STRUKTURSTUDIE - page 53

ausschließlich die Ausführungsformen der Asynchronmaschine
sowie die der fremd- und permanenterregten Synchronmaschi-
ne in Hybrid- und Elektrofahrzeugen eingesetzt (vgl. Kapitel 2).
Die hierbei am häufigsten verwendete Variante bis dato stellt
die permanenterregte Synchronmaschine dar [Kampker (2014);
Hofmann (2014)].
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Die Herstellkosten für die Einheiten variieren
je nach Motorausführung und Stückzahlszenario sehr stark. Ein
Kostenvergleich des Lehrstuhls für Produktionsmanagement des
Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH Aachen verdeutlicht
die Herstellkostensituation von elektrischen Maschinen am Bei-
spiel der Nennleistungsklasse 30 kW.
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Liegen die Herstellkosten
bei einer Prototypenherstellung der Einheiten noch deutlich au-
ßerhalb des von der Industrie geforderten Kostenbands, so kön-
nen durch eine Steigerung der Produktionsmenge Herstellkosten
zwischen 15 und 25 Euro/kW angestrebt werden. Dabei kann der
Anteil der Materialkosten an den gesamten Produktionskosten, je
nach Ausführungsform und Stückzahlszenario, 15 % (Prototypen-
herstellung) bis 69 % (Massenfertigung) ausmachen [Kampker
(2014)]. Neben zahlreichen Optimierungspotenzialen bei einzelnen
Prozessschritten stellen skalierbare und modulare Fertigungs-
und Montageeinrichtungen einen vielversprechenden Ansatz zur
Erlangung einer wirtschaftlichen Herstellung unter dem Aspekt
zunehmender Stückzahlen in den kommenden Jahren dar [Butov
et al. (2014)].
Die Leistungselektronik umfasst je nach Definition und Antriebs-
konzept das eigentliche Leistungsteil, einen Gleichstromsteller,
benötigte passive Komponenten (Spulen, Kondensatoren etc.),
die Motorkontrolleinheit sowie weitere Komponenten wie das
Gehäuse inklusive Temperierungskonzept [Kampker (2014)]. Wei-
terhin können ein Niedervolt-Gleichstromsteller (Bordnetz) sowie
das Onboard-Ladegerät im weitesten Sinne der Leistungselekt-
ronik zugeordnet werden (vgl. Kapitel 2). Aus Herstellkostensicht
entfallen rund 30 % der Gesamtkosten auf das Leistungsteil. Für
das Jahr 2015 werden für diese Komponente Zielkosten von rund
5 Dollar/kW angegeben. Die Kostensenkungspotenziale durch
eine Steigerung der Produktionsmengen werden hierbei auf rund
30 % geschätzt [Kampker (2014); VDE (2010)].
Analog zur Komponente des Leistungsteils werden auch für das
Ladegerät die Herstellkosten in Abhängigkeit der Ladeleistung
angegeben. Der Verband der Elektrotechnik Elektronik Informati-
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Die in der permanenterregten Synchronmaschine verwendeten Magnete besitzen einen hohen Anteil des Rohstoffs Neodym. Wallentowitz verweist hierbei auf die
Rohstoffproblematik im Falle einer deutlich ansteigenden Elektromotorenproduktion dieser Einheiten und stellt somit deren zukünftige Dominanz gegenüber den
Asynchronmaschinen infrage [Wallentowitz et al. (2010)].
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Die hier untersuchten Einheiten eignen sich für den Einsatz in vollelektrifizierten Kleinwagen. Das angestrebte Kostenziel liegt hier bei 570 Euro pro Motor [Schuh et al. (2013)].
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Derzeitige Hybrid- und batterieelektrische Fahrzeuge unterscheiden sich vielfach hinsichtlich der eingesetzten Ladetechnik. Während bei Hybridkonzepten in der Regel die
Ladeleistung bei klassischen 3,3 kW liegt, besitzen batterieelektrische Fahrzeuge teilweise eine Option zur Schnellladung. Hierbei werden Ladeleistungen von bis zu 50 kW
oder mehr erzielt, was wiederum deutlichen Einfluss auf die Kosten der Ladeeinheit hat.
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Untersuchungsgegenstand der Studie sind Brennstoffzellensysteme, welche erst ab dem Jahr 2015 auf dem Markt angeboten werden können (next-generation fuel cell
systems). Für eine breite Marktdurchdringung muss neben der Reduzierung der Herstellkosten auch die erforderliche Ladeinfrastruktur weiter ausgebaut werden.
onstechnik e.V. gibt für das Ladegerät Zielkosten von 50 Dollar/kW
für das Jahr 2015 sowie 25 Dollar/kW für das Jahr 2020 an [VDE
(2010)]. Aufgrund von Verbesserungen in der Batterie- und Lade-
technologie sowie durch den Ausbau einer Schnellladeinfrastruk-
tur ist in den kommenden Jahren mit einer Erhöhung der Lade-
leistungen insbesondere bei batterieelektrischen Fahrzeugen zu
rechnen [A.T. Kearney/TU Wien (2012)].
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Neben den bereits diskutierten Komponenten stellt das Brenn-
stoffzellensystem einen weiteren interessanten Betrachtungsge-
genstand im Kontext einer zunehmenden Elektrifizierung dar. Be-
dingt durch dessen Komplexität hinsichtlich Funktion, Aufbau und
Produzierbarkeit sowie durch die eingesetzten Rohstoffe und Ma-
terialien gehen mit dem System ein hoher Herstellungsaufwand
und damit ein großer Wertschöpfungsumfang einher [Spath et al.
(2012)]. Die Herstellkosten bei bekannten Kleinserien liegen auf ei-
nem sehr hohen Niveau. Eine Studie von Roland Berger Strategy
Consultants verweist hierbei auf deutliche Kostensenkungspoten-
ziale um bis zu 80 % bei Aufnahme einer Großproduktion. Unter
Annahme einer Produktionsmenge von 300.000 Einheiten (90 kW
Systemleistung) pro Jahr könnte laut der Studie ein Herstellkos-
tenniveau von rund 9.000 Euro/Einheit (100 Euro/kW) erzielt werden
[Bernhart et al. (2013)].
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Das von Toyota im November 2014 vor-
gestellte Brennstoffzellenfahrzeug „Mirai“ kann als erstes (Groß-)
Serienfahrzeug seiner Art gesehen werden. Der deutsche Ver-
kaufspreis liegt laut einer Recherche der Wirtschaftswoche bei
78.540 Euro bei einem geplanten Verkaufsstart im September 2015.
Die Markteinführung einiger weiterer Modelle anderer Hersteller
wird in den kommenden Jahren erwartet. Eine große Herausfor-
derung stellt dabei insbesondere der Aufbau einer flächendecken-
den Ladeinfrastruktur dar [WiWo (2014)].
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