 2020 einen Bedarf von 70.000 öffentlichen Ladesäulen. Bleibt es bei den derzeitigen Wachstumsraten kann dieses Ziel sogar erreicht werden.

Was kommt noch auf uns zu?

Aufgrund verschärfter gesetzlicher Regelungen zum CO2-Ausstoß bei Automobilen, dem Erfolg von Tesla und einem weiter wachsenden Umweltbewusstsein in der Bevölkerung darf weiterhin von einer steigenden Relevanz der E-Mobility ausgegangen werden. Auch Oliver Blume, Vorstandsvorsitzender der Porsche AG, unterstreicht dies und nennt die E-Mobility inzwischen einen „Jobmotor“. Der Sportwagenhersteller investiert bis 2023 sechs Milliarden Euro in die Technologie für E-Fahrzeuge und will 1.500 neue Stellen in dem Bereich schaffen. Es scheint als käme der Zug, bzw. das E-Auto, langsam aber sicher ins Rollen. Wir von magility betrachten gespannt, wie sich der Markt weiterentwickelt. Neben dem E-Antrieb rücken auch synthetische Kraftstoffe auf Wasserstoffbasis zur nachhaltigen Gestaltung des zukünftigen Individualverkehrs vermehrt in den Fokus. Wird eine einzelne der heute vorhandenen Technologien zukünftig den Markt beherrschen? Wird es der E-Antrieb sein? Werden es die synthetischen Kraftstoffe? Oder ist es denkbar, dass verschiedene Antriebstechnologien, eventuell kombiniert, nebeneinander bestehen können?

In Verbindung mit Digitalisierung, Konnektivität und neuen Mobilitätskonzepten bleibt die Automobilindustrie, was sie schon immer war: eine der spannendsten Industrien überhaupt!

Wir von magility erstellen Trend- und Marktstudien, auch zu High-Tech Entwicklungen. Kontaktieren Sie gerne unsere Experten.  

Elektrobatterien im Zeitalter des Connected Driving

Elektrik und Elektronik (E/E) sind und bleiben in der Automobilindustrie die wesentlichen Treiber für Innovationen im Fahrzeug aber auch für neue digitale Geschäftsmodelle. Bei einem global wachsenden Produktionsvolumen wird sich der weltweite Bestand auf ca. 1,4 Mrd. Fahrzeuge erhöhen. Bis 2025 werden auch ca. 90% aller Neuwagen vernetzungsfähig sein. Safety, Security und Privacy werden zukünftig in ihrer Bedeutung ebenfalls zunehmend erfolgskritisch. Auch die Antriebsformen werden komplexer: Verbrennungsmotoren, Hybrid- und Elektroantriebe, synthetische Kraftstoffe sowie Brennstoffzellen werden den Markt nachhaltig verändern.

Wie sicher sind Lithium-Ionen-Batterien?

Im Zuge der stetigen Weiterentwicklung von Elektromobilität sowie des vernetzten und autonomen Fahrens, rücken Elektroantriebsbatterien immer mehr in den Fokus. Wir von magility haben uns schon in der Vergangenheit intensiv mit den neuen Technologien auseinandergesetzt und in den Trendstudien „magility Automotive Elektrik/Elektronik“ sowie „Elektromobilität und Energiespeicher“ die wichtigsten Entwicklungen und Trends aufbereitet. Die Lithium-Ionen-Technologie hat viele Vorteile, birgt aber auch Gefahren. In den Medien liest man häufig über Probleme mit gerade diesen Akkus. Seien es brennende, ja gar explodierende Akkus von Handys, E-Autos, die in Flammen aufgehen oder auch E-Bike-Batterien, die ganze Häuser in Brand setzen – die Liste lässt sich beliebig fortsetzen.

Die aentron GmbH mit Sitz in Gilching bei München ist einer der führenden Anbieter von Lithium-Ionen-Akkus. Die Lithium-Ionen-Batterien von aentron werden in Deutschland entwickelt und produziert. Sie werden sowohl für industrielle als auch private Anwendungen verwendet. Einsatzbereiche sind E-Mobility (Kühlfahrzeuge etc.), E-Industrie (z.B. fahrerlose Transportsysteme), E-Maritime (vom Fahrgastschiff bis zum privaten Elektromotorboot) und ON/OFF Grid (von Heimspeichersystemen und industrieller unterbrechungsfreier Stromversorgung (USV) bis hin zu mobilen Solargeneratoren). Die Systeme sind so konzipiert, dass sie anspruchsvollsten Bedingungen sowohl an Land als auch auf See standhalten.

Wir wollen aufklären, warum die Lithium-Ionen-Technologie bei Energiespeichern unverzichtbar ist und wie Gefahrenquellen schon im Herstellungsprozess minimiert werden können. Hierzu haben wir Dr. John De Roche befragt. Er ist Mitgründer und geschäftsführender Gesellschafter von aentron Energy Solutions und ein ausgewiesener Experte in Sachen funktionale Sicherheit. Seit seiner Doktorarbeit über Lithium-Ionen-Salze und -Elektrolyte setzt er sich intensiv mit dem Thema Lithium-Ionen-Energiespeicher und Sicherheit auseinander.

Herr De Roche, warum führt kein Weg an Lithium-Ionen-Batterien vorbei? Welche Gefahren birgt diese Technik?

Bild John De Roche: Rechte: aentron GmbH, Photograph: Kpaou Kondodji

John De Roche (JDR): Lithium-Ionen-Batterien sind absolute Marktführer bei wiederaufladbaren Batterien. Im Bereich Heimspeichersysteme beispielsweise haben sie Bleibatterien schon zu über 90% ersetzt. Die Vorteile von Lithium-Ionen-Zellen liegen auf der Hand: Sie sind hinsichtlich Anzahl der Ladezyklen, Energiedichte und Selbstentladungsrate ihren Konkurrenten weit überlegen. Hinzu kommt, dass sie praktisch wartungsfrei und unschlagbar kompakt sind.

Auf der anderen Seite kann bei Über- und Tiefentladen von den Zellen eine Gefahr ausgehen, die im schlimmsten Fall zu einem Feuer führt. Heftige Stöße, starke Vibrationen und Spritzwasser können Akkus ebenso beschädigen wie zu heiße oder zu kalte Umgebungstemperaturen. In weiterer Folge können diese Beschädigungen zu Kurzschlüssen in der Batterie führen, die ihrerseits möglicherweise Brände verursachen. Grundsätzlich hängen die Gefahrenquellen auch von der Art der Nutzung ab. Bei sporadischer Nutzung, wie besonders im Bereich der E-Mobility, kommen andere Aspekte zum Tragen als bei Dauerbetrieb, wie er bei Heimspeichersystemen oder Handys vorherrscht.

Die meisten Li-Ionen-Batterie-Ausfälle und Brände werden durch Probleme mit dem Überladungsschutz verursacht. Wie kommt es dazu und wie kann dem vorgebeugt werden?

JDR: Auslöser für diese Probleme sehe ich bei Fehlern oder falsch gesetzten Schwerpunkten im Entwicklungsprozess. Hinzu kommen schlecht arbeitende Batteriemanagementsysteme (BMS) oder überhaupt ihr gänzliches Fehlen. Ganz allgemein sind für die Sicherheit von Batterien vier Bereiche ausschlaggebend:

  • Funktionale Sicherheit
  • Elektronische Sicherheit
  • Mechanische Sicherheit
  • Chemische Sicherheit

Meines Erachtens legen viele Batteriehersteller den Schwerpunkt zu sehr auf die elektronische Sicherheit und vernachlässigen die anderen Punkte. Es sollte mit einem umfassenden Sicherheitskonzept gearbeitet werden, das alle Bereiche gleichrangig berücksichtigt.
aentron Batterien sind zum Beispiel standardmäßig mit elektronischen Batteriemanagementsystemen ausgestattet, die streng nach der Norm IEC 61508 entwickelt werden. Durch die akribische Anwendung dieses Industriestandards wird sichergestellt, dass die Batteriemanagementeinheit zuverlässig arbeitet und in einen definierten sicheren Zustand eintritt, wenn z. B. Überladung erkannt wird.

Wie sieht es mit den Temperaturen aus?

JDR: Essenziell ist ein ausgeklügeltes Thermomanagement, das Gefahrenquellen gar nicht erst entstehen lässt. Die von aentron verwendeten Zellen haben beispielsweise einen sehr niedrigen inneren Widerstand und erlauben sehr hohe Ströme mit nur geringer Wärmeentwicklung. Dennoch werden, um die Ausbreitung von Wärme und Feuer von Zelle zu Zelle zu verhindern, die Zellen mit genau berechneten Sicherheitsabstand in neuartigen Zellhaltern montiert. Diese wurden wiederum im Vorfeld nach der gängigen Norm UL 94 überprüft und mit V-0 klassifiziert. Zwischen den Zellen ist eine Wärmeableitfolie angebracht, mit deren Hilfe die Wärme über das Gehäuse abgeleitet wird. Die verwendeten Aluminiumgehäuse ermöglichen eine besonders schnelle Ableitung der inneren Wärme nach außen und sind zusätzlich durch druckfeste Kapselung gegen interne Explosionen geschützt. Der gesamte Batterieblock wird kontinuierlich von drei Temperatursensoren überwacht.

Gefahren, die durch hohe Umgebungstemperaturen entstehen können, werden durch den optionalen Einbau einer aktiven Luftkühlung (für die Verwendung der Batterien in heißen Klimazonen) oder aber einer internen Heizung für Temperaturbereiche unter 0 °C minimiert.

Mechanische Beschädigungen sind nicht selten, kann dies zu Kurzschlüssen in den Zellen führen?

JDR: Batterien können vor mechanischen Beschädigungen, die durch heftige Stöße, Vibrationen oder Spritzwasser/Überflutung entstehen, auf mehreren Ebenen geschützt werden. Bei aentron sind die Batterien einerseits vibrations- und schockbeständig bis 50 g. Dropsafe Handgriffe bieten zusätzliche Sicherheit. Andererseits sind alle Stromanschlüsse und Kommunikationsstecker abschließbar und dadurch ebenso wie das Aluminiumgehäuse staubdicht und gegen starkes Strahlwasser geschützt. Im Gehäuse befindet sich eine Isolationsschicht bis 1000 V DC.

Wie sieht es mit der Cyber-Security von Lithium-Ionen-Akkus aus? Können Sie aentron Batterien bedenkenlos für Anwendungen des vernetzten Fahrens empfehlen?

JDR: Prinzipiell können Lithium-Ionen-Batterien, die sich je nach Kundenwunsch auch über Apps kontrollieren und steuern lassen, gehackt werden. Die Gefahr versuchen wir bei aentron für unsere Batterien mit der Verschlüsselung des internen Batterienetzwerks zu minimieren. Darüber hinaus ist unsere Software prioritär. aentron-Batterien sind momentan bei zwei Projekten im Bereich des autonomen Fahrens erfolgreich im Einsatz.  

magility bedankt sich für das interessante Interview.

Bei Fragen oder bei Interesse an den Trendstudien „magility Automotive Elektrik/Elektronik“ oder „Elektromobilität und Energiespeicher“ kontaktieren sie uns gerne. Unsere Experten helfen Ihnen gerne weiter. In der Trendstudie zum Markt Automotive E/E beantwortet magility folgende Fragen:

  • Welche Rahmenbedingungen (Weltwirtschaft, Automobilindustrie, Technologietrends) werden die weitere Automotive E/E Marktentwicklung beeinflussen?
  • Wie entwickelt sich der Automotive E/E Markt entlang der Wertschöpfungskette (Internet, OEM, Tier, EDL, Software Firmen, Semiconductor Hersteller)?
  • Welche regionalen Trends und Prognosen ergeben sich bzgl. Marktwachstum und eingesetzter Technologien für den Automotive E/E Markt?
  • Welche neuen Player (Internetfirmen, Softwarefirmen, Energieerzeuger etc.) betreten die Automotive E/E Szene und wie wird das Automobil zukünftig zu einem “Mobile-Device”?
  • Wie werden die neuen digitalen Geschäftsmodelle (Mobilitätsmanagement, Fahrzeugmanagement, Entertainment, Home-Integration, Wellbeing, E-Commerce etc.) wachsen?

 

 

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Unsere aktuellen Produkte sind:

  • Automotive Elektrik/Elektronik Trendstudie 2014 – Gesamtversion
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Now available: aktuelle Studie – neue Elektrik/Elektronik (E/E) Potenziale konsequent nutzen!

Elektrik und Elektronik (E/E) sind und bleiben in der Automobilindustrie die wesentlichen Treiber für Innovationen im Fahrzeug aber auch für neue digitale Geschäftsmodelle. Bei einem weltweit wachsenden Produktionsvolumen von heute rund 80 auf mehr als 100 Mio. Fahrzeuge pro Jahr bis 2020, wird sich der weltweite Bestand auf ca. 1.400 Mio. Fahrzeuge erhöhen. Der E/E Anteil an der Wertschöpfung wird gleichzeitig von heute ca. 30% auf mehr als 40% ansteigen; bis 2025 werden auch ca. 90% aller Neuwagen vernetzungsfähig sein.

Bedeuten diese positiven Basistrends schon “Goldene Zeiten” für die Automotive E/E Industrie? Nicht ganz, denn von den E/E Anbietern wird zukünftig durch die jeweiligen Kunden in der Value Chain ein Höchstmaß an Agilität abverlangt: Die Innovationszyklen verringern sich weiter, die Komplexität der Hard- und Software steigt überproportional an, mechatronische Systeme nehmen weiter massiv an Bedeutung zu, die Konvergenz der Technologien steigt weiter an, gleichzeitig betreten neue potente Wettbewerber die Arena und der Preisdruck wird durch Low Cost Anbieter weiter verschärft.

Qualität, Safety, Security und Informationssicherheit werden zukünftig in ihrer Bedeutung ebenfalls zunehmend erfolgskritisch. Der Automotive E/E Gesamtmarkt wird bis 2017 mit einem CAGR von 8,6% positiv wachsen. Das E/E Umsatzvolumen für konventionelle Antriebe und Body wird weiter an der Spitze liegen. Jedoch werden die höchsten Wachstumsraten mit mehr als 20% CAGR zukünftig bei den elektrischen Antriebssystemen und den Fahrerassistenzsystemen zu finden sein. Bosch und Continental teilen sich heute in diesem dynamischen Automotive E/E Markt mit je ca. 20% Marktanteil den ersten Platz, Denso folgt mit deutlichem Abstand mit ca. 11% Marktanteil. Der Markt bietet allerdings auch Newcomern, Nischenanbietern und strategischen Kooperationen international weiter sehr gute Potentiale.

 

In einer aktuellen Trendstudie zum Markt Automotive E/E beantwortete magility folgende Fragen:

 

  • Welche Rahmenbedingungen (Weltwirtschaft, Automobilindustrie, Technologietrends) werden die weitere automotive Elektrik/Elektronik Marktentwicklung beeinflussen?
  • Wie entwickelt sich der automotive E/E Markt entlang der Value Chain (Internet, OEM, Tier, EDL, Software Firmen, Semiconductor Hersteller)?
  • Welche regionalen Trends und Prognosen ergeben sich bzgl. Marktwachstum und eingesetzten Technologien für den automotive E/E Markt?
  • Welche neuen Player (Internetfirmen, Softwarefirmen, Energieerzeuger etc.) betreten die Automotive E/E Szene und wird das Automobil zukünftig zu einem “Mobile-Device”?
  • Wie werden die neuen digitalen Geschäftsmodelle (Mobilitätsmanagement, Fahrzeugmanagement, Entertainment, Home-Integration, Well-being, E-Commerce etc.) wachsen?

 

Für die Studie wurden zahlreiche Unternehmen hinsichtlich fünf ausgewählter Suchfelder interviewt:

  1. Power Networks und Energy Management,
  2. Energy Storage,
  3. Inverter,
  4. ADAS (Advanced Driver Assistance Systems) sowie
  5. Embedded Software.

Wir bieten Ihnen eine Fallstudie für eine erste Orientierung zu aktuellen Trends im Automotiven E/E Bereich zum Preis von 450,- EUR an. Die ausführliche Studie mit detaillierten Zahlen und Grafiken zum aktuellen und zukünftigen globalen E/E Markt erhalten Sie für 2450,- EUR. Gerne beraten wir Sie hierzu im Detail.

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