Peugeot-Konzeptstudie Quark auf Mondial de l´Automobile 2004

Die Forschung im Bereich der Brennstoffzelle geht unablässig weiter. Nach dem Peugeot Brennstoffzellen-Taxi und dem Peugeot H₂O wird nun ein neuer Weg erforscht, der zur MINIaturisierung und Vereinfachung dieser Technologie führt, ohne die Reichweite zu beeinträchtigen. Zur Veranschaulichung der Entwicklung hat Peugeot als Technologieträger eine völlig neuartige Konzeptstudie namens Quark gebaut.

Quark ist ein vierrädriger Zweisitzer, dessen Antrieb zum Design beiträgt und bei dem jedes einzelne Teil stilistisch bearbeitet wurde, um seine Funktion zu unterstreichen.

Das gilt auch für alle Elemente, die mit dem Fahrer oder Beifahrer in Berührung stehen, wie z.B. die Haltegriffe für den Sozius, die Trittbretter oder die Karosserie, mit der der Fahrer sozusagen verschmilzt. Auch das Fahrwerk des Quark ist in beispielhafter Zusammenarbeit zwischen Designern und Ingenieuren, zwischen Ästhetik und Technik, entstanden.

Auch wenn die Karosserie nur wenig Raum einnimmt, so ordnet sie das Fahrzeug doch eindeutig der Marke Peugeot zu. Beispielsweise durch das Design der Leuchtdioden-Doppelscheinwerfer, die Front mit dem Marken-Löwen, oder auch den kraftvollen, aber freundlichen Kühlergrill. Alles trägt zum ebenso futuristischen wie realistischen Gesamteindruck bei.

Wie beim 307 CC sind auch die Heckleuchten mit Leuchtdioden ausgestattet. Der Windschutz ähnelt einer Frontscheibe zum Schutz von Fahrer und Sozius, die im übrigen über eine Reihe von Staufächern verfügen können.

Vorn und hinten ist das Nummernschild auf einem stoßfängerähnlichen Element befestigt. Der hinten liegende Wasserstofftank ist als Symbol des verwendeten Treibstoffs rot lackiert.

Je ein Elektromotor treibt die vier Räder an, die über je zwei übereinander angeordnete Dreieckslenker an das Chassis angebunden sind. Diese 17" großen Räder spreizen sich wie Spinnenbeine nach außen und ermöglichen einen großen Federweg. Sie laufen auf Michelin-Reifen mit einem neuen, schuppenartigen Profil, das viel Wasser ableiten kann.

Quark setzt auf edle Materialien wie AluMINIum und Carbon. Die Sitzbank ist mit einem rutschfesten Bezug bespannt, um Fahrer und Sozius guten Halt zu bieten.

Für den Einsatz des Quark erhält der Fahrer ein den "Zündschlüssel" ersetzendes, abnehmbares Kommunikationsinterface mit integriertem Kombiinstrument im PDA-Format. Wenn es in seine Halterung eingesetzt ist, informiert es über den Betrieb des Antriebsstrangs und der Brennstoffzelle, es zeigt die Fahrgeschwindigkeit, Navigationshinweise und vieles andere mehr an. Es ist durch eine dicht abschließende, transparente Abdeckung geschützt und ermöglicht den Fahrzeugstart, sobald es in seine Halterung eingesetzt ist. Wird es dagegen aus der Halterung genommen, so sperrt es das Fahrzeug so wie ein Zündschlüssel, den man abzieht und mitnimmt.

Als Symbol für die Freiheit auf Rädern ist die absolut emissionsfreie Konzeptstudie Quark ein futuristisches Spaßmobil, das sich durch seine hochtechnologische Substanz zugleich hohe Glaubwürdigkeit verschafft.

Die Technik der Konzeptstudie QUARK 

1. Arbeitsweise der Brennstoffzelle und Strategie von PSA Peugeot Citroën

Die Brennstoffzelle hat viele Vorzüge. Ihre Technologie ermöglicht die Reduzierung der CO₂-Emissionen und trägt damit zur Beherrschung des Treibhauseffekts bei. Da Brennstoffzellen-Fahrzeuge zudem sehr leise sind und der lokale Schadstoffausstoß bei null liegt, trägt die Brennstoffzelle zur Verbesserung der Lebensqualität im urbanen Umfeld bei.

Wie funktioniert die Brennstoffzelle?

Für den Betrieb einer Brennstoffzelle werden Wasserstoff und Sauerstoff benötigt. Der Sauerstoff wird aus der Luft gewonnen, während der Wasserstoff als Gas, Flüssigkeit oder chemische Verbindung an Bord des Fahrzeugs mitgeführt wird.

Wenn Wasserstoff mit Sauerstoff in Kontakt kommt, findet eine elektrochemische Reaktion statt, bei der durch Elektronenübergang gleichzeitig Wasser, Wärme und vor allem elektrischer Strom erzeugt werden.

In der Zukunft könnten die Brennstoffzelle und Wasserstoff zu einem alternativen Energieträger mit hohem Potential avancieren. PSA Peugeot Citroën hat deshalb die Erforschung pragmatischer Lösungsansätze begonnen und in den vergangenen Jahren bereits mehrere spezielle Technikstudien präsentiert, so das Peugeot Brennstoffzellen-Taxi und den Peugeot H₂O.

Beide Fahrzeuge laufen im sog. "Range-Extender"-Betrieb, d.h. als "Elektrofahrzeug mit erhöhter Reichweite". Die aus dem Wasserstoff gewonnene Energie ergänzt dabei die elektrische Energie der Batterien.

Das Peugeot Brennstoffzellen-Taxi ist eine Art "Londoner Taxi des 21. Jahrhunderts". Bei dieser Technikstudie wird der Wasserstoff als Druckgas (300 bar) in einem Einschubtank mitgeführt. Damit kann schnell aufgetankt werden (ein leerer Einschubtank wird durch einen vollen ersetzt), was dem angestrebten Einsatzbereich - Flottenfahrzeuge im Stadtverkehr - entgegenkommt.

Der Peugeot H₂O - bei dessen Verwirklichung sich der Traum des kleinen Jungen mit dem des Ingenieurs vermischt hat - ist ein Feuerwehrfahrzeug für den Einsatz im urbanen Umfeld. Er soll die Transportproblematik des unter Druck stehenden Wasserstoffs lösen, indem der Wasserstoff in situ und damit bedarfsgerecht aus einer wässrigen Natrium-Borhydridlösung produziert wird.

2. Konzeptstudie "Quark": Fortführung des pragmatischen Ansatzes des Unternehmens auf der Basis eines innovativen Antriebs

"Quark", die heute von PSA Peugeot Citroën vorgestellte neue Technikstudie mit Brennstoffzellentechnik für den Einsatz in der Stadt und im stadtnahen Bereich, steht in einer Linie mit ihren Vorgängern Peugeot Brennstoffzellen-Taxi und Peugeot H₂O.

In der Tat kann die Brennstoffzelle ihre Hauptvorteile - Laufruhe und lokale Schadstofffreiheit - am besten in der Stadt ausspielen.

Beim Einsatz in einem solchen Umfeld, der u.a. durch häufige Bremsvorgänge gekennzeichnet ist, kann der Elektro-Antriebsmotor zum Bremsen und damit im Schubbetrieb zur kostenlosen Energierückgewinnung genutzt werden. Damit wiederum lässt sich der Gesamtenergieverbrauch des Fahrzeugs senken. "Quark" veranschaulicht damit perfekt den pragmatischen Ansatz des Unternehmens, das den bestgeeigneten Antrieb für den jeweiligen Einsatzzweck anstrebt.

In Weiterführung seiner Vorgänger beruht auch "Quark" auf dem Prinzip des "Range Extender". Die Brennstoffzelle ergänzt folglich die von den 40 Zellen einer Nickel-Metallhydrid-Batterie gelieferte elektrische Energie. Bei einer Einzelspannung von je 7,2 Volt erreicht die Batterie eine Gesamtnennspannung von 288 Volt.

Parallel dazu bietet PSA Peugeot Citroën neue Lösungen, um die Integration der Brennstoffzelle in das Fahrzeug einfacher und platzsparender zu gestalten. Zunächst einmal ist die Brennstoffzelle des "Quark" nicht mehr wasser-, sondern luftgekühlt. Das erspart die Montage eines platzraubenden Kühlwasserkreises und schafft somit Raum für andere Ausstattungen oder den Einsatz eines kleineren Antriebs.

Durch den Wegfall des Kühlwassersystems wird zugleich eine weitere Hauptproblematik der Brennstoffzelle gelöst: die Unverträglichkeit zwischen reinem Wasser und Minustemperaturen. Gefrierendes Wasser würde die Brennstoffzelle irreparabel beschädigen, und es gibt bis heute kein Frostschutzmittel, das mit einer Brennstoffzelle verträglich wäre.

Dank Luftkühlung kann "Quark" unabhängig von den klimatischen Bedingungen problemlos im Freien geparkt werden, was dem Einsatz eines solchen Fahrzeugs entgegenkommt.

"Quark" verfügt über eine 9 Liter große Wasserstoffflasche, die mit 700 bar druckbeaufschlagt ist. Verglichen mit einer Flasche unter 350 bar Druck lässt sich so wesentlich mehr Wasserstoff mitführen und damit die Reichweite des Fahrzeugs auf rund 100 km (bis 130 km im Eco-Betrieb) erhöhen.

Wie das Brennstoffzellen-Taxi bietet "Quark" ein einfaches und schnelles Tanksystem. Beim "Plug-and-Drive"-System wird einfach die leere Wasserstoffflasche gegen eine volle ausgetauscht.

"Quark" zeigt sich auch beim Motor innovativ. Die von den Batterien und von der Brennstoffzelle gelieferte elektrische Energie wird nämlich nicht an einen zentralen Motor, sondern an vier radintegrierte Elektromotoren übertragen.

Jeder dieser Motoren gibt ein maximales Drehmoment von 100 Nm, eine Dauerleistung von 2,5 kW und eine Maximalleistung von 7 kW ab. Mit seinen vier Motoren verfügt "Quark" demnach über ein Höchstdrehmoment von 400 Nm, eine Nennleistung von 10 kW und eine Höchstleistung von 28 kW.

Für die Motoren kommt die sogenannte Dauermagnet-Technologie zum Tragen. Der von den Batterien gelieferte Strom wird über einen Wandler aufbereitet, der die Wicklungen des Stators versorgt und ein magnetisches Drehfeld erzeugt. Dieses Drehfeld treibt die Dauermagneten am Rotor an, der direkt mit der Radnabe verbunden ist. Damit folgt das sich drehende Rad dem Magnetfelds des Motors. Mit dieser Technologie lassen sich Größe und Gewicht der Motoren sowie ihr energetischer Wirkungsgrad günstig beeinflussen. Das Motorgehäuse (Stator) dient zugleich als Achsschenkel.

Durch die vier Radnaben-Motoren verfügt das Fahrzeug über einen permanenten Allradantrieb. Die Motoren werden über ein Elektronikmodul voneinander unabhängig gesteuert, um ein dem jeweiligen Fahrerwunsch entsprechendes Drehmoment zu liefern (stromgesteuert). Dieses mit den vier Motoren verbundene Modul übernimmt die Funktion der Differenziale bei konventionellen Fahrzeugen. Das System ermöglicht nicht nur die Rückgewinnung der beim Bremsen frei werdenden Energie, sondern ist auch offen für andere fortschrittliche Funktionen (in der Technikstudie nicht berücksichtigt) wie ABS, ESP oder Kurvenassistent (bei Schrittgeschwindigkeit) zur Verringerung des Wendekreises durch kontrollierten Radschlupf.

Die Bremsanlage verbindet die elektrische Rekuperationsbremse mit einer hydraulisch unterstützten mechanischen Scheibenbremse. Die Bremselektronik steuert beide Bremsarten so, dass zunächst die elektrische Bremse (für eine Verzögerung bis ca. 0,3g) arbeitet, bevor die hydraulische Bremse aktiviert wird. Das kommt ebenfalls der Energiebilanz zugute.

3. Technische Daten

Abmessungen

• Länge über alles 2,380 m
• Breite über alles 1,500 m
• Höhe 1,106 m
• Radstand 1,730 m
• Spur vorne/hinten 1,150 m

Gewichte

• Leergewicht 425 kg
• Nutzlast 140 kg

Motorisierung

• Lieferant TM4
• 1 Motor pro Rad
• max. Drehmoment 4 x 100 Nm
• Nennleistung 4 x 2,5 kW
• theoretische max. Leistung 4 x 7 kW
• Rekuperationsbremse 3 m/s²

Leistungsbatterie

• Typ NiMH
• Zellenanzahl 40
• Einzelspannung 7,2 V
• Kapazität 6,5 AhGesamtnennspannung 288 V
• Gesamtnennenergie 1,88 kWh

Brennstoffzelle

• Lieferant MES-DEA
• Kühlung Luft
• Nennleistung 1,5 kW

Wasserstoffspeicher

• 1 "Plug&Drive"-Flasche 9 l
• Druck 700 bar
• mitgeführte H₂-Menge 360 g

Fahrwerk

• AluMINIumguss-Struktur
• Aufhängung vorn und hinten an Doppelquerlenkern
• elektrische Bremse bis 0,3g
• darüber hinaus hydraulisch unterstützte Scheibenbremse
• Lenkung über Lenker mit integrierten Bedienelementen

Reifen

• MICHELIN 235/45R17

Abnehmbares Kommunikationsinterface oder Mensch-Maschine-Interface:

Zusammenfassung folgender Funktionen in einem PDA:

• Anlasser/Diebstahlsicherung
• Tacho/Instrumente
• Navigation
• Bluetooth-Telefon
• MP3-Gerät
• elektronischer Terminplaner

Fahrleistungen

• Höchstgeschwindigkeit 110 km/h
• 0-50 km/h 6,5 s
• Reichweite ca. 100 km (bis 130 km im Eco-Modus)