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Hochschule Hamm-Lippstadt

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Lippstadt - München und zurück: Testfahrt mit dem BMW i3

Wie gut sind verfügbare Elektroautos für Überlandfahrten geeignet?

Diese Fragestellung wollten wir, Jürgen Krome und Peter Kersten, Professoren der Hochschule Hamm-Lippstadt, bei einer mehr als 1000 Kilometer langen Fahrt von Lippstadt nach München und zurück untersuchen. Bereits 2011 hatten wir ausführliche Testfahrten nach Ostdeutschland und quer durch die Seealpen von Italien bis nach Narbonne in Frankreich mit dem hochschuleigenen Elektroauto Stromos durchgeführt. Basierend auf diesen Erfahrungen und Ergebnissen wurde nun das Elektrofahrzeug BMW i3 des Kompetenzzentrums für Fahrzeugelektronik GmbH (KFE) in Lippstadt genutzt. Der BMW i3 ist mit einem optionalen Reichweitenverlängerer Range Extender (REx) ausgestattet. Dieser kleine Ottomotor auf Benzinbasis treibt einen Generator zur Stromerzeugung an, damit das Fahrzeug weiterhin mit Elektroenergie fahren kann, auch wenn die Batterieleistung zu Ende geht.

Praxisnahe Forschung

Das KFE ist eine Forschungseinrichtung, die durch das Ministerium für Wirtschaft, Energie, Bauen, Wohnen und Verkehr des Landes Nordrhein-Westfalen gefördert wird. Die Hochschule Hamm-Lippstadt ist als Gesellschafterin beteiligt und kooperiert mit dem KFE im Bereich Forschung zur Elektromobilität. So zum Beispiel im Bereich Entwicklung und Tests von Komponenten für die nächste Fahrzeuggeneration von Elektroautos. Neben umfangreichen Versuchsständen verfügt das KFE auch über ein Testfahrzeug des Typs BMW i3, welches vom Förderverein des KFE für Forschungszwecke bereitgestellt wurde.

BMW i3 an der Ladestation

BMW i3 an der Ladestation

Grenzerfahrung Reichweite

Bereits im Markt verfügbare Elektrofahrzeuge etablieren sich zurzeit für den Einsatz im urbanen Bereich. Die Reichweite der meisten Fahrzeuge liegt dabei − in Abhängigkeit des Nutzerprofils − im Bereich von 100 bis 150 Kilometern und wird in erster Linie durch das Gewicht und die Kosten der Traktionsbatterie begrenzt. Diese Reichweite ist für die meisten Anwendungsfälle ausreichend, aber die Realisierbarkeit von längeren Überlandfahrten würde die Marktakzeptanz für die Elektromobilität sicherlich deutlich steigern.

In diesem Zusammenhang sind der Einsatz sogenannter Range Extender in Elektrofahrzeugen sowie die flächendeckende Verfügbarkeit von Schnellladestationen besonders interessant. Beide Aspekte sollten daher in einem Praxistest untersucht werden. Es wurde eine Teststrecke von Lippstadt nach München und zurück ausgewählt mit den Zwischenstationen Lauf an der Pegnitz und Ingolstadt. Während der Testfahrt wurden Fahrzeugdaten wie beispielsweise der Ladezustand und die Temperatur der Batterie mit Hilfe eines Diagnosetesters der Hella Gutmann Solutions GmbH ausgewertet.

Im Rahmen des Projektes Schaufenster Elektromobilität wurden auf Initiative der Bundesregierung entlang der Autobahn A9 von München nach Leipzig acht Schnellladestationen installiert, davon wurden die folgenden Ladepunkte angefahren:

  • Industriestr. 19, 91207 Lauf (Autohaus Friedrich GmbH)
  • Otto-Hahn-Straße 1, 85055 Ingolstadt (Ingolstadt Village)
  • BMW Welt (CCS-Projekt München)

Insgesamt wurden fünf Schnellladungen durchgeführt und 50,1 kWh elektrische Energie aufgenommen. Die Bezahlung erfolgte an der Ladesäule in Lauf mittels SMS und Mobiltelefon. An den anderen beiden Stationen in Ingolstadt und München wurde die Energie kostenlos bereitgestellt. Das Foto zeigt das Testfahrzeug während des Ladevorgangs an der Schnellladestation der BMW Welt München, an der ein vollständiger Ladevorgang aufgezeichnet werden konnte. Ausgehend von einem Ladezustand von 7,4 %, konnten folgende Werte gemessen werden.

  • Nach 10 Minuten: Ladezustand 32,4 %
  • Nach 20 Minuten: Ladezustand 68,2 %
  • Nach 30 Minuten: Ladezustand 84,9 %

Dabei konnte kurzfristig eine Leistung von bis zu 48 kW aufgenommen werden. Mit zunehmendem Ladezustand begrenzte die maximal mögliche Hochvoltspannung von 393,4 Volt dann aber den Ladestrom. Eine 90 %ige Ladung stellte sich nach 37 Minuten ein. Im Vergleich dazu ermöglicht eine herkömmliche Steckdose eine Ladeleistung zwischen 1,6 und 2,1 kW. An den heute überwiegend installierten öffentlichen Ladesäulen kann mit diesem Fahrzeug eine Leistung von 3,6 bis 5,1 kW aufgenommen werden. Die 90 %ige Ladung dauert dann bei diesen Ladesäulen 230 Minuten statt die oben genannten 37 Minuten.

Die 400 km lange Anfahrt zur ersten Schnellladestation in Lauf erfolgte zunächst mit rein elektrischem Fahren und danach mit dem Einsatz des Range Extenders. Hierzu wurde die Einstellung "Ladungserhaltung bei 70 %" des Ladezustandes der Batterie gewählt. Die Ladestation in Lauf wurde in diesem Betriebsmodus mit einem Ladezustand von 63,5 % erreicht. Ungewöhnlich war, dass aufgrund des auf 9 Liter begrenzten Tankvolumens sechs Tankvorgänge für die Fahrt nach München und zurück erforderlich waren, bei denen insgesamt ein Treibstoffvolumen von 50,7 Litern aufgenommen wurde.

vorne: Prof. Dr. Jürgen Krome, hinten: Prof. Dr. Peter Kersten

von links: Prof. Dr. Jürgen Krome, Prof. Dr. Peter Kersten

Reichweitenverlängerung

Das Fahren mit dem Range Extender wurde als angenehm empfunden und stellte die volle Fahrdynamik sicher, solange noch eine verfügbare Batterieladung verblieb. Beschleunigungsvorgänge und Bergfahrten ließen sich so komfortabel meistern. Fiel der Ladezustand allerdings unter 0,7 %, so stellte der Range Extender zwar eine Weiterfahrt sicher, allerdings mit einer deutlich eingeschränkten Fahrdynamik. Anspruchsvolle Steigungen oder Beschleunigungsvorgänge waren dann nur noch mit deutlich verringerter Geschwindigkeit möglich. Wie auch immer, selbst bei einer vollständig entladenen Batterie (Ladezustand < 0,7 %) konnte eine Durchschnittsgeschwindigkeit von größer als 110 Stundenkilometer über eine Teilstrecke von 40 km erreicht werden.

Fazit

Auf dem Weg zur Elektromobilität stellen Schnellladestation und Range Extender eine gute Möglichkeit dar, die Akzeptanz von Elektrofahrzeugen weiter zu erhöhen. Durch die Kombination verschiedener weiterer Dienstleistungen im Umfeld zukünftiger Schnellladestationen besteht eine gute Chance, dass diese auch kommerziell erfolgreich agieren werden.

Bis zu einer flächendeckenden Verfügbarkeit von Schnellladestationen stellen Range Extender eine gute Möglichkeit dar, gelegentliche Überlandfahrten auch mit dem Elektroauto zu meistern. So ist eine Fahrt von Lippstadt nach München und zurück bereits heute schon mit diesem Fahrzeug innerhalb von zwei Tagen komfortabel zu realisieren.

Das Testteam bedankt sich bei Herrn Christian Riethmann vom Autohaus Friedrich in Lauf für die freundliche Aufnahme, bei Herrn Ralph Kolberg von Hella-Gutmann Solutions GmbH für die Bereitstellung der neuesten Software zur Fahrzeugdiagnose und bei dem Team des KFE für die freundliche Bereitstellung des Elektrofahrzeugs.

Einbindung in die Lehre

Zu Gute kommen solche praktischen Tests den Studierenden der Studiengänge "Mechatronik" und "Wirtschaftsingenieurwesen", die sie als Anregung beispielsweise für Projektarbeiten nutzen können. "Elektrofahrzeuge sind ein Paradebeispiel der Mechatronik, da für sie die Disziplinen Elektrotechnik, Maschinenbau und Informatik eine Rolle spielen", so Prof. Peter Kersten, Studiengangsleiter "Mechatronik". Die Gliederung der Hochschule Hamm-Lippstadt in Departments macht es zudem möglich, Fragestellungen wie die E-Mobilität interdisziplinär zu beleuchten. Denn nicht nur in der Mechatronik sind Elektroautos interessant, im Bereich "Wirtschaftsingenieurwesen" können ökonomische Aspekte betrachtet werden, beispielsweise die Frage, ab wann sich E-Mobilität für den Verbraucher rechnet.

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