X5 mit Elektroantrieb

Während viele Automobilhersteller noch an der Entwicklung von Hybridfahrzeugen arbeiten, hat eine Hochschule in Bayern bereits einen fahrbereiten Elektrofahrzeug-Prototypen auf Basis eines BMW X5 vorgestellt.

Unter der Leitung von Prof. Dr. Franz Prexler wurde an der Hochschule Landshut in nur 18 Monaten ein fahrbereiter Voll-Hybrid mit Plug-in-Technik auf Basis eines BMW X5 aufgebaut. Beim Antrieb entschied man sich für zwei jeweils in den Achsen sitzenden Elektroantrieben, bestehend aus Elektromotoren mit Planeten-Untersetzungsgetriebe und -Differential. Die elektrischen Fahrantriebe sind in Transaxle-Bauweise ausgeführt. Vor deren Einbau musste der konventionelle Antriebsstrang des Originalfahrzeugs weichen. So wurden u.a. der Verbrennungsmotor, das Getriebe, die Kardanwelle, die Differentiale und natürlich die Abgasanlage entfernt.

Im Kofferraum des Elektro-X5 befindet sich nun eine Lithium-Ionen-Batterie, die eine Spannung von 400 Volt (DC) liefert. Die 54 Einzelmodule, die aus Bayern stammen, werden einzeln temperaturüberwacht um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Über zwei unter dem Fahrzeugboden verbaute Wechselrichter werden so die beiden 100-kW-Elektromotoren versorgt.
Aufgeladen werden können die Akkus über Nacht an der 230-V-Steckdose in der Garage. Währen der Fahrt können die Akkus bei Bedarf zusätzlich über einen im ehemaligen Kardantunnel montierten Generator nachgeladen werden, angetrieben durch einen unter der Motorhaube sitzenden Dieselmotor. Dieser stammt eigentlich aus einem Notstromaggregat und wird, falls er seiner Funktion als Range Extender nachkommen muss, in einem verbrauchsoptimierten, stationären Betriebspunkt betrieben. Die bei einem konventionellen Antrieb verlorene Bremsenergie wird beim Elektro-X5 durch Rekuperation zurück gewonnen und wieder in der Batterie gespeichert. In der nachfolgenden Bildergalerie können Sie sich einen ersten Eindruck vom Elektro-X5 verschaffen:

Bei den ersten Testfahrten konnte mit der vorliegenden Konfiguration des Antriebsstranges konnte bereits eine Geschwindigkeit von 120 km/h erreicht werden, Simulationen zeigen aber, dass auch eine Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h möglich sein wird. Eine genaue Abschätzung der möglichen Reichweite ist bisher, aufgrund der derzeit noch ausstehenden Feldversuche bei realem Alltagseinsatz im öffentlichen Straßenverkehr nicht möglich. Derzeit gehen die Entwickler von einer Reichweite von ca. 100 km aus.

Nicht nur der Antriebsstrang des X5 wurde modifiziert, auch beim Bordnetz gab es Änderungen. Das Original-Motorsteuergerät verbleibt im Fahrzeug, ist aber nun lediglich für das Einlesen der Gaspedalstellung zuständig. Die Ansteuerung der Elektromotoren und die Überwachung des Batteriezustandes werden von einem Prototypen-Steuergerät (ETAS ES910) übernommen, das gleichzeitig als Gateway zwischen dem originalen Antriebsstrang-CAN und einem neu hinzugekommenen Hybrid-CAN-Bus dient. Dieser verbindet das Prototypen-Steuergerät mit den Messwertaufnehmern der Batterien, den Wechselrichtern und einem Isolationsüberwachungsgerät. Der Hybrid-CAN-Bus wurde unter der Leitung von Prof. Dr. Dieter Nazareth von der Fakultät Informatik der Hochschule Landshut entwickelt. Im nachfolgenden Video können Sie den X5 mit Elektroantrieb bei einer Testfahrt beobachten:

Bei der Entwicklung der benötigten Software setzte Nazareth, beim Elektro-X5 für die Steuergeräte, deren Vernetzung und Software zuständig, auf bewährte Technik. Mittels Ascet von ETAS kann auch im Fahrbetrieb die Konfiguration der Software angepasst werden. So experimentiert man derzeit mit verschiedenen Gaspedal-Kennlinien; im nächsten Schritt sollen per Software weitere Fahrfunktionen, z.B. Tempomat, ABS oder Berganfahrhilfe, implementiert werden. Um die Effizienz des Antriebs noch weiter zu erhöhen werden Servoantriebe für Bremskraft- und Lenkhilfeunterstützung sowie Wasser- und Ölkühlungen bedarfsabhängig durch eine individuelle Steuerung dynamisch auf den jeweiligen Betriebszustand hin optimiert.

Auch für den übernächsten Schritt haben Prexler und Nazareth schon Ideen parat: Statt über zwei Achsenantriebe könnte auch jedes Rad einzeln von einem Elektroantrieb mit Kraft beaufschlagt werden um beispielsweise über Active Yaw bzw. Torque Vectoring zur Optimierung der Fahrdynamik noch mehr Fahrfunktionen zu ermöglichen.