Das Forschungsprojekt Porsche Boxster E -
Ein Erlebnisbericht aus der ersten Stunde der Wiedergeburt batterieelektrischer Fahrzeuge bei Porsche.
Abstract:
Exciting news from the past! Did you know that back in 2011, Porsche was already working on electric vehicle technology? The "Boxster E" project was one of the first fully-electric research sports cars, with a top speed of 166 km/h and a range of 170 km on a single charge.
The Boxster E project was a groundbreaking achievement at the time, showcasing Porsche's commitment to innovation and sustainability. While electric vehicles have come a long way since then, it's always interesting to look back at the pioneers who paved the way for the future of transportation.
As we continue to push towards a more sustainable future, it's important to acknowledge and celebrate the groundbreaking work of companies like Porsche. Who knows what kind of incredible electric vehicles they have in store for us in the years to come?
#Porsche #BoxsterE #electricvehicles #innovation #throwback
Intelligent zu neuen Höchstleistungen.
Mit dem Aufbau von drei elektrisch angetriebenen Forschungsfahrzeugen auf Basis des Porsche Boxster (987) läutete Porsche die Entwicklung von batterieelektrischen Fahrzeug der Neuzeit seit den Änfängen des Lohner Porsche /1/ im Jahr 1900 ein. In einem geförderten Forschungsprojekt wurden grundlegende Fragen zur Nutzung von E-Fahrzeugen im kundennahen Betrieb und zur Ermittlung von Fahrprofilen und Lastanforderungen für Komponenten des e-Antriebs ermittelt. Die Schwerpunkte sind in /2/ erläutert.
Der Boxster E – ein Forschungsfahrzeug im Zeichen von Porsche Intelligent Performance.
Die Zukunft der Mobilität stellt die Automobilindustrie vor neue Herausforderungen. In der intelligenten Verbindung von Effizienz und Leistung durch die optimale Nutzung innovativer Technologien liegen Antworten auf die Mobilitätsfragen der Zukunft. Dieses Prinzip, Porsche Intelligent Performance, findet sich in allen Porsche-Entwicklungen und weist den Weg in Richtung Zukunft. Mit der Entwicklung von drei vollelektrischen Forschungsfahrzeugen Boxster E wird ein weiterer entscheidender Beitrag für Erkenntnisse über die Zukunft der Mobilität geleistet.
Herausforderung Elektromobilität
„Die Elektromobilität ist eine zentrale Herausforderung der kommenden Jahre und die Ingenieure von Porsche wollen mit der von ihnen gewohnten Spitzenleistung dazu beitragen, diese zu meistern“, sagte Matthias Müller, Vorstandsvorsitzender der Porsche AG im Rahmen der Präsentation des ersten der drei Elektro-Boxster.
Anfang 2011 legte Matthias Müller mit dem damaligen Ministerpräsidenten des Landes Baden Württemberg, Stefan Mappus, die ersten nahezu lautlosen Meter mit dem sportlichen Forschungsfahrzeug vor dem Porsche Museum in Stuttgart zurück. „Die Boxster E werden uns als fahrende Labore dabei helfen, die praktischen Probleme der Elektromobilität so zu lösen, wie das unsere Kunden erwarten“, so Müller.
Die Elektromobilität stellt die Industrie vor große Herausforderungen. Es gilt, die Kundenanforderungen und gewohnten Nutzungsprofile in Einklang zu bringen mit dem technologisch Möglichen und ökologisch Sinnvollen. Weltweit existieren unterschiedlichste Initiativen von Regierungen und Kommissionen, um Entwicklungen im Bereich Elektromobilität sowie die Verbreitung von Elektrofahrzeugen zu fördern.
Die Flotte der drei Boxster E Forschungsfahrzeuge ergaben erste Erkenntnisse auf dem Weg der Entwicklung weiterer batterieelektrischer Porsche Modelle. Im Abschlussbericht /3/ der Fahrerprobung wurden die Ergebnisse auf den Punkt gebracht: "Die Erprobungsteilnehmer gaben dem Fahrzeug bei Antrieb und Fahrwerk durchschnittlich gute Noten, insbesondere für den Stadtbetrieb. Die Kritikpunkte bezogen sich vor allem die zu niedrige Leistung und das Durchzugsvermögen im Überlandverkehr. Im Bereich Elektrik lobten die
Förderung der Zukunft
Mit dem Nationalen Entwicklungsplan Elektromobilität hat die deutsche Bundesregierung Porsche im Jahr 2009 eine Basis geschaffen, um das erklärte Ziel zu erreichen, bis 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen zu haben. Erste Forschungs- und Entwicklungsprojekte und Modellregionen wurden mit dem Konjunkturpaket II und einem Mittelumfang von 500 Millionen Euro für die Jahre 2009 bis 2011 umgesetzt. In diesem Rahmen wurde auch der Porsche Boxster mit rein elektrischem Antrieb entwickelt.
Das Forschungsprojekt Boxster E ist eingebettet in die Modellregion Stuttgart, eine von acht „Modellregionen Elektromobilität“ in Deutschland, in denen bis Mitte 2011 Pilotprojekte für Elektro-fahrzeuge und Elektroinfrastruktur realisiert werden. Die Modellregion Stuttgart wird im Rahmen des Bundesprogramms „Elektromobilität in Modellregionen“ gefördert.
Hochvolt-Verkabelung Porsche Boxster E 4WD (Typ 987) - /2/
Forschungsfahrzeug Boxster E
Der Porsche Boxster bietet durch sein Konzept als Mittelmotor-Sportwagen die ideale Fahrzeugbasis für die alltagsnahe Erprobung des Elektroantriebes: Der offene Zweisitzer ist sehr leicht und ermöglicht es, die neuen Komponenten Elektromaschine, Batterie und Hochvolttechnik crashsicher im Fahrzeug unterzubringen. Gleichzeitig garantieren Fahrleistungen auf Niveau eines Boxster S mit konventionellem, verbrennungsmotorischem Antrieb die zukunftsfähige Faszination Sportwagen mit neuer Technologie. Das Forschungsfahrzeug Boxster E existiert in zwei Varianten: Die Version mit einer Elektromaschine entwickelt 90 kW. In der Variante mit zwei Elektromaschinen und 180 kW wird der Boxster E zum ersten Boxster mit Allradantrieb. Als Energiespeicher dient eine Batterie mit einer Kapazität von 29 kWh, von denen prinzipbedingt rund 26 kWh genutzt werden können – für eine Batterie ein hervorragender Wert. Ihre maximale Leistung liegt bei 240 kW, also noch mal 60 kW mehr als der Allrad-Boxster E bei Volllast abfordert.
Hochvoltbatterie
Die Hochvoltbatterie wurde bei Porsche Engineering entwickelt und aufgebaut. Sie wurde insbesondere für den Einsatz im Boxster E ausgelegt und liefert eine sportwagentypische Leistung bei gleichzeitig leichter Bauweise und günstiger Position im Fahrzeug. Die Traktionsbatterie ersetzt den Verbrennungsmotor des herkömmlich mit Mittelmotor angetriebenen Serienfahrzeugs. Dies wirkt sich positiv auf den Schwerpunkt des Fahrzeugs und damit auch auf dessen Fahrdynamik aus.
Die verwendeten Zellen aus Lithium-Eisen-Phosphat (LiFePO4) bieten einen sehr guten Kompromiss zwischen Energie- und Leistungsdichte und gelten als besonders robust und sicher. Bei circa 400 Volt ist die Batterie voll aufgeladen. Angestrebt wird eine Reich weite von 170 Kilometern im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ). In Abhängigkeit der Fahrweise ist eine Reichweite von über 150 Kilometern möglich. Die entstehenden elektrischen Ströme können über 600 Ampere betragen. Das Gewicht der Batterie beträgt 341 Kilogramm.
Überwachung und Kühlung der Batterie
Beim Betrieb von Lithiumbatterien muss gewährleistet werden, dass sich deren Spannung ständig in einem vom Hersteller vorgegebenen Bereich befindet. Über- oder Unterspannung kann die Lebenserwartung der Zellen reduzieren oder diese im Extremfall zerstören. Ähnliches gilt für die Betriebstemperatur. Zu warme Zellen altern schneller, zu kalte Zellen liefern nur eingeschränkte Leistung. An der Front der Module befinden sich die Platinen der sogenannten Zellcontroller.
Diese überwachen permanent Spannungen und Temperaturen der Zellen. Die gemessenen Daten werden im zentralen Batteriemanagementsystem ausgewertet. Dieses System sendet die notwendigen Informationen über das Bordnetz an den Motor und das eingebaute 230 Volt Ladegerät. Somit wird im Lade- und Fahrbetrieb die Batterie kontrolliert ge- beziehungsweise entladen.
Damit die Zellen in ihrem Temperaturarbeitsbereich von circa –10 bis +40 Grad Celsius bleiben, müssen sie bei Bedarf erwärmt oder gekühlt werden. So wird die Batterie zum Beispiel im Ladebetrieb thermisch vorkonditioniert. In der Mitte des Tragrahmens befinden sich daher fünf Kühlplatten, welche die Zellen jeweils eines oberen und unteren Moduls mit Flüssigkeit kühlen. Diese Platten sind zum einen so optimiert, das sie einen sehr guten Kontakt zu den Zellmodulen aufweisen. Dies bewirkt einen optimalen Wärmetransport in das Kühlmittel. Zum anderen sind die Kühlkanäle so gestaltet, dass die Druckverluste niedrig und die Verteilung der Temperatur in der Platte sehr homogen ist.
Die Batteriekühlung ist in den Niedertemperaturkreislauf des Fahrzeugs ein gebunden. Bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen findet eine Erwärmung über einen Hochvoltheizer statt. Bei mittleren Temperaturen erfolgt der Wärmeaustausch über einen Luftwärmetauscher (Kühler). Bei hohem Kühlbedarf erfolgt die Hinzuschaltung des Klimakompressors.
Reichweitenrechner
Besonderes Augenmerk lag dabei auf der Realisierung eines Reichweitenrechners, also der korrekten Berechnung des Ladezustands. Dieser wird dem Fahrer im Cockpit angezeigt. Eine spezifische Vorhersage ist die Stadtreichweite, die davon ausgeht, dass das Fahrzeug immer im Stadtfahr-Geschwindigkeitsbereich bewegt wird.
Nach erfolgreichem Abschluss der umfangreichen Testverfahren der öffentlichen Präsentation des Boxster E nichts mehr im Wege. Die Erkenntnisse aus der weiteren Felderprobung der drei vollelektrischen Fahrzeuge bilden den Grundstein für zukünftige Forschungs- und Vorentwicklungsaktivitäten zum Thema Elektromobilität und sind heute in der Entwicklung des Porsche Taycan eingeflossen und auf dem Markt erhältlich.
Quellen
/1/ Porsche Newsroom 13.09.2019:
"Die Geschichte von Porsche beginnt elektrisch" - Link
/2/ Porsche Engineering Magazin 1/2011:
"Porsche Intelligent Performance: Das Forschungsprojekt Boxster E"
/3/ Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie
Großversuch Porsche Boxster e – Schlussbericht
/4/ Porsche Engineering, 01.06.2012
BMVBS: Großversuch Boxster E im Rahmen der "Modellregion Elektromobilität
Region Stuttgart"
Abschlussbericht
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