KES-Tech-Group-GmbH

Radgenerator

Zielsetzung und Marktbedarf

  • Senkung des CO2-Verbrauchs von E-Fahrzeugen – erhöhter Systemwirkungsgrad bei E-Nutzfahrzeugen
  • Erhöhung der Reichweite von E-Fahrzeugen
  • Wesentliche Senkung der Betriebskosten von E-Fahrzeugen
  • Erhebliche Verkürzung der Ladedauer von E-Fahrzeugen (bei gleicher Endreichweite)

Probleme / Herausforderungen E-Mobilität

  • Geringe Reichweite
  • Hohe Stromkosten
  • Lange Ladedauer
  • Hoher Ressourcenverbrauch

Radgenerator

Problemlösung

  1. Reichweite:
    • Reichweitensteigerung in der zukünftigen Entwicklungsstufe fahrzeugabhängig von bis zu 50% erwartet
  2. Stromkosten:
    • Geringere Ladekosten aufgrund Reduktion des externen Strombedarfs bei gleichem Reichweitenanspruch
  3. Ladedauer:
    • Erhebliche Reduktion der Ladezeit bei gleichem Reichweitenanspruch, da Ladebereich der Hochvoltbatterie nur noch innerhalb des Hochstrombereiches genutzt werden muss
  4. Förderung der gesetzlichen Klimaschutzziele (CO2-Einsparpotentiale):
    • Möglichkeit zur Reduktion der Batteriegröße bei äquivalenter Reichweite
    • Möglichkeit zur Reduktion Nachladestromes bei gleicher Reichweite durch aktive Verbrauchsreduktion

Radgenerator | Aufbau

In den Rädern untergebrachte Generatoren ermöglichen die Energierückgewinnung während der Bewegung / Verzögerung des Fahrzeugs.

Radgenerator | Technische Daten Baustufe 2

Jedes Rad weist die folgenden Eigenschaften auf:

  • geringes Mehrgewicht gegenüber einem konventionellen 22‘‘ Alu-Rad im aktuellen Prototypenstatus
  • Anzahl der Generatoren pro Rad: 4 Stk.
  • Anzahl der Hebel pro Rad: 12 Stk.
  • Elektrische Leistung pro Rad: bis zu 3,5 kW (NV) / 6,1 kW (HV)

Radgenerator | Reichweitensteigerung

  • Niedervoltbetrieb mit 4 Generatoren:
    • Erzeugung einer Leistung von 9,4 kW im Bremsfall führt zu einer Energieeinsparung von bis zu 20%
  • Hochvoltbetrieb mit 4 Generatoren:
    • Aufgrund des besseren Wirkungsgrades erhöht sich die Energieeinsparung auf bis zu 30%
  • Zukünftiges Hochvoltkonzept:
    • Zielsetzung: Energieeinsparung von bis zu 50%

Radgenerator | StromKostenreduktion

  • Fahrzeugbetrieb ohne Radgenerator:
    • Ein Verbrauch von 20 kWh/100km führt zu 12,00€ bei 0,60€/kWh
  • Niedervoltbetrieb mit 4 Generatoren:
    • Durch 20% Verbrauchsreduktion muß für 100 km elektrische Reichweite nur noch für 9,60€ Strom geladen werden
  • Hochvoltbetrieb mit 4 Generatoren:
    • Durch 30% Verbrauchsreduktion muß für 100 km elektrische Reichweite nur noch für 8,40€ Strom geladen werden
  • Zukünftiges Hochvoltkonzept:
    • Durch weitere Optimierung können die Stromkosten für 100 km elektrische Reichweite unter 8,00€ bei entsprechender Fahrweise fallen

Radgenerator | Reduktion der Ladezeit

  • Fahrzeugbetrieb ohne Radgenerator:
    • Ausgehed von einem Ladezyklus von 0 auf 100% an einer Ladestation wird für ein Fahrzeug ohne Radgenerator eine Ladedauer 60 Minuten angenommen.
  • Niedervoltbetrieb mit 4 Generatoren:
    • Reduktion des benötigten Ladefensters von 0 auf 80% aufgrund des um bis zu 20% reduzierten Verbrauchs
    • Reduktion der Ladezeit um ca. 50% durch Sparen des langsamen Ladebereiches von 80 auf 100% bei gleicher Reichweite nach dem Laden
  • Hochvoltbetrieb mit 4 Generatoren:
    • Reduktion des benötigten Ladefensters von 10 auf 80% aufgrund des um bis zu 30% reduzierten Verbrauchs
    • Reduktion der Ladezeit um ca. 55% durch Sparen der langsamen Ladebereiche von 0 auf 10% und von 80 auf 100% bei gleicher Reichweite nach dem Laden
  • Zukünftiges Hochvoltkonzept:
    • Reduktion der Ladezeit um bis zu 60% durch Sparen der langsamen Ladebereiche zwischen 0 und 10% sowie zwischen 80 und 100% und zusätzlichem Sparen von Ladezeit im Schnellladebereich zwischen 10 und 80% SOC bei gleicher Reichweite nach dem Laden

Gesetzl. Klimaschutzziele – status quo

a) Bundes-Klimaschutzgesetz (KSG)
17.07.2024 – Inkrafttreten der Klimaschutz-Novelle:

  • Treibhausgas-Neutralität Deutschlands auf das Jahr 2045 vorgezogen
  • Verringerung der zulässigen Jahresemissionsmengen für das Jahr 2030

Dringender politischer Handlungsbedarf:
Förderung von Transformationstechnologien im Rahmen des Klimaschutzprogramms 2023 – „Bundesregelung Transformationstechnologien“

b) Nationales Luftreinhaltungsprogramm (NLRP)
Nach der 2016 eingeführten europäischen Richtline „National Emissions reductions Commitments Richtlinie (NEC-Richtline 2016/2284/EU)“ sind nationale Emissionshöchstmengen und verpflichtende Reduktionsvorgaben für Emissionen von fünf Luftschadstoffen einzuhalten.

Dringender politischer Handlungsbedarf:
Aktuell keine ausreichenden Maßnahmen zur Erreichung der Grenzwerte nach den europäischen Vorgaben! Gem. Urteil des OVG Berlin-Brandenburg vom 23.07.2024 – Az.: 11 A 16.20 wird die Bundesregierung zur Änderung des NLRP verurteilt!

c) Lösungsbeitrag Radgenerator:

  • Keine bloße Erweiterung der Speicherkapazität des Akkus zur Reichweitensteigerung und damit Einsparung der Ressourcen von metallischen Rohstoffen und seltenen Erden wie Kobalt, Lithium, Mangan, Nickel und Graphit
  • Reduzierung des Treibhauspotenzials von E-Fahrzeugen um ca. 21 g CO2eq/km für die aktuelle Hochvolvariante mit einem Potential von bis zu 35 g CO2eq/km in der zukünftigen technischen Realisierung
  • Treibhauspotenzial Kfz-Kompaktklasse 2020 ohne Radgenerator:

Quelle: Hrsg.: Bundesumweltamt, Texte 13/2024, „Analyse der Umweltbilanz von Kraftfahrzeugen mit alternativen Antrieben oder Kraftstoffen auf dem Weg zu einem treibhausgasneutralen Verkehr“

  • Treibhauspotenzial Kfz-Kompaktklasse 2020 ohne RG und mit der Zielsetzung eines RG Hochvolt unter Annahme einer Reichweitenerhöhung um 50 %:

Radgenerator | Erprobungsträger mit Radgenerator Baustufe 2

Modifizierter Audi e-tron 55 Quattro
Ausstattung des Fahrzeugs mit NV-Pufferbatterie und Einzel-Rad-Messystem und Batteriemonitoring

Radgenerator | Messergebnisse

Mit dem Radsystem auf dem Erprobungsträger konnte der Nachweis der Energieerzeugung erbracht werden. Die Integration der HV-Variante des Radsystems ist in Vorbereitung

Radgenerator | Einsatz im E-Nutzfahrzeug

In E-Nutzfahrzeugen bietet die Verwendung des Radgenerators noch größere Vorteile und damit weiteres erhebliches CO2-Einsparpotenzial:

  • Nutzfahrzeuge werden typischerweise in einem Geschwindigkeitsbereich von 30 bis 80 km/h betrieben:
    • Dies vereinfacht die elektrische Abstimmung des Systems und führt zu einer optimierten Systemeffizienz.
    • Dies reduziert die mechanischen Lasten auf das System da die auftretenden Zentrifugalkräfte und Lasten begrenzt sind.
    • Der Luftwiderstand spielt im Zusammenspiel der Verbraucher nur eine untergeordnete Rolle, weswegen sich die Rekuperation über die Radgeneratoren besonders signifikant auswirkt.
  • Der vorhandene Bauraum im Reifen eines Nutzfahrzeuges ist besonders geeignet für die Unterbringung der entsprechenden Technik.
  • In Nutzfahrzeugen ist ausreichend Platz für Batterietechnik vorhanden.
  • Das hohe Gewicht der Nutzfahrzeuge kann in besonderem Maße in Energie umgesetzt werden, da hier viel Walkarbeit im Reifen auftritt.
  • Nutzfahrzeuge sind in der Anschaffung teuer, dafür ist die Lebensdauer auf 1.000.000 km und mehr ausgelegt; folglich ist eine Amortisation der Radgeneratortechnik schnell erreicht.
  • Mittels Radgeneratorentechnik wird nunmehr die effiziente Nutzung von E- LKWs ermöglicht, womit die Vorteile der Straßenmautreduzierung bzw. -befreiung zum Beispiel in Deutschland genutzt werden können und zur Systemamortisation beitragen.

Entwicklungspotentiale

  • Weitere Steigerung des Wirkungsgrades über 30% hinaus
  • Gewichts und Kostenoptimierung im Zuge der Industrialisierung
  • Aktive Beeinflussung der Federungs- und Dämpfungseingeschaften der Reifen
  • Steigerung der Sicherheit und des Reisekomforts
  • Verbesserung der Komunikation zwischen dem Radsystem und den Fahrzeugsystemen

Marktaussichten | Bestand und Prognosen

Die Marktaussichten werden vom Kosten-Nutzen-Aspekt sowie der ökologischen Notwendigkeit zur Reduzierung von Treibhausgasen bestimmt. Das Potenzial umfasst grundsätzlich alle E-Fahrzeuge und eröffnet damit folgenden Markt:

  • E-PKWs in Deutschland – Neuzulassungen 2023: 524.219*
  • E-PKWs in Deutschland – Bestand April 2024: 1.600.000
  • E-LKWs in Deutschland – Bestand 2023: 68.312**
  • E-Busse in Deutschland – Bestand 2023: 2.464
  • PKWs mit elektr. Antrieb weltweit: ca. 14.500.000***
  • E-Fahrzeuge – Prognose für 2030 weltweit: 116.000.000****

* Quelle: https://de.statista.com/statistik/daten/studie/244000/umfrage/neuzulassungen-von-elektroautos-in -deutschland/ und https://de.statista.com/statistik/daten/studie/265995/umfrage/anzahl-der-elektroautos-in-deutschland/
** Quelle: BT-Drucksache 20/9976
*** Quelle: Verband deutscher Automobilindustrie, https://www.vda.de/de/themen/elektromobilitaet/ marktentwicklung-europa-international
**** Quelle: https://de.statista.com/statistik/daten/studie/1261909/umfrage/anzahl-der-weltweiten-elektrofahrzeuge/

Marktaussichten | Kosten und Nutzen

Auch wenn vorliegend die schon gesetzlich vorgeschriebene ökologische Notwendigkeit zur Nutzung des Radgenerators überwiegt, besteht dieser auch die betriebswirtschaftliche Kosten-Nutzen-Rechnung, wobei hier 2 Optionen zu unterscheiden sind, die jeweils von Kosten pro Radsystem in Höhe von ca. € 1.500,00 ausgehen.

Option 1: Verkleinerung der Batterie des E-Fahrzeugs unter Beibehaltung der bisherigen Reichweite, aufgrund des Ausgleiches der Batteriereduzierung durch die Reichweitensteigerung des Radgenerators. Die Kosten der 4 Radgeneratorensysteme werden durch die Ersparnis aufgrund der kleineren Batterie schon aufgewogen und durch die Stromersparnis zusätzlich Einspareffekte erzielt

Option 2: Mit Beibehaltung der Ausstattungsbatterie des E-Fahrzeugs erfolgt die Reichweitensteigerung in Addition zur bisher erzielbaren Reichweite. Die Kosten eines Radgeneratorensystems amortisieren sich allein durch die Stromersparnis bei Hochvoltauslegung unter Zugrundelegung von Ladekosten an auswärtigen Ladesäulen in Höhe von 60 ct/kwh nach ca. 17.000 km

Patentschutz

Unsere Technologie ist patentrechtlich geschützt durch:

  • das Europäische Patent mit einheitlicher Wirkung: EP 4 039 974 B1 und zugehörige Patente in anderen europäischen Ländern
  • über die internationale Patentanmeldung WO 2022/167214 A1 wird der Patentschutz auch auf nicht-europäische Länder ausgeweitet
  • die Patentanmeldungen EP 4 266 550 A1 und WO 2023/203001 A1
  • die Patentanmeldung EP 4 361 436 A1
  • weitere Patentanmeldungen sind in Vorbereitung

Die vollständige Liste finden Sie unter Patente auf unserer Unternehmensseite.

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