Immerhin drei der 500 Kongressteilnehmer sind per Elektroauto zum „16. Fachkongress Fortschritte in der Automobil-Elektronik“ nach Ludwigsburg gekommen. Zu diesem Ergebnis kam Prof. Dr. rer. pol. Stefan Bratzel, Leiter FHDW Center of Automotive an der FHDW Fachhochschule der Wirtschaft, nachdem er die Handzeichen zu seiner entsprechenden Frage am Beginn seines Vortrags gezählt hatte, den er unter dem Titel „Das Auto der Zukunft fährt elektrisch!? Status und Trends in der globalisierten Automobilindustrie“ stellte.

Bild 1: Die Innovationsentwicklung des Hybridantriebs.

Bild 1: Die Innovationsentwicklung des Hybridantriebs.www.auto-institut.de/Bratzel

„Unsere historischen empirischen Erfahrungen bestimmen unser Weltbild und das Bild der Zukunft“, meint Dr. Bratzel. Die lineare Fortschreibung reiche aber nicht, wenn sich sehr viel ändert. Wenn man über das Auto der Zukunft in Form von Elektromobilität reden wolle, sei daher ein Blick über das Systemumfeld hinaus nötig. „Die Gesellschaft muss den Systemwechsel, die Evolution zulassen.“ Zu einer Evolution komme es laut Darwin aber erst, wenn sich die Umwelt- und Lebensbedingungen einer Population stark verändern. „Ich denke, dass wir genau das in der Mobilität derzeit sehen: Wir haben neue Weltmarktstrukturen und immer mehr verschiedene Kundenanforderungen, also eine Hybridisierung der Kundenanforderungen“. Es werde kein „Survival of the Fattest“ geben, sondern angepasste Lösungen je nach Zielgruppe. Vor diesem Hintergrund stellte Bratzel daher vier Thesen auf.

Prof. Dr. rer. pol. Stefan Bratzel: „Der Verbrennungsmotor ist ein Auslaufmodell, wir wissen aber noch nicht genau wann.“

Prof. Dr. rer. pol. Stefan Bratzel: „Der Verbrennungsmotor ist ein Auslaufmodell, wir wissen aber noch nicht genau wann.“Fotografie Natalie Balleis

Das Auto der Zukunft fährt elektrisch

Seine erste These lautet: „Das Auto der Zukunft fährt elektrisch. Mega-Trends wie Energieeffizienz, Klima- und Umweltschutz sowie Urbanisierung begünstigen den Trend zum Elektroauto.“ Er konstatiert: „Der Verbrennungsmotor ist ein Auslaufmodell, wir wissen aber noch nicht genau wann.“

Dr. Bratzels zweite These lautet: „Das Auto der Zukunft fährt zwar immer mehr (auch) elektrisch. Die Übergangszeit wird gekennzeichnet sein von einem langen Kampf der Antriebstechnologien.“ Um die wahren Trends der Automobilbranche frühzeitig aufzuspüren, betreiben Bratzel und sein Team seit acht Jahren eine Datenbank der Automotive-Innovationen. Dabei habe sich der Fokus drastisch verschoben, so dass heute als Kundennutzen Umweltfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit vorne lägen. Während 2005/2006 nur 20% der Innovationen dieses Ziel verfolgten, seien es heute stolze 50%. Die Innovationen fänden auch viel stärker im Antriebsbereich statt: Heute über 40%, anno 2005 waren es nur 25 bis 30%. Allerdings betreffen die Innovationen nur zu 30% die Hybrid- und Elektroantriebe, wobei er in diesem Bereich deutlich steigende Innovationstätigkeit sieht: „Seit 2009 ist Elektromobilität kein Randthema mehr, erst seither entwickelt man intensiv.“ Die Effizienzsteigerung der konventionellen Antriebe setze die Elektromobilität aber deutlich unter Druck.

Tauschbatterien

Dr. Willibert Schleuter, der emeritierte E/E-Leiter von Audi, führte in bewährter Weise durch den ersten Tag, und er lieferte auch so manche Steilvorlage für Einzeldiskussionen in den Pausen. Dabei hielt er sich auch mit Kommentaren nicht zurück. Als beispielsweise eine Fragerunde nach einem Vortrag drohte, in eine Diskussion Pro und Contra Tauschsysteme für Traktionsbatterien zu driften, ergriff er das Wort und sagte: „Von den standardisierten Batterien träumt niemand in einer Automobilfirma. Das Thema sollten wir vergessen, aber es kann auch eine eigene Tagung ausfüllen. Von den Leuten, die sich intensiv mit dem Thema beschäftigen, glaubt niemand daran. Von daher: Nächste Frage.“ Ein leichtes Gelächter im Saal zeigte, dass er damit auf den Nagel auf den Kopf getroffen hat.

Hybride und mehr

Seine dritte These formulierte Bratzel folgendermaßen: „Gemessen an den globalen Absätzen werden reine Elektrofahrzeuge in den nächsten 10 Jahren nur eine untergeordnete Rolle spielen. Hybridantriebe, insbesondere Plug-In-Hybride, gewinnen zunächst als Übergangstechnologie an Bedeutung.“ Dr. Bratzel ist sich sicher: Wegen des Reichweite-, Infrastruktur- und Kosten-Dilemmas werden Benzin und Diesel die nächsten 10 bis 15 Jahren weiter dominieren. Bei Plug-In-Hybriden erwartet er allerdings ein deutliches Wachstum auf „vielleicht 12% im Jahr 2025″.

„Elektromobilität darf nicht reduziert werden auf neue technologische Antriebskonzepte fürFahrzeuge; E-Mobilität wird nur erfolgreich sein, wenn „Auto-Mobilität“ neu erfunden wird“, formuliert Dr. Bratzel seine vierte These, um dann folgendes zu ergänzen: „Man darf E-Mobilität nicht mit den Augen der Verbrennungsmotoren sehen: Die ersten Benziner sahen aus wie Kutschen mit Motor. Das dürfen wir nicht wieder so machen.“ Das Rad müsse quasi neu erfunden werden, dazu sei eine Transformation der Auto-Konzepte und Leitbilder nötig. Wie wichtig das ist, zeige ein Blick in die Geschichte: „Kein Anbieter von Dampflokomotiven hat bei Diesel- und Elektro-Zügen überlebt.“ Es werde somit auch bei der Elektromobilität neue Player geben.

Die EV-Architektur der Zukunft

Unter dem Titel „Wie sieht die zukünftige Architektur bei EV, PHEV und HEV aus?“ informierte Dr.-Ing. Andreas Titze, Leiter E/E-Architektur und Vernetzung bei der Volkswagen AG, die Konferenzteilnehmer, mit denen er gemeinsam zunächst drei technische Bereiche betrachtete: neue, erweiterte und unveränderte Funktionen. Zu den Funktionen, die in (H)EVs neu sind, zählen das Laden, Vehicle-to-Grid-Elemente, der stationäre Betrieb, das elektrische Fahren, das elektrische Bremsen sowie zusätzliche Anzeigen, während Online-Fahrzeuginformationen, Navigation und Klimatisierung lediglich Erweiterungen benötigten. Etwa ¾ der Funktionen blieben aber unverändert.

Technische Herausforderungen

Bild 2: Die zukünftige Architektur bei EV, PHEV und HEV im Bereich der Hochvolt-Technologie ist für Volkswagen „kein Treiber für eine revolutionäre Veränderung der E/E-Architektur“.

Bild 2: Die zukünftige Architektur bei EV, PHEV und HEV im Bereich der Hochvolt-Technologie ist für Volkswagen „kein Treiber für eine revolutionäre Veränderung der E/E-Architektur“. Volkswagen/Tietze

Ohne neue funktionale Schnittstellen liefe in Zukunft gar nichts, betont Dr. Titze. Man denke nur an das Überblenden zwischen elektrischem und Verbrennungs-Antrieb oder das Brake-Blending (Brems-Überblendung, siehe separater Beitrag auf Seite 10), aber „das haben wir in den letzten 15 Jahren schon öfters gemacht, ohne dass es zu neuen revolutionären Ansätzen führte“. Gleiches gelte für die Integration zusätzlicher Kommunikationskanäle – beispielsweise per Powerline zur Ladestation – sowie für die Senkung des elektrischen Energieverbrauchs, unter anderem per Teilnetzbetrieb.

Bei der Elektrifizierung der Nebenaggregate sei schon mehr Aufwand erforderlich, „aber auch hier ist Evolution angesagt“, und außerdem läuft bei den OEMs bereits ein intensiver Prozess, mechanische durch elektrisch betriebene Nebenaggregate zu ersetzen. So wie EPS bereits die hydraulische Servolenkung ersetzt hat, stünden jetzt Umstellungen bei der Bremsanlage und beim Klimakompressor an, wobei die Umsetzung der „Ludwigsburger Erklärung 2011″ zur Einführung eines 48-V-Bordnetzes für den Betrieb energieintensiver Nebenaggregate einen wichtigen Meilenstein darstellt. Auch bei der Integration der HV-Technologie betreten die OEMs kein komplettes Neuland.

Dr.-Ing. Andreas Titze: „Wir brauchen ganz klar leistungsfähige Weckkonzepte … und wir brauchen ganz sicher ein aktives Betriebsmanagement während der Fahrt und im Stand, denn wir wollen jedes Milliampere für die Reichweite verwenden.“

Dr.-Ing. Andreas Titze: „Wir brauchen ganz klar leistungsfähige Weckkonzepte … und wir brauchen ganz sicher ein aktives Betriebsmanagement während der Fahrt und im Stand, denn wir wollen jedes Milliampere für die Reichweite verwenden.“Fotografie Natalie Balleis

„Interessant wird es aber beim Thema Funktionen im Stand“, betont Dr. Titze. „Erstmals ändert sich der Fahrzeugzustand signifikant im Stand“, etwa beim Aufladen und (Vor-)Klimatisieren. „Wir haben im ruhenden Fahrzeug über einen längeren Zeitraum Funktionen, die aktiv sind“, erklärt Dr. Titze, so dass sich beispielsweise die Anforderungen in punkto Betriebszeiten ändern „und auch das Thema Online-Zugriff bekommt eine andere Relevanz“.  Und weil der Kunde immer Infos rund um den Ladezustand abfragen will, kann das Auto nicht komplett einschlafen, so dass jetzt der Standby-Betrieb des Fahrzeugs relevant werde. Daher müsse man von der Unterhaltungselektronik lernen, denn dort „hat es eine Entwicklung gegeben, die wir in ähnlicher Weise sicherlich zeitverkürzt und viel intelligenter auch im Fahrzeug umsetzen werden müssen: Wie können wir intelligent mit dem Thema Standby umgehen?“

Solide Basis nutzen

Bei den technischen Lösungsansätzen könnten die OEMs bereits auf eine solide Basis aufbauen, aber in einzelnen Bereichen seien noch Ergänzungen notwendig, beispielsweise  beim Domänen-Design eine erhöhte Bandbreite in der Antriebsdomäne sowie gegebenenfalls eine separate Ladedomäne. „Wir brauchen ganz klar leistungsfähige Weckkonzepte … und möglicherweise müssen wir auch Teilnetzkonzepte weiter ausbauen“, betont Dr. Titze. „Wir brauchen ganz sicher ein aktives Betriebsmanagement während der Fahrt und im Stand, denn wir wollen jedes Milliampere für die Reichweite verwenden.“ Auch in den Bereichen HMI und Online-Connectivity sieht er noch Ergänzungsbedarf.

Der Volkswagen-Konzern sei zum Beispiel mit der Baukastenstrategie gut gerüstet, denn der MQB (Modularer Querbaukasten) sei bereits  „mit relativ wenigen Änderungen EV-ready“, so dass er zu folgendem Fazit kommt: „E-Fahrzeuge sind kein Grund, nach völlig neuen Architekturansätzen zu suchen.“

Topologien und Skaleneffekte

Bild 3: Die Economies of Scale im Bereich der Elektromobilität

Bild 3: Die Economies of Scale im Bereich der ElektromobilitätBosch/Kampmann

Zum Thema „Topologieanalyse elektrischer Antriebsstrang – Potenziale für Skaleneffekte“ referierte Dr. Stefan Kampmann, Executive Vice President, Gasoline Systems, Electric Vehicle and Hybrid Technology bei der Robert Bosch GmbH. Er sieht in diesem Zusammenhang immer drei Aspekte: Passende Technologie, Kunden und Business Cases (siehe Aufmacherbild). Er appellierte an den Geist von Ludwigsburg und stellte ans Publikum die Fragen „was können wir gemeinschaftlich gestalten, was können wir denn lernen aus anderen Systemen?“, um sie dann schrittweise zu beantworten.

Wichtig sei es, die wesentlichen Funktionen zu standardisieren, denn dann könnten die OEMs sowie ihre Zulieferer „skaleneffizient fertigen; davon sind wir in der Elektromobilität natürlich noch weit entfernt“. Die aktuell zahlreichen proprietär entwickelten Systeme verbesserten die Situation nicht. „Bei Plug-In-Hybriden kann es in Zukunft vor allem bei den größeren Fahrzeugen zu einem Performance-Race kommen“, denn mit einem hohen Drehmoment an der roten Ampel lässt sich vielen Käufern auch ein Mehrnutzen verkaufen.

Dr. Stefan Kampmann: Von einer skaleneffizienten Fertigung sind wir in der Elektromobilität noch weit entfernt.

Dr. Stefan Kampmann: Von einer skaleneffizienten Fertigung sind wir in der Elektromobilität noch weit entfernt.Fotografie Natalie Balleis

Dies deckt sich auch mit intensiven Kundenbefragungen, die Bosch durchführte: „Die Kunden haben keine Bereitschaft zur Leistungseinschränkung auf der Autobahn“ – auch nicht beim PHEV, aber für einen sinnvoll im innerstädtischen Verkehr nutzbaren PHEV, der 20 km rein elektrisch zurücklegt, würden die Kunden in Deutschland je nach Segment zirka 10 bis 15 % mehr bezahlen, bei 40 km rein elektrischen Betrieb sogar 14 bis 20 % mehr.

Kostensenkungen

Dr. Kampmann berichtet, dass bei mechatronischen Systemen durchschnittlich 10% Kostenreduktion pro Jahr möglich sind, wobei „eine Generation in unserem Hause mindestens 20 bis 30% Kostenfortschritt bringen muss, sonst lohnt sie sich nicht“. Möglich werden diese Generationsfortschritte, weil der Markt höhere Stückzahlen verlange, und dann könne man auch neue Technologien und Fertigungskonzepte nutzen. „Hier ist das Dilemma der Elektromobilität: Wir sehen nicht diesen schnellen Zulauf der Volumen, die uns erlauben würden, mit neuen Technologien die … erwarteten Kostenfortschritte in vollem Umfang darstellen zu können.“ Als nächsten Schritt wird Bosch zunächst auf einer niederen Wertschöpfungsebene unterhalb der Leistungselektronik-Box Standards definieren, um zumindest hier die Volumina zu erhöhen.

Eines ist für Dr. Kampmann jedoch klar: „Wir sehen für die nächsten Jahre den Plug-In-Hybriden als die Lösung, die uns am schnellsten zu elektrisch gefahrenen Kilometern bringen sollte, und wir denken, dass wir zusammen mit den OEMs und auch mit den Kollegen in unseren Verbänden noch wesentlich stärker das Thema Standards und Baukästen definieren müssen.“