Erkundung des Südens im 4x4 Electric Style: Eine Reise ins rein elektrische Abenteuer

Ein 38.000 km langes Pure Electric Adventure, das von den Niederlanden bis nach Südafrika fährt und ausschließlich mit Solarenergie betrieben wird.

Andreas Gutleben

Am 5. November 2022 begann ein außergewöhnliches Abenteuer, das das bemerkenswerte Potenzial des Fahrens mit einem Elektroauto über lange Strecken aufzeigte, selbst in Regionen, in denen die elektrische Infrastruktur noch nicht etabliert ist. Destination: Südafrika.

Renske Cox und Maarten van Pel sind ein inspirierendes niederländisches Paar aus Brabant im Süden der Niederlande. Renske ist ein Unternehmer mit Fachkenntnissen in Marketing und Kommunikation, die sich auf die Umwandlung von Unternehmen in nachhaltige und umweltfreundliche Betriebe spezialisiert hat. Maarten hingegen ist Ingenieur und ein echter Handwerker, der seiner Arbeit immer viel Kreativität verleiht. Gemeinsam haben sie mehr als 15 Berge mit über 4000 m Höhe bestiegen, und sind mit öffentlichen Verkehrsmitteln durch die Naturwunder von Neuseeland, Fidschi, Thailand, Costa Rica, Galapagos und Ecuador gereist - sie verkörpern Abenteuer- und Entdeckergeist. Gemeinsam gründeten sie die Nichtregierungsorganisation "4x4ELECTRIC", die diese Mission weiterführen wird.

Trotz der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen entscheiden sich viele für Langstreckenfahrten immer noch für Autos mit fossilen Brennstoffen. Maarten und Renske wollten der Welt jedoch zeigen, was möglich ist, wenn man mit einem Elektroauto lange Strecken zurücklegt, selbst unter extremen Bedingungen und durch Länder, in denen Elektroautos und Ladestationen noch nicht etabliert sind. Deshalb planten sie ein Abenteuer, bei dem sie mit einem vollelektrischen Skoda Enyaq von den Niederlanden nach Südafrika und wieder zurück fahren wollten. Unterwegs wollten sie nachhaltige Initiativen besuchen und die Geschichten von Einzelpersonen und Projekten erzählen, die Nachhaltigkeit auf verschiedene inspirierende Weise umgesetzt haben.

Der 2021 gebaute Skoda Enyaq verfügt über einen 50-Liter-Wassertank zum Trinken und Duschen, eine Induktionsanlage und ein integriertes Zelt, das auf dem Dach des Fahrzeugs befestigt ist. Um das Aufladen in abgelegenen Gebieten zu erleichtern, wurden 60 Solarzellen mit einer Fläche von je 1 m2 in einem Rahmen mit 6 Schubladen untergebracht. Diese Solarzellen haben eine Leistung von jeweils 180 Watt. Das Besondere an diesem Ladeverfahren ist die innovative Technik, bei der der Gleichstrom direkt umgewandelt wird, anstatt den traditionellen Gleichstrom-Gleichstrom-Prozess zu durchlaufen, wodurch die Notwendigkeit einer Batterie zwischen den Solarmodulen und dem Auto entfällt. Das Ergebnis: eine bemerkenswerte Reduzierung der Energieverluste um bis zu 20 % (Quelle: https://4x4electric.com/).

photo credit: 4x4 Electric

Als Pioniere auf dem Gebiet der Batterietests und -überwachung waren wir von AVILOO begeistert, Teil dieses außergewöhnlichen Abenteuers zu sein und erkannten die einzigartigen Lernmöglichkeiten, die sich daraus ergaben. In Zusammenarbeit mit 4x4ELECTRIC übernahmen wir die entscheidende Rolle des Ground Control für die HV-Batterie und überwachten sie rund um die Uhr bis auf die Zellebene. Unsere Aufgabe bestand darin, alle Probleme oder Herausforderungen im Zusammenhang mit der Hochspannungsbatterie, die während der Expedition auftreten könnten, sofort zu erkennen und zu lösen, insbesondere wenn wir durch extreme Umgebungen fuhren, in denen die Temperaturen zwischen -6 °C und 44 °C schwanken konnten.

Diese Expedition stellte uns natürlich vor Herausforderungen. Um 4x4ELECTRIC vollständig auszurüsten, stellten wir ihnen 3 AVILOO-Boxen und mehrere OBD-Kabel als Reserve zur Verfügung, falls eine Hardware beschädigt wird und nicht mehr funktioniert. Daten und Roaming stellten ebenfalls eine große Herausforderung dar. Glücklicherweise stellte uns Magenta ein spezielles Roaming-Paket zur Verfügung, mit dem die AVILOO-Box in fast allen Ländern Afrikas Daten übertragen konnte. Allerdings gab es immer noch Länder, in denen Roaming aufgrund zu hoher Kosten nicht möglich war. Deshalb haben wir die AVILOO-Boxen mit größeren SD-Karten als üblich ausgestattet, um in Ländern ohne Roaming große Datenmengen zu sammeln und zwischenzuspeichern. Die Daten werden dann bei der Einreise in ein Land mit Roaming-Möglichkeiten gesendet. Eine weitere Herausforderung für uns war der Erhalt von GPS-Daten. Leider haben wir nicht immer welche erhalten, obwohl wir verschiedene Positionen und Standorte im Auto ausprobiert haben.

Nichtsdestotrotz haben wir eine gute Menge an Daten erhalten, die 4x4ELECTRIC auch nutzen konnte, um batteriebezogene Inhalte zu veröffentlichen. In Zusammenarbeit mit Itility, ebenfalls ein Partner von 4x4ELECTRIC, konnten wir einige Parameter des von Itility entwickelten Dashboards auf der 4x4ELECTRIC website anzeigen.

Dashboard - Expedition route (photo credit: 4x4 Electric)

Dashboard - Temperature, battery level, altitude (photo credit: 4x4 Electric)

Dashboard - Charging on the move (photo credit: 4x4 Electric)

Wir konnten nicht nur einige der von uns gesammelten Daten auf dem Dashboard anzeigen, sondern fanden auch interessante Einblicke in den Ladezyklus, der durch die Solarladung entstand. Wie in Abbildung 7 zu sehen ist, entsprach die Krümmung der Leistung während des Solarladens dem Stand der Sonne.

Abbildung 7. Solar charging cycle in Morocco (Nov. 2022)

Die Grafik veranschaulicht den Ladezyklus, der im November 2022 in Marokko stattfand, und zeigt den Bereich zwischen minimaler und maximaler Zelltemperatur (orange), der Ladezustand oder SOC (grün) und die Leistung (lila). Die dunkleren Linien zeigen den Durchschnittswert der Signale an, und die schattierten Bereiche zeigen die Spanne zwischen dem minimalen und dem maximalen Wert der Signale an.

Der Ladezyklus begann um ca. 9:45 Uhr morgens, wobei der SOC zunächst bei 21 % lag. Mit zunehmender Sonneneinstrahlung stiegen sowohl die Ladeleistung als auch der SOC. Die Leistung erreichte zwischen 12:00 und 13:00 Uhr mit 8 kWh ihren Höhepunkt, was mit dem Sonnenstand zusammenfiel, und nahm mit dem Sonnenuntergang allmählich ab, so dass sich eine ausgeprägte Leistungskurve ergab. Der Ladezyklus endete um 17:00 Uhr mit einer SOC-Anzeige von 74 %.

Abbildung 8. Power and cell temperature before charging starts

Bei der Analyse dieses Diagramms wurden einige interessante Entdeckungen gemacht. Wie bereits erwähnt, begann der Ladezyklus um ca. 9:45 Uhr morgens, wobei der SOC bei 21 % lag und die Zelltemperatur zwischen 14,5 °C und 16 °C schwankte. Kurz vor Beginn des Ladezyklus blieb die Leistung konstant niedrig bei etwa 600 W, obwohl die Sonne zu diesem Zeitpunkt mehr Leistung hätte liefern müssen. Gleichzeitig stieg jedoch die Zelltemperatur stark an. Dies war auf das Vorheizen der Zellen zurückzuführen. Das Auto erkannte ein Schnellladegerät (Gleichstromladung) und versuchte, die Zellentemperatur schnell auf die idealen 20 °C zu erhöhen. Daher wurde fast die gesamte Leistung des Photovoltaiksystems zum Aufheizen der Batterie verwendet. Nach Erreichen einer Batterietemperatur von 21,6 °C wurde die gesamte Photovoltaikleistung zum Laden verwendet, was zu einem Sprung von etwa 600 W auf rund 4,2 kW führte.

Bei der Analyse anderer Solarladezyklen wurde deutlich, dass während der Aufwärmphase der Batterie vor dem Laden Energie und Leistung verloren gingen. Die verlorene Energie lag zwischen 1 und 2 kWh. Beispiele aus der Expedition sind:

• Die Erwärmung der Zellentemperatur von ca. 18°C auf 20°C vor dem Laden erforderte 0,87 kWh.
• Die Erwärmung der Zellentemperatur von ca. 15°C auf 20°C vor dem Laden erforderte 1,5 kWh.

Die Batterie kühlte auch mehrmals während des Solarladezyklus ab, insbesondere bei hohen Außentemperaturen, wie in Abbildung 9 dargestellt. In diesem Fall beobachteten wir, dass die Batterie während einer Solarladeperiode viermal abgekühlt wurde.

Abbildung 9. Solar charging cycle in high outside temperatures in Sierra Leone (Jan. 2023)

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die Energieverluste zwar um 20 % verringern, wenn die Batterie direkt mit Gleichstrom aufgeladen wird, anstatt einen Gleichstrom-Wechselstrom-Gleichstrom-Prozess zu durchlaufen (Quelle: https://4x4electric.com/), dass jedoch zusätzliche Verluste von etwa 5 % zu berücksichtigen sind, die auf die Erwärmung und Kühlung während des Prozesses zurückzuführen sind.

Diese Herausforderungen bei der Solarladung der Batterie durch direkte Umwandlung in Gleichstrom konnten nur durch eine genaue Analyse der batteriebezogenen Daten ermittelt werden, die möglicherweise nicht so offensichtlich sind wie andere Herausforderungen bei der Solarladung. Diese Analyse schmälert jedoch in keiner Weise die kreative und innovative Technologie, die für die Expedition entwickelt wurde. Tatsächlich ist ein Energieverlust von etwa 5 % wohl besser als 20 %.

Da AVILOO auf die Diagnose von Elektroauto-Batterien spezialisiert ist, wurden zwei AVILOO PREMIUM Tests in der Anfangs- und Endphase der Expedition durchgeführt. Die Zertifikate sind in den Abbildungen 10 und 11 zu sehen.

Abbildung 10. AVILOO Battery Certificate. 03.12.2022 and AVILOO Battery Certificate. 25.07.2023

Der erste PREMIUM Test zeigte, dass die Batterie des Skoda Enyaq am 3. Dezember bei einer Laufleistung von 25.452 km einen SOH-Wert von 98 % aufwies. Dieser Wert sank bei der Ankunft in Südafrika auf 96 %, nachdem er nach dem ersten Test 20.894 km zurückgelegt hatte. Glücklicherweise ist dies kein dramatischer Rückgang, wenn man bedenkt, welchen Herausforderungen die Batterie während der Expedition ausgesetzt war.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Expedition trotz der erheblichen Herausforderungen auf dem Weg ein Erfolg war. Maarten und Renske haben Südafrika erreicht und sind jetzt wieder in den Niederlanden. Zusammen mit allen beteiligten Teams haben sie gezeigt, welche Möglichkeiten die heutigen Elektrofahrzeuge und -technologien bieten, die diese Expedition möglich gemacht haben. Wir von AVILOO freuen uns, Teil dieses Projekts gewesen zu sein und auf dem Weg dorthin Neues gelernt zu haben.

Herzlichen Glückwunsch an Maarten und Renske!

Das #magentabusiness-Team stellt uns eine SIM-Karte mit Konnektivität für dieses anspruchsvolle Projekt zur Verfügung. Vielen Dank an Magenta für die Unterstützung!