Nach einer Schätzung der Vereinten Nationen werden bis zum Jahr 2030 zwei Drittel der Weltbevölkerung in Städten leben. Besonders in Afrika und Asien sorgen Abgase der Autos auf den überfüllten Straßen für eine hohe Luftverschmutzung in den Megacitys. Forscher vom Projekt TUM Create haben ein Elektrotaxi entwickelt, das speziell auf die Anforderungen von tropischen Megacitys zugeschnitten ist.
Die Autoren: Stefanie Reiffert, Technische Universität München , Ulrich Huber, Sensor-Technik Wiedemann
TUM Create ist ein gemeinsames Forschungsprojekt der Technischen Universität München und der Nanyang Technological University (NTU), das von der National Research Foundation in Singapur gefördert wird. Es ist Teil des „Campus for Research Excellence and Technological Enterprise“ (Create) Programms.
Das Projekt EVA startete im Herbst 2011. Man hatte sich zum Ziel gesetzt, ein Elektrotaxi speziell für den Einsatz in Singapur zu entwickeln. Nach nur zwei Jahren konnte das Team den Prototypen auf der 43. Tokio Motor Show im Jahr 2013 präsentieren.
Kleiner Anteil, große Strecken
Singapur ist ein Stadtstaat in Südostasien. Ungefähr 5,3 Mio. Menschen leben dort auf 712,4 km². Etwa 74 % der Bevölkerung sind Chinesen, die restlichen Einwohner stammen überwiegend aus Malaysia und Indien. Dazu kommen noch rund eine Million Gastarbeiter, die in Singapur leben. Ein eigenes Auto ist in Singapur mit hohen Kosten verbunden. Daher nutzen die meisten Menschen das gut ausgebaute öffentliche Verkehrsnetz, um von einem Ort zum anderen zu kommen.
Die etwa 27 700 Taxis füllen die Lücken im Verkehrssystem und fahren meist kürzere Strecken. Nach dem bisherigen Stand der Technik eigneten sich Elektroautos allerdings nur bedingt für den Einsatz als Taxi. Sie besitzen meist eine geringe Reichweite und die Ladezeit der Batterien beträgt bis zu acht Stunden. Für die Taxiunternehmen, deren Fahrzeuge teilweise 24 Stunden lang im Dauereinsatz sind, würde sich ein solches Auto nicht rentieren.
Kühlsystem ermöglicht schnelle Ladung der Batterien
Für EVA entwickelten die Forscher ein Schnellladesystem. Der Akku besitzt eine Kapazität von 50 kWh, von denen bei der Schnellladung 35 kWh genutzt werden. Die Batterie kann innerhalb von 15 min zu 70 % aufgeladen werden. Damit verfügt der Motor über genug Energie, um eine Distanz von mindestens 200 km zurückzulegen. Der Fahrer kann den Akku also bequem während einer kurzen Pause laden und muss seine Fahrgäste nicht warten lassen.
Bei der Ladung werden eine Spannung von bis zu 450 V und ein Strom von bis zu 360 A angelegt, was in der Batterie Wärme erzeugt.
Um zu verhindern, dass sich dies auf die Lebensdauer des Lithium-Polymer-Akkus auswirkt, haben die Forscher ein Kühlungssystem entwickelt, das drei Ansätze enthält. Und zwar halten sowohl eine aktive Wasserkühlung sowie ein Klimakompressor die Temperatur in den 216 Pouch-Bag-Zellen niedrig. Außerdem sind die Zellen auch mit einem Phasenwechselmaterial ummantelt. Dieses verhält sich wie Wachs: Steigt die Temperatur, wird es flüssig und nimmt dabei die überschüssige Energie auf.
Aus Sicherheitsgründen wird ein Batteriemanagementsystem (BMS) von Sensor-Technik Wiedemann eingesetzt. Bei der Anpassung des Systems an EVA war das Unternehmen ebenfalls maßgeblich beteiligt. Das BMS misst ständig die Spannung und Temperatur der Lithium-Polymer-Zellen und überwacht zusätzlich den Batteriestrom und den Isolationswiderstand. Anhand der Messdaten errechnet es exakt den momentanen Ladezustand und die aktuelle Leistungsfähigkeit der Batterie.
Von 0 auf 100 in zehn Sekunden
Ein Elektromotor treibt die Vorderräder von EVA an. Die Leistung des Motors wurde auf 60 Kilowatt beschränkt, da EVA fast ausschließlich im Stadtverkehr eingesetzt wird. In Singapur herrscht eine Geschwindigkeitsbegrenzung von 90 km/h. EVA erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 111 km/h, um dem Fahrer etwa bei Überholmanövern etwas Spielraum zu geben.
Um Gewicht zu sparen, besteht die Fahrgastzelle fast ausschließlich aus karbonfaserverstärktem Kunststoff. Die Motorhaube ist aus glasfaserverstärktem Kunststoff gefertigt, damit hier Funksignale durchdringen können. Insgesamt wiegt das Auto 1,5 t, die Batterie alleine hat ein Gewicht von 500 kg. Durch den Einsatz von karbonfaserverstärktem Kunststoff konnte das Gewicht um ein Drittel reduziert werden.
Damit verhindert wird, dass die hohe Sonneneinstrahlung den Innenraum aufheizt, sind die Fenster klein gehalten und dunkel getönt. Der Anstellwinkel der Fenster ist außerdem sehr steil, um der Sonne wenig Angriffsfläche zu bieten. Das TUM Create-Team wählte Weiß als Farbe für EVA.
Um Energie zu sparen, haben die Forscher für EVA eine sogenannte Zonenklimaanlage entwickelt. Das bedeutet, jeder Sitz im Auto hat seine eigene Zone, in der die Kühlung regelbar ist. Die Auslässe der Klimaanlage befinden sich in der Decke und damit über dem Kopf der Fahrinsassen. Sie kühlt Kopf und Oberkörper. Der Bordcomputer erkennt, wie viele Passagiere sich im Auto befinden und weiß, welche Zonen gekühlt werden müssen. Zusätzlich zu der Klimaanlage in der Decke gibt es in den Rückenlehnen und den Sitzflächen kleine Ventilatoren, die warme Luft vom Oberkörper wegsaugen. Der Kofferraum wird nicht gekühlt. Um einen Energieverlust zu vermeiden, wurde daher das Gepäckfach vollständig vom Rest des Innenraums isoliert.
EVA existiert bisher nur als Prototyp. Für eine serienmäßige Produktion des Elektrotaxis müssten noch einige Anpassungen vorgenommen werden, um die Herstellbarkeit zu gewährleisten. TUM Create ist auf der Suche nach Partnern aus der Autoindustrie, um dieses Projekt gemeinsam umsetzen zu können.
Für andere tropische Megacitys ist das Konzept von EVA natürlich auch interessant. Es müssten dann allerdings noch Anpassungen am Gesamtkonzept vorgenommen werden. Da das Klima in Singapur ganzjährig sehr warm ist, hat EVA keine Heizung. In anderen Städten allerdings wird eine Heizung im Auto benötigt. Auch sind Höchstgeschwindigkeit und Reichweite bei EVA so angepasst, dass sie für die kurzen Fahrten innerhalb der Stadt ideal sind. In anderen Gegenden werden Taxis allerdings auch für Überlandfahrten eingesetzt. I
Info & Kontakt
Sensor-Technik Wiedemann www.sensor-technik.de
Technische Universität München info@tum.de
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