Efficient City Cars

Learn more

Urban Electric Vehicle

A feasible vision for ultra-efficient solar-powered urban vehicles

Concept study

Why do we move (billions of times!) more than 2,000 kg worldwide just to transport one or two people?

A vehicle concept for highly efficient vehicles designed to ‘consume’ 1.5–2 kWh per 100 km (largely solar-powered).

Practical, achievable visions of future urban mobility. I would recommend aiming for L7e classification during development, as this significantly reduces development time. To still give customers a sense of safety, I would recommend constructing the passenger compartment using materials that are as strong and lightweight as possible, with a manufacturing process designed for mass production (safety standards tending towards Formula 1 monocoque).

Mit einer Masse von 400 kg und einem cw-Wert von 0,15 benötigt das Konzeptfahrzeug bei 50 km/h eine Leistung von rund 591 W, was zu einem effizienten Energieverbrauch von ca. 1,18 kWh/100 km führt. Dies führt (ohne Solaranteil) zu einer rechnerischen Reichweite von 677 km. Das Ziel Reichweite von 500 km sollte also in der Praxis erreicht werden können. Während die geringe Masse Vorteile beim Bremsweg bietet, erfordert die passive Sicherheit im Mischverkehr mit schweren Fahrzeugen einen hochfesten Überrollkäfig zum Ausgleich des Massenverhältnisses.

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Grundidee des Fahrzeugkonzeptes

3. Analyse heutiger Fahrzeuge

4. Physikalische Grundlagen

5. Orientierung an Velomobilen

6. Fahrzeugkonzept im Detail

7. Energie- und Reichweitenabschätzungen

8. Biomimetische Optimierungsansätze

9. Untersuchung zusätzlicher Luftströmungsenergie

10. Gesellschaftliche Auswirkungen

11. Grenzen und Herausforderungen

12. Zukunftsperspektive

13. Energiebilanz

14. Sicherheit

15. Schlusswort

• • •

Einleitung


Die heutige Individualmobilität ist durch hohe Fahrzeugmassen, steigenden Ressourcenverbrauch und einen wachsenden Energiebedarf geprägt. Gleichzeitig werden die meisten Fahrzeuge im Alltag überwiegend von nur einer Person genutzt. Diese Konzeptstudie untersucht die Frage, wie ein konsequent auf Effizienz optimiertes Stadtfahrzeug aussehen könnte. Durch zweisitzigen Leichtbau, optimierte Aerodynamik und Solarladung könnte der Energiebedarf drastisch reduziert werden.

Stell dir vor, wie sich hier Bilder und Skizzen zu einer gemeinsamen Zukunftsvision verbinden – kritisch, suchend, unbequem. Dieser Raum lädt dazu ein, mitzudenken, zu widersprechen und eigene Perspektiven einzubringen – um neue gesellschaftliche Bilder zu entwerfen.

Grundidee des Fahrzeugkonzeptes

Vorgeschlagen wird ein Tandem-Leichtfahrzeug für ein bis zwei Personen. Ziel ist nicht maximale Leistung, sondern maximale Effizienz pro transportierter Person.

Der Renault Twizy folgt grundsätzlich diesem Weg als Beispiel.

… und könnte mit Solarzellen bestückt mit Kofferraum etwa so aussehen:

oder so quasi als Mini-Kombi:

Kurzbeschreibung des Konzeptes

Skizziert wird ein ultraleichtes, solarbetriebenes mehrspuriges Tandem-Leichtfahrzeug mit zwei hintereinander angeordneten Sitzplätzen.

  • Zielgewicht: ca. 400 kg
  • Vier möglichst schmale Räder mit geringem Rollwiderstand
  • 80 km/h Limit für Stadtverkehr, Freischaltung auf 100 km/h möglich
  • Da das Einsatzgebiet dieser Fahrzeuge vorzugsweise der Stadtbereich sein soll, ist für Berechnungen der Reichweite im Stadtverkehr eine Durchschnittsgeschwindigkeit von etwa 30 km/h zugrunde zu legen, wodurch all zu perfekte Ärodynamik an Gewichtigkeit verliert und das Fahrzeug eher praktisch nutzbar gestaltbar wird.
  • Es kann ein für die Stadt vernünftiger Kofferraum eingeplant werden durch zb Verlängerung eines Kleinstfahrzeugs um etwa 30 – 50 cm.
  • Natrium-Ionen-Akku mit etwa 8 kWh Kapazität
    • Angestrebte Reichweite: ca. 500 km bei Nachtfahrt
    • Bis etwa 700 km Reichweite an guten Sonnentagen durch zusätzliche Solarladung.
    • Die Wahl sollte vorzugsweise auf einen anderen Batterietyp als Lithium-Ionen fallen, da Li-Ionen durch Selbstentzündbarkeit und anschließend kaum löschbaren Brand äußerst gefährlich ist und eher seltene Elemente zum Einsatz kommen. Vorgeschlagen wird daher eine Natrium-Ionen Batterie
  • Ca. 3 m² integrierte Solarfläche
  • Energieversorgung:
    • 230-V-Haushaltssteckdose in unter 4 Stunden
    • Schnellladung deutlich unter 1 Stunde angestrebt. Am besten wäre auf eine mitzuschleppende Schnellladeeinrichting zu verzichten und stattdessen die Batterie von außen leicht zugänglich, am Fahrzeugboden (diebstahlsicher) mit Schnellverschluss montiert und leicht austauschbar zu gestalten was einen “Tankstop” auf einen einfachen Austausch gegen eine geladene Batterie reduzieren würde.
    • Wenn Fahrzeugbatterien normiert würden, würde das nicht nur das “Schnellbetanken” vom Fahrzeughersteller unabhängig zur einfachen Routine machen, sondern es auch ermöglichen, dass das Potential an zu ladenden Batterien in Ladestationen auch als Pufferspeicher für das Stromnetz dienen könnte.
    • Zusätzliche Untersuchung der Nutzung externer Luftströmungsenergie. Luftströmungsenergie am Fahrzeug selbst zu nutzen, wäre zwar denkbar aber eher wenig effizient. Sehr effizient wäre jedoch bei im vorigen Punkt angesprochenen Ladestationen auch auf Windenergie zum Laden der Akku Batterien zurück zu greifen. Dies neben zu nutzender Solarenergie zum Aufladen in Ladestationen.
    • Langfristiges Ziel: weitgehende energetische Autonomie
  • Orientierung an der Effizienz moderner Velomobile

Analyse heutiger Fahrzeuge

Moderne Fahrzeuge sind sicher, komfortabel und leistungsfähig. Gleichzeitig steigen Gewicht, Ressourcenbedarf und Energieverbrauch. Das Konzept untersucht Alternativen für den urbanen Verkehr.

Vergleich heutiger Fahrzeuge
Fahrzeug Gewicht Verbrauch
SUV 2000 kg 18–25 kWh/100 km
Elektroauto 1800 kg 14–18 kWh/100 km
Velomobil 30–80 kg < 0,7 kWh/100 km
Efficient City Car 400 kg Ziel: < 2 kWh/100 km

Der unerbittliche SUV-Boom konterkariert weltweit die Klimaschutzbemühungen, da die schweren Fahrzeuge den CO2-Ausstoß und den Ressourcenverbrauch massiv in die Höhe treiben. Selbst mit elektrischem Antrieb benötigen diese überdimensionierten Autos unverhältnismäßig viel Energie, weshalb Umweltverbände und Städte zunehmend regulierende Maßnahmen fordern.

Physikalische Grundlagen

Luftwiderstand, Rollwiderstand, Masse und Geschwindigkeit bestimmen den Energiebedarf. Die Reduktion dieser Größen steht im Mittelpunkt des Konzepts.

Orientierung an Velomobilen

Velomobile zeigen, dass hohe Geschwindigkeiten bereits mit geringer Leistung möglich sind. Ihre Aerodynamik dient als wichtige Inspirationsquelle.

Es kann mit nur 100–200 W Muskelkraft relativ schnell (50 km / h ohne große Anstrengung) bewegt werden.
Durchschwindigkeiten um 30–40 km/h.
Ein Velomobil zeigt was gute Aerodynamik bewirken kann.

Fahrzeugkonzept im Detail

Zielgewicht etwa 400 kg, vier schmale Räder, Tandemsitze, Natrium-Ionen-Akku mit etwa 8 kWh, 3 m² Solarfläche und 80 km/h Reisegeschwindigkeit (Überland).

Eckdaten siehe Kurzbeschreibung

Energie- und Reichweitenabschätzungen

Angestrebt werden etwa 500 km Reichweite bei Nachtfahrt und bis zu 700 km an guten Sonnentagen durch zusätzliche Solarladung.

Im Stadtbetrieb ist überwiegend der Rollwiderstand für die aufzubringende Fahrenergie maßgeblich. Die Reifenwahl ist deshalb sehr wichtig.

Bei den Autoreifen war der Conti.eContact einer der ersten Pionier-Reifen von Continental, der gezielt für die schwereren Batteriefahrzeuge mit sofort anliegendem Drehmoment entwickelt wurde. [1, 2]

  • Minimierter Rollwiderstand: Durch spezielle Gummimischungen (wie Green Chilli) wurde der Energieverlust reduziert, um die Reichweite pro Batterieladung spürbar zu erhöhen. Etwa 30 % Steigerung ist durch die Wahl solcher Reifen zu erzielen.
  • Geräuschoptimierung: Da E-Autos keinen Verbrennungsmotor besitzen, sind Abrollgeräusche im Innenraum lauter hörbar. Der Reifen ist so konstruiert, dass er minimale Frequenzvibrationen erzeugt.
  • Aerodynamik: Das Profildesign und die Flanken (teils mit Golfballstruktur bei neueren Verwandten wie dem EcoContact 7) sind windschlüpfig gestaltet. [1, 2]
  • Hinweis zur Modellpflege: In vielen modernen Dimensionen für Pkw wurde diese reine Ur-E-Linie durch modernere, “EV-ready” optimierte Allround-Modelle wie die PremiumContact– oder EcoContact-Serien ersetzt, die standardmäßig auf die Anforderungen von Stromern angepasst sind.

Biomimetische Optimierungsansätze

Zusätzlich zur Fahrzeugform könnten zukünftig biomimetische Oberflächenstrukturen untersucht werden..

Untersuchung zusätzlicher Luftströmungsenergie

Die Nutzung externer Luftströmungen wird als Forschungsfrage betrachtet und nicht als gesicherte Annahme.

„Dieser Abschnitt beschreibt eine offene Forschungsfrage. Es wird nicht behauptet, dass zusätzliche Energie ohne entsprechende Gegenleistung gewonnen werden kann.“

Gesellschaftliche Auswirkungen

Mögliche Vorteile sind geringerer Energiebedarf, bessere Luftqualität, viel günstigere Fahrzeuge und geringerer Ressourcenverbrauch.

Die Einführung hoch effizienter Leichtfahrzeuge könnte weitreichende Auswirkungen auf Städte, Energieversorgung und Ressourcenverbrauch haben. Während heutige Pkw häufig bis zu mehr als zwei Tonnen Masse bewegen, um im Durchschnitt lediglich eine Person zu transportieren, würde das vorgeschlagene Fahrzeugkonzept den Material- und Energieeinsatz drastisch reduzieren.


Ein wesentlicher Vorteil läge in der Verringerung des Energieverbrauchs des Verkehrssektors. Würde ein großer Teil der innerstädtischen Fahrten mit Fahrzeugen durchgeführt, die lediglich 1,5 bis 2 kWh pro 100 km benötigen, könnte der Strombedarf für Mobilität um ein Vielfaches sinken. Dadurch würden sowohl die Anforderungen an Ladeinfrastruktur als auch an den Ausbau der Stromnetze deutlich reduziert.
Auch die Rohstoffnachfrage könnte erheblich sinken. Kleinere Fahrzeuge benötigen weniger Stahl, Aluminium, Kunststoffe und Batteriematerialien. Gleichzeitig könnten Natrium-Ionen-Batterien dazu beitragen, die Abhängigkeit von begrenzt verfügbaren Rohstoffen wie Lithium oder Kobalt zu verringern.


Darüber hinaus könnten leichtere Fahrzeuge den Flächenverbrauch des Verkehrs reduzieren. Schmalere Fahrzeuge benötigen weniger Platz im fließenden Verkehr und beim Parken. Städte könnten dadurch wertvolle Flächen zurückgewinnen, die heute überwiegend für große Fahrzeuge reserviert sind.


Nicht zuletzt könnten niedrigere Anschaffungs- und Betriebskosten die individuelle Mobilität für breitere Bevölkerungsschichten erschwinglicher machen. Ein Fahrzeug, das einen Bruchteil der Energie eines heutigen Elektroautos benötigt, würde langfristig deutlich geringere Gesamtkosten verursachen.

Grenzen und Herausforderungen

Seitenwindstabilität, Sicherheit, Kosten, Wetterabhängigkeit und Zulassung sind wichtige Fragestellungen.

Zukunftsperspektive für die Stadtplanung

Die Studie versteht sich als Anregung für Forschung, Industrie und Öffentlichkeit.

Flächenrückgewinnung statt Parkplatznot

Die weitreichende Etablierung von Efficient City Cars (ECCs) eröffnet der modernen Stadtplanung völlig neue Gestaltungsspielräume. Das Konzept bricht radikal mit dem Paradigma der autogerechten Stadt des 20. Jahrhunderts und ebnet den Weg für die menschengerechte, lebenswerte Stadt der Zukunft.

Ein herkömmlicher Pkw blockiert im Schnitt rund 12 m² kostbare urbane Fläche – meist für mehr als 23 Stunden am Tag. Durch die extrem kompakten Abmessungen des ECC-Konzepts lässt sich der Flächenbedarf für parkende Fahrzeuge um bis zu 70 Prozent reduzieren. Wo heute Blechlawinen die Straßenränder verstopfen, entstehen morgen:

  • Breitere, sichere Rad- und Fußwege
  • Grüne Korridore und Alleen zur Kühlung des Stadtklimas (Schwammstadt-Prinzip)
  • Urbane Begegnungszonen und Außengastronomie

Entlastung der Ladeinfrastruktur

Ein zentrales Nadelöhr der urbanen Mobilitätswende ist der massive Ausbau von Ladesäulen, der die städtischen Stromnetze und Gehwege stark belastet. Das ECC entkoppelt sich durch seine extrem hohe Effizienz weitgehend von diesem Zwang:

  • Durch die Kombination aus Minimalverbrauch und Solarstrom reicht im urbanen Kurzstreckenbetrieb oft die reine Sonnenenergie aus.
  • Der verbleibende Energiebedarf kann flexibel über Standard-Steckdosen gedeckt werden, ohne dass teure Schnelllade-Netze die Straßen blockieren.

Neue urbane Dynamik

Das geringe Gewicht und die schmale Spurführung ermöglichen es, bestehende Verkehrsflächen intelligenter zu nutzen. Eine normale Pkw-Fahrspur bietet ausreichend Platz für den fließenden ECC-Verkehr, was Staus minimiert und den Verkehrsfluss in Megacitys drastisch harmonisiert. Das ECC ist damit der Schlüssel, um individuelle Mobilität mit den ökologischen und räumlichen Anforderungen der “15-Minuten-Stadt” zu versöhnen.

Energiebilanz

  • Größe Wert
  • Gewicht 400 kg
  • cw·A 0,18–0,25 m²
  • Rollwiderstand 0,004–0,006
  • Reisegeschw. 80 km/h
  • Leistungsbedarf
  • Verbrauch 1,6 kWh/100 km

Sicherheit durch Reduktion von Masse

  • kürzere Bremswege
  • geringere Bewegungsenergie
  • moderne Crashzonen
  • aktive Assistenzsysteme
  • niedrigere Geschwindigkeiten im Stadtverkehr

Schlusswort

Das Konzept soll eine Diskussion über effizientere Individualmobilität anstoßen.

Hinweis zum Entwicklungsstand

Dieses Dokument stellt einen ersten Arbeitsentwurf dar. Zahlreiche technische Annahmen, Berechnungen und Konstruktionsdetails sollen in zukünftigen Versionen ergänzt, überprüft und verfeinert werden.