MINI E München - Drive eCharged

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Der Flottenversuch der 40 MINI E in München findet im Rahmen eines öffentlichen Forschungsprojektes statt.
In Deutschland gibt es, gefördert vom Bundesverkehrsministerium, mehrere Modellregionen, in denen das Thema Elektromobilität unter verschiedenen Gesichtspunkten betrachtet werden soll. Die Erfahrungen tragen dazu bei, Entscheidungsgrundlagen für künftige Strategien zu schaffen.

In jeder Modellregion gibt es zum Teil mehrere Einzelprojekte. Zu den Projektpartnern in diesen Einzelprojekten gehören je nach Schwerpunkt Hersteller von Elektrofahrzeugen jeglicher Art, lokale und überregionale Stromanbieter, Hochschulen, Forschungsinstitute, Stadtwerke, lokale Verkehrsbetriebe und Firmen aus der Elektrobranche.

In der Modellregion München gibt es derzeit vier solcher Einzelprojekte. Eines davon heißt "Drive eCharged" mit folgenden Projektpartnern:

Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung
Förderung der Verbundprojekte.

Nationale Organisation für Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie
Koordination und Umsetzung der Projekte im Auftrag des Ministeriums.

Siemens
Entwicklung von Wallbox und öffentlichen Ladestationen.

Stadtwerke München
Lokale Koordination des Projektes, Betrieb der Infrastruktur und Erzeugung des Stroms aus regenerativen Quellen.

BMW Group
Bereitstellung und Wartung der MINI E Elektrofahrzeuge.

Psyma Research+Consulting
Kein offizieller Projektpartner, aber für die Versorgung der Testpersonen mit Fragebögen und Interviews zuständig.

Bei den 40 Fahrzeugen der Testflotte sind die Projektpartner in den gelben Streifen beiderseits des Fahrzeugdaches vermerkt. Außerdem ist auf dem Heckfenster der Schriftzug "MINI E München - Drive eCharged" angebracht. Dadurch unterscheiden sich die Fahrzeuge von denjenigen MINI Es, die in München von BMW betrieben werden, aber nicht Bestandteil dieser Testflotte sind.

Nennung der Projektpartner im seitlichen Dachaufkleber

"MINI E München - Drive eCharged" hat den Einsatz des Eiskratzers nicht unbeschadet überstanden

Ladeeinrichtung des MINI E

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Die Ladeeinrichtung des MINI E hat eine technische Besonderheit. Normalerweise benötigt ein Elektroauto ein spezielles Ladegerät, welches Wechselstrom in Gleichstrom wandelt und den Ladestrom an die Ladecharakteristik der Batterie anpaßt.
Der elektrische Antriebsstrang, der beim MINI E von der Firma  AC Propulsion geliefert wird, hat die Funktionalität des Ladegerätes bereits in seinen Komponenten integriert. Ein separates Ladegerät wir daher nicht benötigt. AC Propulsion nennt diese integrierte Ladefunktion den "reductive charger".

Elektrische Komponenten des MINI E. (Quelle: gm-volt.com)

Die Verwendung der Komponenten des Antriebs begrenzt den Ladestrom zwar auf eine Phase und eine maximale Spannung von 240V. Aber der Ladestrom kann beachtliche 80A betragen, was zu einer maximalen Ladeleistung von 18kW führt. 
Beim MINI E wurde der Wert aber auf 50A begrenzt, was aber immer noch eine Ladeleistung von 12kW bei 240V ermöglicht. Natürlich setzt die Nutzung dieser Einstellung eine entsprechende Elektroinstallation voraus. Diese ist möglicherweise im MINI E Service Center vorhanden, für den Privatgebrauch ist die Einstellung aber nutzlos.
Weiterhin kann man als Ladestrom 32A einstellen. Dies ist die Standardeinstellung bei Nutzung der heimischen Wallbox oder einer öffentlichen Ladestation. Bei 32A/230V steht eine Ladeleistung von etwa 7,3kW zur Verfügung.
Die 12A Einstellung ist notwendig beim Laden an einer herkömmlichen Steckdose. 12A bei 230V bedeuten etwa 2,8kW Ladeleistung.

Da die Nutzung der Antriebskomponenten zum Aufladen der Batterien wahrscheinlich viel technisches Knowhow erfordert und auch in gewissen Bereichen Patente von AC Propulsion bestehen dürften, benötigen alle anderen Fahrzeuge, die nicht mit Komponenten von AC Propulsion ausgestattet sind, ein herkömmliches Ladegerät.


Ein typisches Beispiel für so ein Ladegerät ist ist das nachfolgend abgebildete Gerät der schweizerischen Firma  BRUSA.

Es hat eine Ladeleistung von max. 3,3kW und reicht daher für das Laden an einer herkömmlichen Steckdose mit 12A/230V.
Es ist ein modulares System, so dass man zwei Geräte kombinieren kann, um eine Ladeleistung von 6,6kW zu erhalten (ausreichend für den Betrieb an einer 32A/230V Ladestation)...

Zwei Ladegeräte im Audi A1 e-tron (Quelle: autobild.de)

... oder gar drei Geräte für eine Ladeleistung von 9,9kW.

 

Drei Ladegeräte an Bord des Rolls Royce Phantom 102EX (Quelle: bimmertoday.de)

Die Entscheidung, wieviele Ladegeräte im Fahrzeug installiert werden, ist immer mit den entstehenden Kosten, dem verfügbaren Bauraum und dem zusätzlichem Gewicht gekoppelt.

Interessanterweise kann zum Beispiel die Kombination zweier Ladegeräte sowohl einphasigen Strom von 32A/240V verarbeiten, als auch zwei getrennte Phasen mit jeweils bis zu 16A/240V. Das könnte Vorteile bei der Nutzung bestehender Elektroinstallationen bedeuten.

Zusätzlich ist auch die Kombination eines fest im Fahrzeug integrierten Modules und eines in der Wallbox integrierten Gerätes möglich. Dies ermöglicht dem Fahrzeug eine Standard-Ladeleistung von 3,3kW für die Nutzung herkömmlicher Steckdosen (plus die Einsparung von Platz und Gewicht im Fahrzeug) und eine kombinierte Ladeleistung von 6,6kW bei Nutzung der eigenen Wallbox.
Allerdings ist eine erhöhte Ladeleistung an einer öffentlichen Ladestation nicht möglich, es sei denn, die Station verfügt ebenfalls über ein integriertes Zusatz-Ladegerät.

Die Entwicklung im Bereich der On-Board Ladegeräte geht jedoch weiter und zielt bei kompakterer Bauweise auf eine Erhöhung der Ladeleistung. Auch die Themen Smart Grid und Datentransfer über die Stromleitung könnten zukünftig über das Ladegerät realisiert werden. Ein Beispiel hierfür ist das EDcharge der Firma EDAG.

Kompaktes 11kW Ladegerät mit Kommunikationsschnittstelle

Die Ladeleistung der MINI Es, Teslas und anderer Fahrzeuge, die mit AC Propulsion Antrieben ausgerüstet sind, ist also hauptsächlich abhängig von der verfügbaren Elektroinstallation. Die Ladeleistung anderer Elektrofahrzeuge ist hauptsächlich abhängig von der verfügbaren Ladeleistung des eingebauten Ladegerätes.

MI-NI Kennzeichen

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MINI E - ActiveE

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So wie wahrscheinlich jeder andere Nutzer eines MINI E bin ich sehr am neuen ActiveE interessiert, dem nächsten Schritt von BMW in Richtung eines elektrisch angetriebenen Serienfahrzeuges.

Concept ActiveE in der BMW Welt München

Der MINI E ist ein Experimentalfahrzeug, das einer größeren Zahl an Leuten die Vorteile eines elektrischen Antriebs im alltäglichen Gebrauch zugänglich machen soll - aber er hat einige offensichtliche Nachteile, die sich durch seinen Prototypenstatus und seiner kurzfristigen Realisierung ergeben haben.

Der nächste Schritt ist der BMW ActiveE, der auf einem elekrifizierten 1er Coupe basiert. Dieses Auto sollte ausgewogener und aufwändiger entwickelt sein als der MINI E und ist ein direkter Vorläufer des project i/MCV (dessen endgültiger Name am 21. Februar bekannt gegeben wird) mit einer ersten Version des neu entwickelten E-Motors und der Batterien. Weiterhin sollten das Bedienkonzept und die Darstellung von Informationen einer BMW-typischen Art und Weise entsprechen.
Dementsprechend hoch sind die Erwartungen an das Auto, welches einen seriennahen Eindruck vermitteln soll und keine größeren Einschränkungen haben darf - vielleicht einige wenige unbedeutende.


BMW hat kürzlich Neuigkeiten zu diesem Auto bekannt gegeben und über die
 ActiveE-Facebook-group  habe ich schnell einige informative Links gefunden:
BMW ActiveE press release
BMW ActiveE video

Basierend auf diesen Informationen habe ich einige Vergleiche zum MINI E angestellt:

Wärmemanagenent der Batterie:
Einer der größten Nachteile des MINI E ist das Fehlen eines aktiven Wärmemanagenets der Batterie. Dies führt zu erheblichen Auswirkungen auf Reichweite, Leistung, regeneratives Bremsen und Laden.

Dementsprechend hat der ActiveE einen Kühlwasserkreislauf zum Kühlen/Heizen der Batterien. Dies soll temperaturbedinge Einflüsse auf die Batterie weitgehend ausschließen und so für zuverlässige und konstante Reichweite sorgen.   

Weiterhin kann man die Batterie und den Fahgastraum vorkonditionieren, wenn das Fahrzeug am Stromnetz eingesteckt ist. Das wäre der Traum eines jeden MINI E-Fahrers.
Die Fernbedienung mittels Smartphone könnte ebenfalls nützlich sein. Die Vorkonditionierung funktioniert allerdings nur, wenn das Auto an der Steckdose eingesteckt ist.


Laden:
Der Ladestecker des Autos ist gemäß SAE J1772-Standard ausgeführt. Somit können in den USA öffentliche Ladestationen ohne zusätzlichen Adapter verwendet werden. Die europäischen Autos benötigen ohnehin ein separates Ladekabel, welches dann halt an einem Ende den SAE J1772-Stecker für das Auto und am anderen Ende den IEC 62196-Type 2-Stecker für die Ladestation haben müssen.


Eine geschätzte Ladezeit bis zu 5 Stunden deutet auf eine größere Kapazität der Batterie hin.
Die Batteriekapazität des MINI E beträgt 35 kWh, wovon allerdings nur 80% oder 28 kWh als nutzbar angegeben werden. Mit einer an einer Ladestation verfügbaren Ladeleistung von etwa 7 kW benötigt man die oft erwähnten 4 Stunden Ladezeit, um eben diese 28 kWh aufzuladen.

5 Stunden Ladezeit bedeuten dagegen eine nutzbare Batteriekapazität von 35 kWh. Sollte dies ebenfalls 80% der Gesamtkapazität entsprechen, könnte der ActiveE eine Batteriekapazität der Größenordnung 44 kWh haben.

Rekuperation:
Beim MINI E mit seinem Frontantrieb ist es kein Problem (bzw. sogar besser), wenn beim Bremsen die Vorderachse zusätzlich belastet wird.
Der ActiveE mit seinem Hinterradantrieb hat den systembedingten Nachteil, dass die Hinterachse beim Bremsen eher entlastet wird.
Das bedeutet, dass der Effekt des regenerativen Bremsens insbesondere bei starken Bremsmanövern abhängig von der Fahrsituation angepaßt werden muß um die Fahrstabilität und Fahrsicherheit nicht negativ zu beeinflussen. Somit sind Anpassungen an der elektronischen Stabilitätskontrolle (DSC) notwendig, um die Auswirkungen des regenerativen Bremsens zu berücksichtigen. Trotzdem frage ich mich, ob die regenerative Verzögerung so stark und konstant ist wie beim MINI E.


Energieeffizienz:

Wie ich bereits in einem älteren Post geschrieben habe, mag ich das "Bremsen mit dem Fahrpedal"-Konzept
und die starke Wirkung der rekuperativen Bremse des MINI E. Und ich bevorzuge dieses Verhalten gegenüber einem "Segelbetrieb", bei dem das Fahrzeug ungebremst weiterrollt.
Allerdings ist bei bestimmten Fahrsituationen auf der Autobahn oder auch in der Stadt das ungebremste Dahinrollen die beste Option zum energieeffizienten Betrieb des Fahrzeuges. Beim MINI E bedeutet das, dass man eine Position des Fahrpedals finden muß, bei der man weder beschleunigt noch durch die einsetzende Rekuperation verzögert. Leider kann man diesen Zusatnd nur erahnen und hat auch keine Rückmeldung, ob man ihn auch wirklich erreicht hat. Selbst wenn die Momentanverbrauchsanzeige in einer neutralen Stellung ist, kann ein leichter Energieverbrauch oder leichte Verzögerung vorhanden sein.

Das Aktivieren und Deaktivieren des der Rekuperation bzw. des ungebremsten Dahinrollens mittels Schalter, Schaltwippen oder Wählhebeln ist keine brauchbare Lösung für schnell wechselnde Fahrsituationen. Außerdem ist das generelle Verhalten des Autos dann abhängig von eben dieser Einstellung, was bei einigen Verkehrssituationen zu Schwierigkeiten führen könnte.

Der beschriebene "Gleit-Modus"für eine bestimmte mittlere Fahrpedalstellung hört sich nach einem richtig guten und praktikablen Lösungsansatz an. Wie man im Video sehen kann, geht der Zeiger der Momentanverbrauchsanzeige sehr bestimmt in die Neutralstellung, wenn der "Gleit-Modus" aktiv ist. Das könnte als Rückmeldung für den Fahrer ausreichen.
Ich glaube, es ist eine sehr nützliche Weiterentwicklung und ermöglicht das Beschleunigen, Gleiten und Bremsen mit nur einem Fahrpedal.

Das Hinzufügen eines Schalters, der bestimmte Grundeinstellungen des Antriebs und er sonstigen elektrischen Verbraucher auf einen energieeffizienteren Betrieb ändert ist auch eine neue, nützliche Zusatzfunktion, wenn die Reichweite ein Thema ist oder gar als Standardeinstellung, wenn die Auswirkungen erträglich sind. 


Displays:
Verglichen mit anderen Elektroautos bzw. Studien davon wirkt die Instrumententafel sehr "analog" und beherbergt keine Bildschirme, Diagramme oder sonstige graphische Darstellungen. Wie beim MINI E scheint man die Originalinstrumente nur leicht modifiziert zu haben, um bestimmte neue Informationen entsprechend anzuzeigen. Auf eine Aufrüstung oder komplette Überarbeitung wurde verzichtet.
Für die graphische Darstellung von Informationen ist einzig der Bildschirm des Navigationssystems zuständig.

Ich hoffe, ich werde jemals die Gelegenheit zu einer Testfahrt haben...

Aufbewahrung des Ladekabels

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Um den MINI E mit der Wallbox oder einer öffentlichen Ladesäule zu verbinden, benötigt man ein spezielles Ladekabel.
Im Gegensatz zu den USA, wo das Ladekabel ein fester Bestandteil der Ladestation ist, ist in Europa das Ladekabel normalerweise eine separate Einheit. Das Kabel ist geeignet für Spannungen bis 500V und Ströme bis 63A. Wie man sich vorstellen kann, ist es also kein normales Elektrokabel, wie man es von gewöhnlichen Elektrogeräten im Haushalt kennt, sondern eine schwere und unflexible elektrische Leitung.
Darüber hinaus kann das Kabel nass oder verschmutzt sein, je nach Wetter und Umgebung einer (öffentlichen) Ladestation.

Wenn man also eine öffentliche Ladestation oder auch nur (mittels Adapter) eine normale Steckdose nutzen will, muß man das Kabel im Auto mitführen.

Ich suchte nach einer brauchbaren Aufbewahrungsmöglichkeit für so ein Kabel und wählte eine Snare-Drum Tasche für eine Snare-Drum der Größe 14x6,5" der Firma GEWA. Zusätzlich befestigte ich einige im Baumarkt erhältliche Haken im Inneren der Tasche am Handgriff.
Die Tasche ist zwar etwas sperrig und eine Tasche für eine etwas kleinere Snare Drum hätte es vielleicht auch getan...Ich denke aber, es ist eine gute und brauchbare Lösung zum Aufbewahren des Ladekabels.

Snare Drum Tasche...

... als Aufbewahrung für das Ladekabel.

Laden an öffentlicher SWM-Ladesäule

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Im Münchner Stadtgebiet werden von den Stadtwerken München Ladesäulen verschiedener Hersteller aufgestellt. Heute wollte ich das Laden an einer Ladesäule eines neuen Typs ausprobieren.
Also bin ich zur Landshuter Allee gefahren und habe nach einigem Suchen den Standort der Ladesäule ausfindig gemacht. Die Ladesäulenkarte auf der Homepage der Stadtwerke zeigte leider nicht die exakte Position an.

Lage der Ladesäule

Schließlich stand ich vor der Ladesäule. Hersteller scheint die Firma ESG zu sein.

SWM Ladesäule an der Landshuter Allee

Die Ladesäule hat an der linken und rechten Seite jeweils zwei verschlossene Öffnungen für die Ladestecker, vorne in der Mitte befindet sich ein winziges, aber ausreichendes Display (Anzeige: Betriebsbereit sowie eine Telefonnummer) und sonst ... nichts!
Zur Benutzung dieses Ladesäulentyps habe ich von den Stadtwerken eine Identifikationskarte bekommen. Da die Karte offensichtlich  RFID-Technik verwendet, habe ich sie unterhalb des Displays an die Station gehalten. Keine Reaktion. Neuer Versuch, links vom Display, rechts vom Display, oberhalb vom Display, wieder unterhalb, auf dem SWM-Schriftzug, an der Seite unterhalb der verschlossenen Steckeröffnungen ... keine Reaktion.
Vielleicht ist ja doch irgendwo eine Klappe, die man erst öffnen muß? Also mehrmals um die Station herumgegangen,  jede Vertiefung auf eine Funktion als Griff oder Kartenschlitz überprüft, irgendwelche Soft-Touch-Flächen zum Öffnen einer Klappe? Fehlanzeige!
Nochmal die Vorderseite der Säule mit der Karte "gescannt" und endlich: als ich die Karte an eine bestimmte Stelle zwischen Display und SWM-Schriftzug halte, die ich bei meinen ersten Versuchen knapp verfehlt haben muß, erscheint im Display: -Authorisierungsprüfung

ungefähre Position der Karte, um von der Station erkannt zu werden

Das Fehlen einer entsprechenden Markierung ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die Station erst vor Kurzem in Betrieb genommen wurde.
Nach positiver Identifizierung werden motorisch angetrieben alle vier Steckeröffungen freigegeben.

Schukostecker und IEC 62196-2 Typ 2 -Stecker

Aufforderung im Display

 Nach dem Einstecken des Ladekabels werden nacheinander die drei freien Steckplätze wieder verschlossen, was jedesmal mit einem aufdringlichen Piep-Geräusch verbunden ist. Durch den mehrmaligen Ablauf der Schließprozedur mit begleitendem Piepsen kommt beim unversierten Benutzer schnell die Unsicherheit auf, ob man etwas falsch gemacht oder vergessen hat.  Auch dürfte das Geräusch in seiner jetzigen Form und Lautstärke in sensiblen Wohngegenden auf wenig Gegenliebe stoßen.

Ladekabel an Ladesäule eingesteckt

Nachdem alle freien Öffnungen wieder verschlossen sind und die Säule so die belegten Steckplätze identifiziert hat, beginnt der Ladevorgang.
Zum Beenden des Ladevorgangs ist die Karte wieder an die entsprechende Stelle der Ladesäule zu halten, der Ladevorgang wird beendet und das Kabel zum Abstecken freigegeben.
Anschließend erscheint eine Meldung im Display über die Menge des abgegebenen Stromes.

#014 beim Laden an der Landshuter Allee

UPDATE 31.05.2011:
Als ich wieder Gelegenheit hatte, an der Säule zu laden, war ein neuer Aufkleber angebracht. Dieser markiert die Stelle für die Identifikations-Karte. Somit funktionierte die Anmeldung problemlos wenn man weiß, was der Punkt bedeutet. Eine genaue Anweisung für einen Erstbenutzer, z.B. "Bitte hier Identifikationskarte auflegen" ersetzt die Markierung allerdings nur bedingt.

zusätzlicher Aufkleber zur Markierung des RIFD-Lesegerätes.

Standby Verbrauch

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Um den Standby-Verbrauch der Wallbox und des Autos einschätzen zu können, habe ich den elekteischen Zwischenzähler beobachtet, der zusammen mit der neuen Leitung zur Wallbox in der Garage installiert wurde.
Da der Zähler nur "digital" in 0,1kWh-Schritten anzeigt und ich über keine weiteren Messmittel verfüge, ist dies nur ein geschätztes Ergebnis.

Wenn man den Zähler über mehrere Tage beobachtet, wenn das Fahrzeug nicht eingesteckt wurde, hat man einen Stromverbrauch von 0,1kWh pro Tag. Vielleicht auch etwas mehr, da der Zähler ja nur bei "ganzen" 0,1kWh weiter springt.
Somit hat die Siemens Wallbox einen Standby Verbrauch von etwa 4,2 Watt (oder etwas mehr).
Dieser Wert ist nicht hoch, summiert sich aber während des Nutzungszeitraums des MINI E (9 1/2 Monate, 285 Tage) auf 285x0,1 kWh=28,5kWh. Das entspricht etwa einer vollen Batterieladung von MINI Es nutzbarer Batteriekapazität von 28kWh. Bei einem Strompreis von 0,207 Euro/kWh sind das immerhin 5,90 Euro für die Stromversorgung der Wallbox.
Bei einer Integration weiterer Funktionalitäten hinsichtlich des "intelligenten Stromnetzes" könnte der Verbrauch steigen. Hersteller und Kunden sollten diesen Aspekt berücksichtigen.
Wenn ich die Wallbox für einen längeren Zeitraum nicht benötige, schalte ich sie über den Sicherungsautomaten ab.

Beobachtet man den Zwischenzähler, wenn das Auto eingesteckt ist, aber der volle Ladezustand bereits erreicht ist und das Ladelicht nicht mehr blinkt, ist das Ergebnis das selbe: 0,1kWh/Tag gemeinsamer Verbrauch von Wallbox und aufgeladenem Auto.
Es scheint also, dass der MINI E einen vernachlässigbaren Energieverbrauch hat, wenn er voll aufgeladen ist. Es besteht keine Notwendigkeit, ihn auszustecken, um unnötige Stromkosten zu vermeiden.

 

Siemens Wallbox with plugged in MINI E.

Dieser Umstand mag sich mit der nächsten Generation von Elektrofahrzeugen mit Batterie-Temperatur-Management und Vorkonditionierung der Fahrgastzelle ändern.

Ich hoffe, als Fahrer kann man dann zwischen verschiedenen Szenarien wählen. Zum Beispiel eine Einstellung mit Fokus auf maximale Reichweite, die optimale Batterietemperatur und eine voll klimatisierte Fahrgastzelle vor Fahrtbeginn unter Vernachlässigung des Energieverbrauchs ermöglicht.
Oder ein Öko-Modus, der mit der Vorgabe eines möglichst geringen Energieverbrauchs lediglich eine minimale Batterietemperatur ausreichend für die Nutzung der Rekuperation und eine etwas vorklimatisierte Fahrgastzelle gerade rechtzeitig zum Fahrtbeginn zur Verfügung stellt.