Die Rohstoffintensität bei der konventionellem E-Mobilität (Batteriespeicherfahrzeug) schafft die Notwendigkeit,
in diesem Sektor Alternativen zu entwickeln. Davon ausgehend, dass der Elektroantrieb aufgrund seiner Flexibilität tragender Bestandteil der mobilen Zukunft sein muss, ist nach alternativen Möglichkeiten
zu forschen, vorgenannte Batteriesysteme weitgehend oder vollständig zu ersetzen - auch aufgrund des hohen Gewichts, welches bei jeder Art von Transport ein erhebliches
Plus an Energieaufwand zur Folge hat.
Die bei dem Fahrzeug » CaryEN « herangezogene Technologiekombination stellt damit sowohl die Alternative zur konventionellen E-Mobilität
mit Batteriespeicherfahrzeug dar, als auch die Alternative zu Fahrzeugen mit Brennstoffzellen- und anderen Hybridantrieben.
Die bei » CaryEN « zum Einsatz kommende Technologiekombination ergibt einen Seriellen Reinhybridantrieb für Wasserstoff (SPH2 - Serial Pure Hybrid Drive for Hydrogen).
Brennstoffzellentechnologie spielt beim Seriellen Reinhybridantriebantrieb SPH2 keine Rolle. Die Brennstoffzelle ist kein Bestandteil des Antriebs bzw. von CaryEN - nicht zuletzt aufgrund entscheidender Nachteile wie den hohen Kosten bei der Herstellung, unter anderem aufgrund der komplexen Bauweise und des Rohstoffbedarf für notwendige Hochtechnologie-Materialien; Betriebs- und Leistungsunsicherheit u. a. aufgrund der Empfindlichkeit gegenüber variierender Umgebungstemperaturen; Notwendigkeit großer Speicherbatterien!
Kern des SPH2-Antriebs ist die Mitführung der für und während der Fahrt benötigten Energie in Wasserstoff. Über einen (im hiesigen Fall und nach aktuellem Projektstand konzipierten) für Wasserstoff optimierten achtzylindrigen Hubkolben-Verbrennungsmotor mit geringem Hubraum pro Zylinder und geringer Hubdistanz pro Kolben wird die Energie des mitgeführten Wasserstoffs in Bewegungsenergie umgewandelt. Ein direkt an den schallgedämmten Verbrennungsmotor angeschlossener Stromerzeuger (Generator) generiert aus der Bewegungsenergie elektrischen Strom. Dieser Strom speist eine Pufferbatterie. Wann der Verbrennungsmotor ein- und ausgeschalten wird, entscheidet ein intelligentes Steuergerät. Auf Basis unterschiedlicher Messparameter entscheidet das Steuergerät also, wann die Batterie nachgeladen wird, und auch, wodurch sie nachgeladen wird. Die Nachladung kann dabei auch durch Rückgewinnung der kinetischen (Fahr-) Energie durch die so genannte Rekuperation beim Bremsen erfolgen. Die direkt in den Felgen verbauten (für gewöhnlich) vier Elektromotoren bringen also nicht nur die für den Vortrieb notwendige Bewegungsenergie auf die Straße, sondern laden bei jedem Bremsvorgang die Pufferbatterie mit auf, was zu einer Reduktion von Betriebszeit/ Verbrauch des Verbrennungsmotors führt. Die so genannten Radnaben-Elektromotoren haben herkömmlichen, zentral gelagerten Elektromotoren gegenüber nicht nur einen auf die Energieeffizienz bezogenen Vorteil, sondern auch den Vorteil, dass sie eine auf das einzelne Rad bezogene Lenkung ermöglichen, was die Wendigkeit zum Beispiel beim Einparken in Zukunft auch innerhalb einer KI-basierenden Automatisierung erheblich erleichtert. Darüber hinaus ergibt sich aus dem System des auf die einzelnen Räder gesplitteten Elektroantriebs eine zusätzliche Gewichtsreduktion, da auf viele klassische, meist masseintensive Antriebsbauteile verzichtet werden kann (z. B. Sperrdifferential).
Zentrales Element ist damit neben dem mitgeführten Minikraftwerk aus abgasfreiem Verbrennungsmotor und Stromgenerator das intelligente Steuergerät. Es lässt sich auf die technischen Anforderungen der einzelnen Komponenten sowie auf die momentanen Betriebssituationen feinabstimmen. Das Steuergerät sorgt dabei auch beim Anfahren für ein reaktionsstarkes Fahrzeug, da nach der Betätigung des "Gaspedals" zu aller erst die elektrische Energie der Pufferbatterie abgerufen wird und erst im Anschluss (bei Bedarf) der Verbrennungsmotor zugeschaltet wird, um die Pufferbatterie auf Ladung zu halten.
Unter Berücksichtigung der auf unterschiedlichen Wegen herbeigeführten Gewichtsersparnisse und der Optimierungen des Wasserstoff-Verbrennungsmotors sowie des Radnabenantriebs, rechnen wir mit einer Steigerung der Fahrdistanz pro Kilogramm Wasserstoff um 25 bis 40 Prozent bezogen auf die Praxis heute gebräuchlicher (mit Brennstoffzellen betriebener) Wasserstoff-PKW. Pro Kilogramm Wasserstoff sind damit unserer Einschätzung nach in naher Zukunft Distanzen von 180 Kilometer und mehr realisierbar. Bei der Gewichtseinsparung werden die Massen (Gewichte) der im SPH2 vorhandenen Bauteile Stromerzeuger und Radnabenmotoren berücksichtigt.
Über den Energieinhalt von Wasserstoff und weiterer technischer Details zum Thema erfahren Sie beispielsweise auf Wikipedia. Auf die häufig zitierten technischen Probleme beim Wasserstoff möchten wir hier nicht näher eingehen - sie wurden hinreichend erörtert; an den Beispielen Diffusion und Materialversprödung detailliert auch bei uns auf enXpress.de Diffusion und Versprödung bei der Speicherung von Wasserstoff
Über eine effiziente Produktionsweise und Speicherung umweltfreundlichen, so genannten grünen Wasserstoffs erfahren Sie in der Veröffentlichung » H2EK « (H2-Energiekonzept), wo, auch die Effizienz bei der Nutzung rechnerisch bewiesen wird.
Die Pufferbatterie des SPH2-Drive benötigt letztlich nur rund ein Zehntel der Speicherkapazität/ des Gewichts/ der Masse/ der Rohstoffe der Batterie eines konventionellen Batteriespeicherfahrzeugs, da der Großteil der Energie nicht in einer Batterie, sondern eben im Wasserstoff mitgeführt wird. Das Gewicht des Wasserstoffs hat dabei, wie erläutert, eine marginale Bedeutung. Dem heute zum Standard gehörenden Wasserstoff-Drucktanksystem (700-Bar-Technologie) kommt mit 50 bis 80 Kilogramm Eigengewicht ebenfalls nur eine untergeordnete Rolle zu.
Eine bekannte Online-Plattform (h2.life) leitet zur nächstgelegenen Wasserstofftankstelle. Allein in Bayern sollen im Rahmen des im Mai 2020 in Nürnberg vorgestellten Bayerischen Wasserstoffkonzepts bis 2023 einhundert zusätzliche Wasserstofftankstellen entstehen.
Zur Namensgebung des Antriebs SPH2-Drive und des Fahrzeugs CaryEN ®: Wie oben bereits angedeutet, resultiert die Abkürzung » SPH2 « aus den englischen Worten » Serial Pure Hybrid (for) Hydrogen « - zu Deutsch: » Serieller Reinhybrid für Wasserstoff «. Das Wort Reinhybrid ergibt sich dabei aus der Doppelbedeutung des Wortes » rein « für A. » emissionsfrei « und B. » vollständig « für » Vollhybrid « (Bezeichnung für ein Hybridfahrzeug, das in der Lage ist, rein elektrisch zu fahren, also ohne in Betrieb befindlichem, direkt angeschlossenem Verbrennungsmotor; welcher wiederrum rein/ ohne Abgase betrieben wird). Der Terminus » seriell « bedeutet beim Hybridfahrzeug fachsprachlich, dass einer der beiden Kraftwandler (hier der Wasserstoff-Verbrennungsmotor) keinerlei mechanische Verbindung zum Antrieb (z. B. Antriebsachse) hat. CaryEN ® ist der Name des Fahrzeugs, der ebenso wie die Karosserie, möglichst einfach und reduziert gehalten ist. Car heißt im Englischen bekanntlich Auto; die Erweiterung y macht daraus eine Art Rufnamen und EN ist die Abkürzung für EnergieNovum. Auch andere Bedeutungen fließen ein.
Zum Karosserie-Design: Durch die konsequente Automatisierung von Fahrmanövern, die beim herkömmlichen Fahren ein besonderes Maß an Übersicht durch den klassischen Fahrer notwendig machen (z. B. Einparken), ist das besondere Maß an Übersicht durch den Fahrer bei CaryEN ® nicht mehr notwendig. Die Übersicht bei so gearteten Manövern übernimmt bei CaryEN ® KI (Künstliche Intelligenz). Dadurch ist es möglich, die Fahrzeugform entsprechend zu verändern. In unserem Fall bedeutet dies eine Veränderung der klassischen Aufteilung beim Personenkraftwagen. Bei CaryEN ® ist die Vorderseite länger als beim konventionellen PKW. Vorne im Fahrzeug kommt hier zuerst ein bequem handhabbarer Gepäckraum, im Anschluss der Kraftwerksblock des SPH2-Antriebs (klassisch: Motorraum) und schließlich die Kabine, die - bis ans Hintere Ende des Fahrzeugs reichend - je nach Konfiguration, für eine unterschiedliche Zahl an Mitfahrern und Transportmöglichkeiten ausgelegt werden kann. Eher im hinteren, unteren Bereich des Fahrzeugs befindet sich schließlich der Wasserstofftank. Die Hülle ist volltransparent gehalten, was Einblicke in alle Bereiche des Fahrzeuginneren gewährt – sofern der Fahrer dies wünscht: die transparenten Karosserieteile sind photoelektrisch schaltbar von transparent auf opak (undurchsichtig). Auch das Innere des Motorraums kann dadurch weitgehend von außen sichtbar gemacht werden.
Es ist geplant, die im Fahrzeug verwendeten (hochwertigen) Kunststoffe, wie den Kraftstoff auch, auf Basis von Sonnenwärme und Meerwasser im europäischen Süden herzustellen - mittels einer exothermen Reaktion, lediglich unter Zugabe von CO2 und einer geringen Zahl anderer einfacher Rohstoffe (s. H2EK).
Die Finanzierung der Entwicklung findet auf Spendenbasis statt. Die Öffentlichkeit wird ein Mitspracherecht an verschiedenen Funktions- und Gestaltungsvarianten erhalten. Letzteres wird über die Transparenz im Entwicklungsprozess sowie unter Verwendung einer dafür vorgesehenen Internetplattform realisiert werden. CaryEN ist also das erste Open-Source-Entwicklungsprojekt im Automotive-Sektor.
Spenden – für die Entwicklung von CaryEN: https://www.energienovum.de/spenden
Veröffentlichung auf enXpress: https://www.energienovum.de/enXpr…
Den Film » CaryEN « auf Youtube ansehen: https://www.youtube.com/watch?v=5…
Hier geht´s zur Galerie – mit weiteren Infos:
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Die bei » CaryEN « zum Einsatz kommende Technologiekombination ergibt einen Seriellen Reinhybridantrieb für Wasserstoff (SPH2 - Serial Pure Hybrid Drive for Hydrogen).
Brennstoffzellentechnologie spielt beim Seriellen Reinhybridantriebantrieb SPH2 keine Rolle. Die Brennstoffzelle ist kein Bestandteil des Antriebs bzw. von CaryEN - nicht zuletzt aufgrund entscheidender Nachteile wie den hohen Kosten bei der Herstellung, unter anderem aufgrund der komplexen Bauweise und des Rohstoffbedarf für notwendige Hochtechnologie-Materialien; Betriebs- und Leistungsunsicherheit u. a. aufgrund der Empfindlichkeit gegenüber variierender Umgebungstemperaturen; Notwendigkeit großer Speicherbatterien!
Kern des SPH2-Antriebs ist die Mitführung der für und während der Fahrt benötigten Energie in Wasserstoff. Über einen (im hiesigen Fall und nach aktuellem Projektstand konzipierten) für Wasserstoff optimierten achtzylindrigen Hubkolben-Verbrennungsmotor mit geringem Hubraum pro Zylinder und geringer Hubdistanz pro Kolben wird die Energie des mitgeführten Wasserstoffs in Bewegungsenergie umgewandelt. Ein direkt an den schallgedämmten Verbrennungsmotor angeschlossener Stromerzeuger (Generator) generiert aus der Bewegungsenergie elektrischen Strom. Dieser Strom speist eine Pufferbatterie. Wann der Verbrennungsmotor ein- und ausgeschalten wird, entscheidet ein intelligentes Steuergerät. Auf Basis unterschiedlicher Messparameter entscheidet das Steuergerät also, wann die Batterie nachgeladen wird, und auch, wodurch sie nachgeladen wird. Die Nachladung kann dabei auch durch Rückgewinnung der kinetischen (Fahr-) Energie durch die so genannte Rekuperation beim Bremsen erfolgen. Die direkt in den Felgen verbauten (für gewöhnlich) vier Elektromotoren bringen also nicht nur die für den Vortrieb notwendige Bewegungsenergie auf die Straße, sondern laden bei jedem Bremsvorgang die Pufferbatterie mit auf, was zu einer Reduktion von Betriebszeit/ Verbrauch des Verbrennungsmotors führt. Die so genannten Radnaben-Elektromotoren haben herkömmlichen, zentral gelagerten Elektromotoren gegenüber nicht nur einen auf die Energieeffizienz bezogenen Vorteil, sondern auch den Vorteil, dass sie eine auf das einzelne Rad bezogene Lenkung ermöglichen, was die Wendigkeit zum Beispiel beim Einparken in Zukunft auch innerhalb einer KI-basierenden Automatisierung erheblich erleichtert. Darüber hinaus ergibt sich aus dem System des auf die einzelnen Räder gesplitteten Elektroantriebs eine zusätzliche Gewichtsreduktion, da auf viele klassische, meist masseintensive Antriebsbauteile verzichtet werden kann (z. B. Sperrdifferential).
Zentrales Element ist damit neben dem mitgeführten Minikraftwerk aus abgasfreiem Verbrennungsmotor und Stromgenerator das intelligente Steuergerät. Es lässt sich auf die technischen Anforderungen der einzelnen Komponenten sowie auf die momentanen Betriebssituationen feinabstimmen. Das Steuergerät sorgt dabei auch beim Anfahren für ein reaktionsstarkes Fahrzeug, da nach der Betätigung des "Gaspedals" zu aller erst die elektrische Energie der Pufferbatterie abgerufen wird und erst im Anschluss (bei Bedarf) der Verbrennungsmotor zugeschaltet wird, um die Pufferbatterie auf Ladung zu halten.
Unter Berücksichtigung der auf unterschiedlichen Wegen herbeigeführten Gewichtsersparnisse und der Optimierungen des Wasserstoff-Verbrennungsmotors sowie des Radnabenantriebs, rechnen wir mit einer Steigerung der Fahrdistanz pro Kilogramm Wasserstoff um 25 bis 40 Prozent bezogen auf die Praxis heute gebräuchlicher (mit Brennstoffzellen betriebener) Wasserstoff-PKW. Pro Kilogramm Wasserstoff sind damit unserer Einschätzung nach in naher Zukunft Distanzen von 180 Kilometer und mehr realisierbar. Bei der Gewichtseinsparung werden die Massen (Gewichte) der im SPH2 vorhandenen Bauteile Stromerzeuger und Radnabenmotoren berücksichtigt.
Über den Energieinhalt von Wasserstoff und weiterer technischer Details zum Thema erfahren Sie beispielsweise auf Wikipedia. Auf die häufig zitierten technischen Probleme beim Wasserstoff möchten wir hier nicht näher eingehen - sie wurden hinreichend erörtert; an den Beispielen Diffusion und Materialversprödung detailliert auch bei uns auf enXpress.de Diffusion und Versprödung bei der Speicherung von Wasserstoff
Über eine effiziente Produktionsweise und Speicherung umweltfreundlichen, so genannten grünen Wasserstoffs erfahren Sie in der Veröffentlichung » H2EK « (H2-Energiekonzept), wo, auch die Effizienz bei der Nutzung rechnerisch bewiesen wird.
Die Pufferbatterie des SPH2-Drive benötigt letztlich nur rund ein Zehntel der Speicherkapazität/ des Gewichts/ der Masse/ der Rohstoffe der Batterie eines konventionellen Batteriespeicherfahrzeugs, da der Großteil der Energie nicht in einer Batterie, sondern eben im Wasserstoff mitgeführt wird. Das Gewicht des Wasserstoffs hat dabei, wie erläutert, eine marginale Bedeutung. Dem heute zum Standard gehörenden Wasserstoff-Drucktanksystem (700-Bar-Technologie) kommt mit 50 bis 80 Kilogramm Eigengewicht ebenfalls nur eine untergeordnete Rolle zu.
Eine bekannte Online-Plattform (h2.life) leitet zur nächstgelegenen Wasserstofftankstelle. Allein in Bayern sollen im Rahmen des im Mai 2020 in Nürnberg vorgestellten Bayerischen Wasserstoffkonzepts bis 2023 einhundert zusätzliche Wasserstofftankstellen entstehen.
Zur Namensgebung des Antriebs SPH2-Drive und des Fahrzeugs CaryEN ®: Wie oben bereits angedeutet, resultiert die Abkürzung » SPH2 « aus den englischen Worten » Serial Pure Hybrid (for) Hydrogen « - zu Deutsch: » Serieller Reinhybrid für Wasserstoff «. Das Wort Reinhybrid ergibt sich dabei aus der Doppelbedeutung des Wortes » rein « für A. » emissionsfrei « und B. » vollständig « für » Vollhybrid « (Bezeichnung für ein Hybridfahrzeug, das in der Lage ist, rein elektrisch zu fahren, also ohne in Betrieb befindlichem, direkt angeschlossenem Verbrennungsmotor; welcher wiederrum rein/ ohne Abgase betrieben wird). Der Terminus » seriell « bedeutet beim Hybridfahrzeug fachsprachlich, dass einer der beiden Kraftwandler (hier der Wasserstoff-Verbrennungsmotor) keinerlei mechanische Verbindung zum Antrieb (z. B. Antriebsachse) hat. CaryEN ® ist der Name des Fahrzeugs, der ebenso wie die Karosserie, möglichst einfach und reduziert gehalten ist. Car heißt im Englischen bekanntlich Auto; die Erweiterung y macht daraus eine Art Rufnamen und EN ist die Abkürzung für EnergieNovum. Auch andere Bedeutungen fließen ein.
Zum Karosserie-Design: Durch die konsequente Automatisierung von Fahrmanövern, die beim herkömmlichen Fahren ein besonderes Maß an Übersicht durch den klassischen Fahrer notwendig machen (z. B. Einparken), ist das besondere Maß an Übersicht durch den Fahrer bei CaryEN ® nicht mehr notwendig. Die Übersicht bei so gearteten Manövern übernimmt bei CaryEN ® KI (Künstliche Intelligenz). Dadurch ist es möglich, die Fahrzeugform entsprechend zu verändern. In unserem Fall bedeutet dies eine Veränderung der klassischen Aufteilung beim Personenkraftwagen. Bei CaryEN ® ist die Vorderseite länger als beim konventionellen PKW. Vorne im Fahrzeug kommt hier zuerst ein bequem handhabbarer Gepäckraum, im Anschluss der Kraftwerksblock des SPH2-Antriebs (klassisch: Motorraum) und schließlich die Kabine, die - bis ans Hintere Ende des Fahrzeugs reichend - je nach Konfiguration, für eine unterschiedliche Zahl an Mitfahrern und Transportmöglichkeiten ausgelegt werden kann. Eher im hinteren, unteren Bereich des Fahrzeugs befindet sich schließlich der Wasserstofftank. Die Hülle ist volltransparent gehalten, was Einblicke in alle Bereiche des Fahrzeuginneren gewährt – sofern der Fahrer dies wünscht: die transparenten Karosserieteile sind photoelektrisch schaltbar von transparent auf opak (undurchsichtig). Auch das Innere des Motorraums kann dadurch weitgehend von außen sichtbar gemacht werden.
Es ist geplant, die im Fahrzeug verwendeten (hochwertigen) Kunststoffe, wie den Kraftstoff auch, auf Basis von Sonnenwärme und Meerwasser im europäischen Süden herzustellen - mittels einer exothermen Reaktion, lediglich unter Zugabe von CO2 und einer geringen Zahl anderer einfacher Rohstoffe (s. H2EK).
Die Finanzierung der Entwicklung findet auf Spendenbasis statt. Die Öffentlichkeit wird ein Mitspracherecht an verschiedenen Funktions- und Gestaltungsvarianten erhalten. Letzteres wird über die Transparenz im Entwicklungsprozess sowie unter Verwendung einer dafür vorgesehenen Internetplattform realisiert werden. CaryEN ist also das erste Open-Source-Entwicklungsprojekt im Automotive-Sektor.
Spenden – für die Entwicklung von CaryEN: https://www.energienovum.de/spenden
Veröffentlichung auf enXpress: https://www.energienovum.de/enXpr…
Den Film » CaryEN « auf Youtube ansehen: https://www.youtube.com/watch?v=5…
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