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MODULARE KONZEPTE: AUTONOMES FAHREN SOLL FLEXIBEL WERDEN

Micro-Snap“ heißt die neueste Entwicklung aus dem Hause Rinspeed. Die eidgenössische Ideenschmiede hatte schon Anfang 2018 mit dem „Snap“ ein futuristisches Ökosystem im Bereich Mobilität vorgestellt. Das Wort leitet sich vom Fingerschnippen – im übertragenen Sinne dem einfachen, effizienten und schnellen Austausch von elektrisch angetriebenen, autonomen Fahrwerken, den sogenannten Skateboards, mit verschiedenen Transporter- und Passagierkabinen namens „Pod“ ‒, ab.

Rinspeed
Roboter-Station für den Micro-Snap ©Rinspeed

Das diesjährige Roboterfahrzeug der Schweizer Ingenieure ist mit einem Fahrgestell von 2,62 Meter Länge und 1,33 Meter Breite um einiges kleiner als sein Vorgänger. Es wird auf der CES 2019 in Las Vegas zudem erstmals mit einer funktionstüchtigen Roboterstation, die den Austausch der Module automatisch durchführt, gezeigt. Hiermit sollen zukünftig gerade verfügbare Skateboards entsprechend der jeweils geforderten Anwendungsbereiche flexibel mit den gewünschten Aufbauten montiert werden. Als Pods stehen dabei entweder eine hochmoderne Zwei-Personen-Passagierkabine oder Einheiten mit wahlweise kühlenden oder wärmenden Funktionen zum Transport von Lebensmitteln und vielen weiteren denkbaren Logistik-Varianten zur Verfügung.

Dank des Antriebs durch einen 13 kW und 57 Nm starken Elektromotor soll der Micro-Snap emissionsfrei fahren. Laut Rinspeed hat der 6,1 kWh große Lithium-Ionen-Akku eine Reichweite von rund 95 Kilometern und leistet bis zu 75 Km/h.

NACHHALTIGE MOBILITÄT

Modulare Fahrzeuge
Der Micro-Snap macht „Just-in-Time“-Lieferungen für Endverbraucher denkbar ©Rinspeed

Der Vorteil dieser modularen Systeme liegt zum einen in der besseren Recycelbarkeit: Während verschleiß- und alterungsanfällige Komponenten des Fahrwerks wie die IT-relevante Technik für das automatisierte Fahren schneller ausgetauscht werden können, sollen die Pods durchaus so lange wie heutige Automobile einsatzfähig sein. Zudem soll mit den Modular-Systemen der Transport im urbanen Umfeld auch in puncto Effizienz nachhaltiger werden. Die Entwickler haben hier „Just-in-Time“-Lieferungen für Endkunden sowie den Einsatz als Roboter-Taxis im Visier. Außerdem sollen die modularen Systeme dem Trend zum Carsharing entgegenkommen.

MODULARE ROBOTER-MOBILE ANDERER HERSTELLER

Der Urbanetic People Mover von Daimler ©Mercedes-Benz Vans

Unter dem Namen „Vision Urbanetic“ arbeitet auch Daimler an einer Studie zu modularen Fahrzeugen. Die Kleintransporter-Sparte der Stuttgarter stellte auf der IAA 2018 ihre Vision eines flexiblen Konzepts vor. Ihr Gefährt, das optisch einer Raumkapsel ähnelt, kann laut Hersteller innerhalb von drei Minuten vom autonomen People-Mover für bis zu zwölf Menschen zum Cargo-Transporter mit einem Ladevolumen von zehn Kubikmetern umgebaut werden. Der Vision Urbanetic soll tagsüber als Personentransporter dienen und nachts Güter ausfahren. Das Konzept könnte somit ebenfalls den derzeitigen Transportproblemen in den Großstädten Abhilfe schaffen.

Auch General Motors experimentiert an autonomen und gleichzeitig modularen Fahrzeugen. Der Fokus des US-Unternehmens liegt dabei auf Einsatz-Szenarien, die für Menschen gefährlich werden könnten, darunter zum Beispiel die Katastrophenhilfe oder Kriegsschauplätze. Entsprechend ist das Concept Car namens Surus (Silent Utility Rover Universal Superstructure) mit Allradantrieb ausgestattet. Auch soll die übrigens per Wasserstoffzelle betriebene Plattform in einen elektrischen Generator oder ein 1. Hilfe Fahrzeug verwandelbar sein.

STUDIE ALS BASIS ZUR ENTWICKLUNG

Hintergrund zur Entwicklung von modularen Konzepten ist die Annahme, dass zukünftig im urbanen Umfeld Platzmangel herrschen wird. So sollen laut Zahlen der Vereinten Nationen (UN) im Jahre 2030 weltweit über fünf Milliarden Menschen in Städten wohnen. In dem Zusammenhang wird vermutet, dass die Zahl der Millionenstädte von derzeit 123 auf 700 ansteigt. Entsprechend werden weltweit flexible Konzepte benötigt, die ein Fahrzeug innerhalb kürzester Zeit für die gewünschte Anwendung transformieren können. Die modularen Systeme kommen zudem der Entwicklung zum autonomen Fahren, der fahrzeugseitigen Kommunikation mit der Umwelt sowie anderen Fahrzeugen und dem Anspruch an die Vernetzung entgegen.

ZIEL IST DIE SCHAFFUNG EINER LEISEN, SAUBEREN UND ENTSPANNTEN STADT

Doch wann die modularen Fahrzeuge zum Einsatz kommen, ist noch offen. Frank M. Rinderknecht, Automobil-Designer und CEO von Rinspeed, visiert den Einsatz der Snaps auf der Straße für 2020/21 an. Wobei er hier mit einem angepassten Automatisierungsgrad von L3 (Bedingungsautomatisierung) bis L5 (Vollautomatisierung) rechnet. Vorher plant Rinspeed zunächst die Gründung des Start-ups „Snap Motion“ zur Kleinskalierung und Erprobung der Entwicklungen. Mit Standorten im Silicon Valley und einer zentraleuropäischen Stätte sollen die Software- und Hardware-Kompetenzen der jeweiligen Destinationen bestmöglich vereint werden. Erste denkbare Einsatzbereiche sind abgesperrte Areale wie Flughäfen, Container-Terminals und große Firmengelände. Sobald die modularen Fahrzeuge für den öffentlichen Verkehr zugelassen sind, können sich die Menschen auf leisere, saubere und vor allem stressfreiere Städte freuen.

Foto oben: Der Micro-Snap im Einsatz als Roboter-Taxi ©Rinspeed

Dieser Artikel erschien am 2.1.2019 in der Innovation Origins.

E-MOBILITÄT: LADEN KÖNNTE BALD SO SCHNELL SEIN WIE TANKEN

100 Kilometer Reichweite in drei Minuten – so schnell lud die Ultra-Schnellladestation bei Jettingen-Scheppach an der A8 zwischen Augsburg und Ulm die Testfahrzeuge aus dem Hause Porsche und BMW. Die Leistung des am 12.12.2018 in Betrieb genommenen Prototyps entspricht immerhin dem Drei- (Tesla Supercharger mit 145 kW) bis Neunfachen (50 kW DC Charger) der bis dato am häufigsten verfügbaren Leistung von DC-Schnellladestationen. Einzig zwei Schnellladestationen am Porsche-Zentrum Berlin-Adlershof bringen derzeit 350 kW. Die neue Ultra-Schnellladestation in Jettingen schafft immerhin bis zu 450 kW. Demonstriert wurde diese einmalige Ladeleistung an zwei Forschungsfahrzeugen: So erreichte ein umgebauter Porsche Panamera mit einer Netto-Batteriekapazität von knapp 90 kWh unter besonderer Kühlung eine Ladeleistung von über 400 kW und ermöglichte somit die oben schon erwähnte Ladezeit von unter drei Minuten für die ersten 100 Kilometer Reichweite.

Der ebenfalls modifizierte BMW i3 war mit einer Hochvoltbatterie mit 57 kWh Netto-Kapazität ausgestattet. Er benötigte für den Ladevorgang von 10-80 % State of Charge (SOC) nur noch 15 Minuten. Fahrzeugseitig wurde hier ein speziell entwickelter Hochvoltspeicher in Kombination mit einer intelligenten Ladestrategie eingesetzt. Das heißt, es wurde auf die genaue Vorkonditionierung der Speichertemperatur bei Ladestart, das Temperaturmanagement während des Ladevorgangs sowie auf ein perfekt abgestimmtes Profil der Ladeleistung über Zeit geachtet.

Der Ladevorgang erfolgte über ein fahrzeugseitiges Mehrspannungsnetz mit Hochvolt-DC/DC-Wandler (HV-DC/DC), indem die geforderte 800-V-Eingangsspannung der Ladesäule auf die niedrigere 400-V-Systemspannung des BMW-i3-Forschungsfahrzeugs transformiert wurde. Übrigens: das Fahrzeug kann durch den HV-DC/DC-Wandler auch rückwärtskompatibel Strom tanken. Wichtig ist dabei, eine gesicherte Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladesäule zu gewährleisten.

PROTOTYP 

Die ultraschnelle Ladestation soll für E-Autos aller Marken und mit der in Europa üblichen Typ-2-Variante des Combined Charging System (CCS) geeignet sein. Derzeit steht nur im schwäbisch-bayerischen Jettingen der Prototyp mit zunächst zwei Ladeanschlüssen, die übrigens kostenlos durch das öffentliche Stromnetz eingespeist werden, zur Verfügung. Während der eine Anschluss die oben erwähnte Ladeleistung bringt, gibt der zweite bis zu 175 kW ab. Doch schon Ende 2019 soll ein europäisches Schnellladenetz weitgehend stehen, so der Porsche Pressesprecher Mayk Wienkötter.

Die Ultra-Schnellladestation entspringt einer Entwicklung des im Juli 2016 gestarteten Forschungsprojekts „FastCharge“, das von einem Industriekonsortium unter der Führung der BMW Group betrieben wird und dem als Automobilhersteller zudem noch die Porsche AG angehört. Als Betreiber sind die Allego GmbH, die Phoenix Contact E-Mobility GmbH (Ladetechnik) sowie die Siemens AG (Elektrotechnik) mit von der Partie. Ziel der beteiligten Unternehmen ist, durch schnelles und komfortables Aufladen die Attraktivität von E-Mobilität zu steigern. Gleichzeitig wird im Rahmen von „FastCharge“ untersucht, welche technischen Voraussetzungen an den Fahrzeugen und bei der Infrastruktur erfüllt sein müssen, um die extrem hohen Ladeleistungen einsetzen zu können.

LEISTUNGSSTARKE INFRASTRUKTUR 

Übersicht der Ladeinfrastruktur ©Porsche AG

Basis der komplexen Technik bildet eine leistungsstarke Ladeinfrastruktur. So ermöglicht es das von Siemens stammende Energieversorgungssystem die Grenzen der Schnellladefähigkeit von Fahrzeugbatterien zu erproben. Schon heute kann das eingesetzte System mit höheren Spannungen von bis zu 920 Volt ‒ wie sie bei zukünftigen Elektrofahrzeugen erwartet werden ‒, arbeiten. In das System sind sowohl die Hochleistungselektronik für die Ladeanschlüsse als auch die Kommunikationsschnittstelle zu den Elektrofahrzeugen integriert. Dementsprechend ist eine automatische Anpassung der abzugebenden Leistung durch den Lade-Controller möglich, so dass verschiedene Elektroautos mit dieser Infrastruktur geladen werden können. Auch ist das gleichzeitige Laden mehrerer Fahrzeuge umsetzbar. Das Laden mit hohen Stromstärken und Spannungen macht eine Vielzahl unterschiedlicher Einsatzgebiete denkbar, wie etwa bei Flottenladelösungen oder eben das Laden an Autobahnen.

Um die Anforderungen in Bezug auf die Kühlung, die beim schnellen Aufladen mit besonders hoher Leistung auftreten, erfüllen zu können, werden gekühlte HPC-Ladekabel (High Power Charging) von Phoenix Contact eigesetzt. Diese Kabel sind vollständig CCS-kompatibel. Als Kühlflüssigkeit dient ein umweltfreundliches Wasser-Glykol-Gemisch, was wiederum einen halboffenen Kühlkreislauf und somit, im Vergleich zu hermetisch geschlossenen Systemen, eine einfachere Wartung, ermöglicht.

Das „Fast Charge“-Projekt wird mit insgesamt 7,8 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur gefördert. Koordiniert wird die Umsetzung der Förderrichtlinien von der Nationalen Organisation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie (NOW).

Mit der Vorstellung des Ultra-Schnelllade-Prototyps kommen die beteiligten Unternehmen der Lösung von derzeitigen Hemmnissen in Bezug auf E-Mobilität ein Stück weit näher: der langen Ladezeit. Bleibt abzuwarten inwieweit der Ausbau von Ladestationen sowie auch die Hürde „Preis“ alsbald gestemmt werden. Eine Kritik wurde zumindest schon aus der näheren Umgebung des Ladecontainers bei Jettingen geäußert: die leistungsfähigen Kühlsysteme sollen relativ laut sein.

Foto oben: Der umgebaute Panamera erreichte eine Ladeleistung von über 400kW ©Porsche AG

Dieser Artikel erschien in der Innovation Origins.