Cost and behavioral drivers of the market penetration of battery electric vehicles

Suares, Maria; Letmathe, Peter (Thesis advisor); Lorz, Jens Oliver (Thesis advisor)

Aachen (2019)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2019, Kumulative Dissertation

Kurzfassung

Die Bundesregierung hat das Ziel von einer Million umweltfreundlicher Elektrofahrzeuge (EVs) auf deutschen Straßen bis 2020 aufgrund einer geringen Nachfrage zurückgezogen. Die Gründe dafür sind vielfältig und reichen von unvorteilhaften Preisleistungsverhältnissen bis hin zur Batterie von EVs. Vor diesem Hintergrund sind erfolgreiche Industrie- und Politikmaßnahmen notwendig, um kundenorientierte Lösungen für EVs in Deutschland anzubieten. Die vorliegende Dissertation trägt dazu bei, rein batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) aus Sicht der kundenorientierten Gesamtkosten (TCOC) und der Verhaltensentscheidungsfindung (Fahrzeugauswahl) unter Verwendung von drei Forschungsansätzen zu bewerten, um potentielle Industrie- und Politikmaßnahmen für Deutschland abzuleiten. Die drei Ansätze sind im Nachfolgenden detailliert beschrieben und sind wie folgt miteinander verbunden: (1) Modellierung der TCOC gefolgt von (2) Untersuchung der TCOC Informationsoffenlegung unter einer Risikosituation und (3) Optimierung der TCOC anhand des optimalen Kostenpaketes für BEVs. Der erste publizierte Forschungsaufsatz legt den Grundstein für die vorliegende kumulative Dissertation, bei dem ein TCOC Model entwickelt wird, um die Wirtschaftlichkeit inklusive potentieller Kostenrisiken von ausgewählten Personenkraftfahrzeugen zu ermitteln. Dies wird erreicht, in dem bestehende TCOC Modelle mit den oft vernachlässigten Kosten des Wiederverkaufswertes der Batterie für die Zweitverwertung und Wiederverwertung erweitert wurden. So haben wir die Wirtschaftlichkeit für die zehn meist zugelassenen BEVs in Deutschland in 2014 ermittelt und diese vergleichbaren konventionellen Fahrzeuge (ICEVs) mit Benzin (ICEV-SI) oder Diesel (ICEV-CI) gegenübergestellt. Hier betrachteten wir ebenfalls Voll-Hybridfahrzeuge (HEVs), da diese eine wichtige Rolle in der Übergangsphase zwischen BEVs und ICEVs spielen. Wir analysieren die Ergebnisse unter verschiedenen Annahmen einschließlich einer Monte Carlo Simulation mit 500,000 Ziehungen pro Simulation für 2016 und 2021. Die Ergebnisse zeigen, dass vier BEVs - BMWi3, TeslaS, Mercedes B250e und TeslaX - und fünf HEVs - Honda Jazz, Toyota Auris, LexusIS, Mercedes E300h und Mercedes S400h - trotz Kostenrisiken in Strom/Kraftstoff und Batteriepreisen wirtschaftlich gegenüber deren vergleichbaren ICEVs in 2016 sind. Der finanzielle Anreiz in Form einer Kaufprämie zeigt eine positive Wirkung auf die Ist-TCOC, allerdings nicht für alle ausgewählten BEVs. Der zweite Forschungsaufsatz analysiert zwei mögliche nutzungsbasierte Anreize in Form einer TCOC Informationsoffenlegung und eines Fahrverbots für ICEVs auf die Kaufentscheidung von einem BEV, um die Wirksamkeit beider Einflussfaktoren zu bestimmen. Dies wird erreicht, in dem 379 potentielle Endverbraucher mittels eines Online-Experiments einschließlich eines postexperimentellen Fragebogens deutschlandweit befragt werden. Wir analysieren die Auswahlentscheidung für ein BEV anhand einer logistischen Regression mit der linearen Generalized-Estimating-Equation (GEE) Methode. Die Ergebnisse zeigen, dass beide nutzungsbasierte Anreize einen positiven Einfluss auf die Auswahl von BEVs haben können, da die Drohung eines Fahrverbots für ICEVs und die Gewichtung der TCOC Information mit der TCOC Wertdifferenz einen signifikanten positiven Einfluss auf die Kaufentscheidung (p < 0.001) eines BEVs haben. Zudem zeigen verschiedene Kontrollvariablen wie z.B. Kosten (Kaufpreis, Reichweite), hedonische Vorteile (Bewusstsein, Erfahrung) und einige demografische Aspekte (Bildung, Jahresfahrleistung) einen signifikanten Einfluss auf die Kaufentscheidung eines BEVs. Ferner, bleiben die bekannten BEV Attribute - Reichweite, Infrastruktur und Preis - ein Problem. In einem weiteren Schritt berechnen wir die resultierende Plan TCOC, um eine klare Aussage über die finanziellen Folgen für ICEVs abzugeben. Die risikobehaftete Politikmaßnahme zeigt ebenfalls eine positive Wirkung auf die Plan TCOC, da die bestehenden wirtschaftlichen vier BEVs vorteilhafter werden. Mit der Kaufprämie werden insgesamt fünf BEVs (dieselben wie bei der Ist-TCOC) wirtschaftlich gegenüber deren ICEVs.Der letzte Forschungsaufsatz analysiert mögliche Kosten-Nutzen-Verbesserungen für BEVs auf die Kaufentscheidung, um ein optimales Preisleistungsverhältnis anhand der Soll-TCOC zu bestimmen. Dies wird erreicht, indem 86 "Early Adopters" mittels einem Discrete Choice Experiment sowie eines Fragebogens deutschlandweit analysiert werden. Wir untersuchen die Kosten-Nutzen bezogenen Attribute auf die Auswahlentscheidung für ein BEV anhand einer gemischten logistischen Regression (MXL). Die Ergebnisse zeigen, dass die ausgewählten fahrzeugbasierten Attribute einen signifikanten Einfluss auf die Auswahl von BEVs haben, da die monetären Kosten (Fahrzeugpreis (IPP), Batterie Zahlungsmöglichkeit (BC), jährliche Werkstattkosten (MR) und Stromkosten pro 100 km für das Schnellladen (EC); p < 0.001) einen signifikanten negativen und die nicht monetären Kosten (Reichweite (R): p < 0.001) einen signifikanten positiven Einfluss auf die Kaufentscheidung eines BEVs haben. Auf dieser Grundlage leiten wir das optimale Kostenpaket ab, welches 15 % geringere MR, 10 % geringere IPP einschließlich des Kaufs einer Batterie mit einem tatsächlichen Verbrauch von 17 Kilowattstunde (kWh) und einer tatsächlichen Reichweite von 700 km beinhaltet. Darauf aufbauend, berechnen wir die resultierende Soll-TCOC, um das optimale Preisleistungsverhältnis für BEVs zu bestimmen. Die ermittelten Kosten-Nutzen Verbesserungen führen zu einer 10 %-igen Einsparung für bestimmte BEVs. Die bestehenden vier BEVs (dieselben wie bei der Ist-TCOC) werden vorteilhafter. Neben dem Renault Zoe Z.E., wird durch die Kaufprämie das deutsche Schlüsselfahrzeugsegment (Kompaktklasse) für vier BEVs (VW e-Golf und Nissan Leaf) wirtschaftlich gegenüber deren ICEVs. Folglich haben die Kosten-Nutzen-Verbesserungen sich als erfolgreich erwiesen, da die Ergebnisse einen wichtigen Einfluss auf den deutschen Massemarkt haben können. Zusammengefasst zeigen wir mit unserem gesamten Forschungsansatz, dass alle ausgewählten BEV Segmente mit der Ausnahme vom Minis Fahrzeugsegment (z.B. Smart) wirtschaftlich und somit attraktiv für potentielle Kunden werden. Die vorliegende kumulative Dissertation eröffnet somit wertvolle Einblicke für Forschung und Praxis (Industrie und Staat), um die weitere Entwicklung von BEVs in Deutschland weiter voranzutreiben.