Ford KA mit Elektroantrieb

Überlegene Energiedichte und Speicherfähigkeit

Neuss, 8. Mai 2000 – Ford stellt ein Technologiefahrzeug mit einer für Automobile neuartigen Hochleistungsbatterie vor. Das vom Ford-Forschungszentrum in Aachen in Zusammenarbeit mit dem französischen Unternehmen SAFT entwickelte Ljthium-Ionen-Batteriesystem zeichnet sich laut Ford durch seine besonders hohe Energiedichte und Speicherfähigkeit aus. Es verhilft dem Elektroauto zu einer für batteriebetriebene Fahrzeuge enormen Reichweite von über 150 Kilometern, so der Hersteller. Bei einer Geschwindigkeit von konstant 80 km/h muss der Viersitzer erst nach über 200 Kilometern wieder an die Steckdose.

Eingebaut ist dieser "elektrische Tank" in einen Ford Ka. Unter anderem aufgrund von Leichtbauweise erreicht der electric-Ka (e-Ka) nach 3,9 Sekunden Tempo 50 und nach 12,7 Sekunden Tempo 100. Die Höchstgeschwindigkeit des emissionsfreien Forschungsfahrzeugs beträgt 130 km/h.

Die Belastungsbeständigkeit ist laut Ford ein wesentlicher Systemvorteil der im e-Ka verwendeten Lithium-Ionen-Batterietechnologie: Das System ist nach Angaben der Aachener Forscher immun gegen den gefürchteten Memory-Effekt, der übliche Batteriesysteme bei geringer Beanspruchung wegen der raschen Abnahme der Speicherkapazität vorzeitig altern lässt. Ein weiterer Vorteil der im e-Ka zum Einsatz kommenden Antriebstechnologie: Die Li-Ion-Batterien sind – auch nach einer völligen Entleerung – bereits nach spätestens sechs Stunden wieder vollständig aufgeladen.

Der elektrische Tank: Lithium-Ionen-Batterien
Beim "elektrischen Tank" des e-Ka handelt es sich um insgesamt 180 Batteriezellen. Jeweils sechs dieser Zellen sind zu einem Modul zusammengefasst. Diese 30 Module verteilen sich auf drei so genannte Batterietröge: Ein Trog befindet sich im Motorraum, zwei weitere jeweils unmittelbar vor und hinter der Hinterachse. Das Gesamtsystem (Lithium-Ionen-Batterien einschließlich Kühlung und Tröge) wiegt 280 Kilogramm und ist damit um 70 Prozent leichter als eine vergleichbare Blei-Batterie.

Batterie: Kontinuierliche Kontrolle
Das bordeigene Battery Management System (BMS) kontrolliert kontinuierlich jedes der 30 Module – und zwar sowohl während des Betriebs, als auch während des Ladevorgangs. Überwacht werden in diesem Zusammenhang zum Beispiel die Zellenspannung, der Ladezustand und die Betriebstemperatur der 30 Batteriemodule. Diese Informationen werden über das bordeigene Kommunikationsnetzwerk (CAN-Datenbus) an die zentrale Steuereinheit übertragen, den Vehicle System Controller (VSC).

Safety first: Der Stromfluss von der Batterie zum Antriebsstrang wird bei ausgeschalteter Zündung oder im Falle eines Unfalls automatisch unterbrochen. Hierzu verfügt der e-Ka über empfindliche Crash-Sensoren, die dem System einen Unfall melden. Zum Schuttz vor Überhitzung besitzt der e-Ka zwei voneinander unabhängig arbeitende Kühlsysteme: eines für das Antriebssystem (Elektromotor, Getriebe und Differential) und eines zur Kühlung der Lithium-Ionen-Batterien. Die drei Batterie-Tröge sind komplett versiegelt, so dass kein Elektrolyt in die Umwelt entweichen kann, so Ford.

Fahrzeugmanagementsystem für den e-Ka entwickelt
Ein eigens für den e-Ka entwickeltes Fahrzeugmanagementsystem (VSC, Vehicle System Controller) koordiniert Ladegerät, Batteriesteuerung und Elektromotor-Steuerung. Dieses Managementsystem stellt zum einen die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems sicher und gewährleistet zum anderen die einfache Handhabung des Fahrzeugs: Der e-Ka lässt sich – trotz seiner komplexen Technik – genauso einfach und sicher wie der Serien-Ka fahren, verspricht der Hersteller.

Elektrische Servolenkung
Um Handling-Vorteile vor allem im Stadtverkehr zu erzielen, spendierten die Ford-Techniker dem Auto eine elektrische Servolenkung (Electric Power Assist Steering, Epas). Das Epas hat Sensoren, die sowohl das Drehmoment als auch die jeweilige Stellung des Lenkrads erkennen. Diese Daten werden kontinuierlich an ein Elektronikmodul übermittelt, das daraus die Richtung und den Kraftaufwand für die erforderliche Lenkunterstützung berechnet und die entsprechenden Befehle an den Elektromotor weiter gibt.

Die Vorteile des Epas-Systems im Vergleich zu einer herkömmlichen Servolenkung (Hydraulik): hoher Lenkkomfort, kompakte Bauweise, geringes Gewicht und geringer Energieverbrauch. Beim Epas-System kann nach Angaben von Ford kein Hydrauliköl auslaufen.

Darüber hinaus verfügt der e-Ka über einen elektrohydraulischen Bremskraftverstärker und ABS.

Karosserie: Gewichtseinsparung durch Aluminium
Der e-Ka wartet mit mehreren Leichtbau-Elementen auf. Insgesamt konnte das Gewicht des e-Ka um 45 Kilogramm verringert werden – und zwar vor allem durch die Verwendung von Aluminium. Das Dach (Gewichtseinsparung: 5,5 Kilogramm) und die Motorhaube (5,3 Kilogramm) sind aus Hylite, einem Verbundwerkstoff, bei dem in Sandwichbauweise zwei Lagen Aluminium eine Schicht Thermoplast (Polypropylen) einschließen. Hylite ist – bei vergleichbarer Steifigkeit – um bis zu 65 Prozent leichter als Stahl oder Aluminium, so Ford.

Gewicht eingespart werden konnte darüber hinaus durch die Verwendung einer Aluminium-Hinterachse (12 Kilogramm Gewichtsersparnis). Auch als Werkstoff für die Felgen und Reifen (ebenfalls 12 Kilo Ersparnis) sowie für die innenbelüfteten Bremsen (10 Kilogramm Ersparnis) wählten die Entwickler Aluminium. Darüber hinaus ist der e-Ka mit Öko-Reifen ausgerüstet, d.h. mit Pneus, die sich durch einen besonders geringen Rollwiderstand auszeichnen.