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Das rollende Labor Auto-Tram demonstriert Elektromobilitätsanwendungen

Wartenden an Haltestellen sollen künftig keine Abgase mehr in die Nase steigen, wenn ein Bus hält und wieder anfährt. Zukünftige Verkehrsmittel nutzen Strom, Wasserstoff oder eine Kombination unterschiedlicher regenerativer Antriebe. In dem Großprojekt "Fraunhofer-Systemforschung Elektromobilität", einer Forschungskooperation von 33 Fraunhofer-Instituten, erarbeiteten Wissenschaftler Lösungen für die Mobilität der Zukunft. Und zwar mithilfe der Auto-Tram, einem rollenden Labor zur Demonstration von Elektromobilitätsanwendungen für Nutzfahrzeuge. Kürzlich bauten die Forscher ein Lithium-Ionen-Batteriesystem für Elektrofahrzeuge in das Fahrzeug ein, wie die Fraunhofer-Gesellschaft berichtet.

Die Auto-Tram ist im Grunde eine Kombination aus Straßenbahn und Bus: Von Ersterem hat sie die Fahrzeuglänge und Zweiterem die Wendigkeit. Zudem sind Schienen und Oberleitungen nicht notwendig, denn die Bus-Bahn rollt auf Gummireifen und folgt einfach weißen Linien auf der Straße. Integriert in das rollende Labor, konnten im Rahmen des zwei Jahre laufenden Projektes neue Module aus Forschungslabors nicht nur in der Simulation, sondern auch in der Praxis getestet werden: Dazu zählten beispielsweise Energiespeicher oder auch Doppelschichtkondensatoren. So besteht das Lithium-Ionen-Batteriesystem für Elektrofahrzeuge aus vielen Zellen, die sich nicht immer gleichmäßig schnell entladen. Wenn einzelne ausfallen oder nicht mehr die vorgesehene Leistung bringen, kann die gesamte Batterie in Mitleidenschaft gezogen werden. Ein übergeordnetes Energiemanagementsystem steuert die Packs. Projektleiter Dr. Matthias Vetter vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg, der das Vorhaben koordiniert hat, beschreibt das Grundprinzip: "Die Elektronik misst in Bruchteilen von Sekunden den Strom, die Einzelzellspannung sowie die Temperatur und ermittelt daraus den Lade- und Alterungszustand. So lässt sich für jede Zelle erkennen, ob Überladungen, Tiefentladungen, zu starke Erwärmung oder vorzeitige Alterung drohen."Anders als Autos, die im Durchschnitt 23 Stunden am Tag parken - seien Busse und Bahnen den ganzen Tag unterwegs. Es bleibe wenig Zeit, die Batterien zu laden. Ein Lösungsansatz seien Schnellladestationen an Haltestellen in Kombination mit Dualspeichern im Fahrzeug.

So könnte die Bahn in 20 bis 30 Sekunden die Energiemenge anzapfen, die sie bis zur nächsten oder übernächsten Haltestation benötigt - währenddessen steigen die Passagiere ein und aus. "Wir arbeiten an den dazu notwendigen Modulen wie Energiespeicher, Hochleistungswandler und Kontaktsystemen zur Übertragung des Stroms. Superkondensatoren haben im Gegensatz zu Batterien eine hohe Leistungsdichte. Sie sind es, die dafür sorgen, dass die Ladung schnell gespeichert werden kann", erklären Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI in Dresden, wo erste Konstruktionen der Auto-Tram bereits vor einigen Jahren entstanden sind. Halte die Bahn an, fahre der silberne Stromabnehmer auf dem Dach hoch und docke an die Stromquelle an. Kleine, aber starke Elektromagnete schalten sich ein. Sie sollen ausreichen Kraft erzeugen, um die Kontakte enorm zusammenzupressen. Dann seien Widerstand und somit Hitzeentwicklung geringer, wenn hohe Energiemengen von mehr als 1000 Ampere und 700 Volt übertragen würden. Für den notwendigen Strom stehe ein Energiespeicherkasten an der Haltestelle bereit. Dieser soll langsam kleine Strommengen sammeln, um möglichst keine Lastspitzen für den Energieerzeuger zu verursachen. Die Anzahl der Ladestationen soll an die jeweilige Strecke angepasst werde, so das Fraunhofer IVI. Wie viele Stationen nötig seien, hänge von der Streckenführung ab: je nachdem, ob es rauf oder runtergehe und wie lang die Fahrt bis zur nächsten Haltestelle dauere. Für Notfälle, das heißt falls die nächste Stromladestation zu weit weg ist, stehe noch ein Dieselmotor zur Verfügung.

In Rahmen der Fraunhofer-Systemforschung Elektromobilität diente die Auto-Tram als Versuchsplattform. Sie war Bestandteil einer Forschungskooperation von mehr als 30 Fraunhofer-Instituten. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF hat dieses Vorhaben mit 34,5 Millionen Euro aus dem Konjunkturprogramm II für einen Zeitraum von zwei Jahren gefördert. Hinzu kamen 14 Millionen Euro für Investitionen aus dem Konjunkturprogramm I. Forschungsthemen des Verbundprojekts waren Fahrzeugkonzepte, Energieerzeugung, -verteilung und -umsetzung, Energiespeichertechnik, technische Systemintegration, Zuverlässigkeit, Prüfung und Realisierung sowie gesellschaftspolitische Fragestellungen.

Die Forschungen laufen bereits weiter: "Diesmal bauen und erproben wir in einem vom BMBF geförderten 'Innovativen regionalen Wachstumskern' mit einem mittelständischen Bushersteller, Forschungspartnern der Technischen Universität Dresden, sächsischen Ingenieurunternehmen sowie den Dresdner Verkehrsbetrieben ein Fahrzeug, das eher an einen normalen Bus erinnert. Wir möchten unser Know-how jetzt auf die Straße bringen, also hochpräzise Mehrachslenkung, Antriebskonzepte und vieles mehr im realen Verkehr ausprobieren. Das Fahrzeug wird 30 Meter lang sein, mehrere Gelenke haben und für die Straße zugelassen werden", erläutert Dr. Matthias Klingner, Leiter des Fraunhofer IVI, die Entwicklungen an der Auto-Tram II.
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