Feature Stories - Neue Impulse für die europäische Elektrofahrzeugbranche

Elektrofahrzeuge (oder auch E-Fahrzeuge) werden in der Zukunft urbaner Mobilität eine Schlüsselrolle spielen, da sie die Umweltverschmutzung senken, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen herabsetzen und den Fahrern Geld sparen. Obwohl Elektrofahrzeuge gegenwärtig nur einen Bruchteil des europäischen Fahrzeugparks ausmachen, wird davon ausgegangen, dass die Verkäufe in den kommenden Jahren exponentiell ansteigen werden, was nicht zuletzt auf die Fortschritte der Elektrofahrzeugtechnologien zurückzuführen ist, die von Forschern mit finanzieller Unterstützung durch die EU gemacht wurden. Technologien für vollelektrische Fahrzeuge, welche die Sicherheit, den Stromverbrauch und die Verwertung kinetischer Energie optimieren, sind außerdem wichtige Gründe für die laufenden Verbesserungen der Leistung von Hybridfahrzeugen.

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In der Europäischen Union entfallen auf den Verkehr mehr als 70 % des gesamten Verbrauchs an Erdöl, wovon der größte Teil importiert werden muss. Da es alle 50 Tage mehr als eine Million zusätzlicher Autos auf Europas Straßen gibt, werden Kraftstoffverbrauch, Stau und Umweltverschmutzung noch mehr ansteigen, wenn der interne Verbrennungsmotor auch weiterhin die Hauptantriebsquelle von Fahrzeugen bleibt. Daher investieren die EU, nationale Regierungen und private Unternehmen Milliarden in die Entwicklung von Elektrofahrzeugen.

"Anstatt Formen der Mobilität anzubieten, die auf ständig steigenden Energiepreisen beruhen, ist die Branche mit der Schwierigkeit konfrontiert, eine rationale Nachfrage nach Mobilität befriedigen zu müssen: saubere und sichere Fahrzeuge mit geringem Energieverbrauch, die mit weniger Energie und aus wiederverwertbaren und irgendwann einmal selbstentsorgenden Werkstoffen hergestellt werden", sagt Dr. Pietro Perlo, Geschäftsführer von Interactive Fully Electrical Vehicles (IFEVS), einem italienischen KMU mit Schwerpunkt auf der Entwicklung von Elektrofahrzeugen.

Dr. Perlo half bei der Beaufsichtigung der Entwicklung richtungsweisender Elektrofahrzeugtechnologie im Rahmen des Projekts "Integrated enabling technologies for efficient electrical personal mobility" (P-MOB), das mit Finanzmitteln in Höhe von nahezu 2,8 Mio. EUR von der Europäischen Kommission unterstützt wurde. Forscher aus sechs Unternehmen (Siemens aus Deutschland, Mazel aus Spanien, IFEVS, Polimodel und Fiat aus Italien sowie Magnomatics aus dem Vereinigten Königreich) und die Universität Sheffield im Vereinigten Königreich waren an dem Projekt beteiligt, im Rahmen dessen ein neues Prototyp-Elektroauto mit einer Reichweite von 20 km wurde, das ausschließlich mit Solarenergie betrieben wird.

Das von Centro Ricerche Fiat in Turin, Italien, koordinierte P-MOB-Team wollte die wachsende Transportkapazität von der steigenden Anzahl der Verkehrstoten, der zunehmenden Verkehrs- und Umweltbelastung abzukoppeln, indem es den Prototypen eines Elektrofahrzeugs entwickelt, das nicht nur sauber, sondern auch extrem sicher und kompakt ist. Hierbei verfolgten die Forscher ein völlig neues Konzept für die Integration modernster Systeme, indem sie sich u. a. auf Solarzellen, Elektromotor und magnetische Drehmomentregelung, Leistungs- und Energiemanagement, verteilte Akkus und Technologien, mit der Elektrofahrzeuge wieder Strom in Netz einspeisen, wenn sie nicht benutzt werden, konzentrierten.

"Diese Konstruktion zeichnet sich durch die höchste Sicherheitseinstufung, einen geringen Platzbedarf und einen extrem niedrigen Energieverbrauch aus, weshalb das Fahrzeug optimal für Leute in der Stadt und in den Vororten geeignet ist", erklärt Dr. Perlo.

Bei dem Prototypen handelt es sich um ein kleines kompaktes Fahrzeug - mit einem Gewicht unter 600 kg ohne Akku und mit einer Höchstgeschwindigkeit von über 100 km/h - das den neuesten Vorschriften für "Mikro"-Elektrofahrzeuge entspricht. Außerdem kann es die klassischen Auflagen für Fahrzeugkategorien, wie beispielsweise M1 (ein Fahrzeug mit höchstens acht Fahrgastsitzen) erfüllen.

Aerodynamisch, sicher und solargetrieben

Ein Parallelprojekt mit dem Titel "Building blocks concepts for efficient and safe multiuse urban electrical vehicles" (WIDE-MOB), an dem die Partner von P-MOB ebenfalls beteiligt waren, befasst sich mit der Konstruktion und Entwicklung grundlegender Bausteine für Elektrofahrzeuge. Das WIDE-MOB-Team arbeitete an einer optimierten Aerodynamik, um den Luftwiderstand bei jeder Geschwindigkeit zu verringern, und an leichten und kostengünstigen Karosserien, die auf höchste Sicherheit bei einem Frontal- oder Seitencrash ausgelegt sind, sowie an einer Vielzahl von Technologien für verteilten Antrieb.

"Unser Fahrzeug ist das erste mit einem zweimotorigen Antrieb, d. h. einem Motor pro Achse. Bei uns gibt es nur auf einer Seite zwei Türen, um hohe Sicherheit, bessere Ergonomie und geringere Komplexität mit extrem niedrigem aerodynamischen Luftwiderstand: etwa 30 % weniger als bei anderen Fahrzeugen dieser Größe", erklärt Dr. Perlo. "Alle diese Technologien werden von den Partnern im Rahmen des Projekts entwickelt. Lediglich die Batteriezellen werden außerhalb von Europa produziert und auch hier kam der Entwurf aus dem Projekt."

Das integrierte IKT-basierte Steuersystem ermöglicht den Betrieb von zwei Motoren und zwei Differentialen - sodass die Vorder- und die Hinterachse des Fahrzeug unabhängig voneinander sind, was für einen Allradeffekt sorgt - und eine Veränderung des Drehmoments je nach Fahrbedingungen, wodurch sich vielfältige wichtige Vorteile ergeben. Die Fahrzeugkontrolle in engen Kurven wird verbessert, die Fahrbahnhaftung auf nassen und vereisten Straßen erhöht, den Eindruck einer stärkeren Beschleunigung vermittelt, ohne mehr Strom zu verbrauchen und einen ausfallsicheren Betrieb ermöglicht: wenn einer der Motoren ausfällt, kommt man mit dem anderen immer noch zurück. Besonders wichtig ist, dass dies wiederum sicherstellt, dass bei Ausfall eines Motors kein Kontrollverlust über das Fahrzeug auftritt, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten.

Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz von zwei Motoren in Kombination mit IKT-basiertem intelligenten Leistungsmanagement einen höheren Wirkungsgrad, da die beiden Motoren einzeln in allen Fahrsituationen mit Spitzenleistung betrieben werden können, während die Energierückgewinnung beim Bremsen durch verteiltes Bremsen auf zwei Achsen in Verbindung mit virtueller ABS-Steuerung (Antiblockiersystem, ABS) maximiert wird.

Intelligente Photovoltaikmodule mit intelligente Dioden und selbstanpassender Elektronik minimieren den Energieverlust durch Schatten oder eine einzelne defekte Zelle. Wie die meisten Elektrofahrzeuge kann der P-MOB-Prototyp direkt aus dem Stromnetz aufgeladen werden. Durch die Verwendung flexibler Solarzellen aus monokristallinem Silizium mit hohem Wirkungsgrad kann es jedoch ausschließlich mit Sonnenenergie betrieben werden und sogar Strom in das Stromnetz einspeisen, wenn seine Akkus aufgeladen sind.

In Versuchen auf der Fiat-Teststrecke in Turin konnte das Fahrzeug 20 km allein mit dem Strom aus den Solarzellen zurücklegen - das ist mehr als genug für den durchschnittlichen europäischen Pendler, vor allem im sonnigeren Südeuropa.

"Die Leistung des Fahrzeugs erfüllt unsere Erwartungen hinsichtlich der Konstruktion: Es erwies sich als sehr stabil in engen Kurven und hatte einen durchschnittlichen Energieverbrauch von 80 Watt-Stunden pro Kilometer", sagt Dr. Perlo. "Wir haben es bei Veranstaltungen in Turin, Athen und Brüssel der Öffentlichkeit vorgestellt und sehr positive Reaktionen bekommen."

Der Prototyp wurde mit der ersten variablen Konstruktionsplattform für Mikro-Elektrofahrzeuge entwickelt, die ebenfalls im Rahmen der Projekte P-MOB und WIDE-MOB hergestellt wurde, und wird jetzt seine Entwicklung in der FuE-Plattform EU-MOBY fortsetzen, die von der Europäischen Kommission unterstützt wird.

"Dass ein Fahrzeug mit kleineren Ergänzungen sowohl die Zulassung für Mikro-Elektrofahrzeuge und für klassische M1-Fahrzeuge erhalten könnte, ist eine völlig neue Sichtweise, die unkonventionelle Geschäftsansätze ermöglicht. Alle diese Konzepte wurden patentiert", bemerkt Dr. Perlo.

Er weist jedoch darauf hin, dass Akkus das Herzstück von Elektrofahrzeugen bildeten und die Situation europäische Technologie aufgrund der schwachen Batteriebranche in Europa weiterhin schwierig sei. "Ganz gewiss wird eine neue paneuropäische Industriestruktur benötigt, um speziell Batteriehersteller anzusprechen, denn hier wird die gesamte Straßenverkehrsbranche in den nächsten Jahren Probleme bekommen", sagt er.

Dennoch wird ein sprunghafter Anstieg der Verkäufe bei Elektrofahrzeugen erwartet, und zwar von 45.000 in diesem Jahr auf 400.000 im Jahr 2015, was etwa 3,5 % der Neuwagenzulassungen ausmacht. Im Zuge des technologischen Fortschritts werden die Preise fallen, wobei ein kleines bis mittelgroßes Elektroauto mit einer Reichweite von 250 km mit einer einzigen Ladung, das jetzt noch 20.000 EUR kostet, in vier Jahren bereits für etwa 15.000 EUR zu haben sein wird.

Ein weiterer Anreiz für den Umstieg auf Strom könnten die Pläne der EU darstellen, denen zufolge in den kommenden Jahren allmählich die CO2-Emissionen der Pkw-Flotte insgesamt gesenkt werden sollen.

"Dadurch wird sich wahrscheinlich das persönliche Mobilitätsangebot grundlegend ändern: Der Preis für herkömmliche Pkw wird aufgrund der notwendigen Technologie zur Erreichung des Grenzwertes für CO2-Emissionen steigen, während die Kosten für Elektrofahrzeuge dank der Optimierung des Herstellungsprozesses und der steigenden Absätze fallen werden", prognostiziert Dr. Perlo. "Es wird auf dem Markt ein neues Gleichgewicht hergestellt und es wird Platz für neue Fahrzeugkonzepte geben, wie z. B. das von P-MOB entwickelte."

P-MOB erhielt Forschungsfördermittel unter dem Siebten Rahmenprogramm (RP7) der Europäischen Union.

Link zum Projekt auf CORDIS:

- RP7 auf CORDIS
- Datenblatt des Projekts P-MOB auf CORDIS
- Datenblatt des Projekts WIDE-MOB auf CORDIS

Link zur Projektwebsite:

- Website des Projekts "Integrated enabling technologies for efficient electrical personal mobility"

Weitere Links:

- Website er Europäischen Kommission zur Digitalen Agenda