Im Jahr 2020 sollen nach dem Willen der Bundesregierung bekanntlich 1 Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen unterwegs sein. Zu Beginn der Expertenrunde fragten sich die Gesprächsteilnehmer daher zunächst, welche Kunden die potenziellen Käufer eines Elektrofahrzeugs (E-Fahrzeugs) sind und welche Bedürfnisse sie haben. „Für die Power-Pendler, die jeden Tag 60 km fahren müssen, ist das E-Fahrzeug ideal“, konstatiert Dr. Reiner Höger, Director Engineering Governance bei Continental. „Dieser Power-Pendler wohnt außerhalb, weil er dort ein Haus mit Garage hat. Dort kann er das Fahrzeug laden, fährt zur Arbeit und verbindet dort sein Fahrzeug mit einer Ladestation. Sein Fahrzeug sieht nie eine Tankstelle. Mit einer derart hohen Kilometerleistung kann sich ein teures Fahrzeug aufgrund der geringeren Total-Cost-of-Ownership durchaus amortisieren. Aus diesem Grund sollten wir das Elektroauto nicht allein in die Innenstädte verbannen.“

Gespräch in der Skylounge in München: (v. r. n. l.) Siegfried W. Best, Dr. Willibert Schleuter, Jochen Hanebeck, Dr. Martin Arlt, Uwe H. Lamann, Dr. Michael Frommberger, Dr. Reiner Höger, Prof. Dr. Josef Nassauer, sowie Alfred Vollmer.

Gespräch in der Skylounge in München: (v. r. n. l.) Siegfried W. Best, Dr. Willibert Schleuter, Jochen Hanebeck, Dr. Martin Arlt, Uwe H. Lamann, Dr. Michael Frommberger, Dr. Reiner Höger, Prof. Dr. Josef Nassauer, sowie Alfred Vollmer. Alfred Vollmer

Prof. Dr. Josef Nassauer, Geschäftsführer von Bayern Innovativ, gibt Einblicke in das zukünftige Markt-Szenario: „Es wird sehr unterschiedliche E-Fahrzeuge geben, vom Kleinwagen bis zum Nutzfahrzeug. Da das Auto ein Konsumgut ist, sollte das E-Fahrzeug auch chic werden, um einen Kaufanreiz zu bieten. Bestenfalls wird ein Trend gesetzt wie in der Modebranche oder in der Getränkeindustrie. Dann kommt auch ein erheblicher Anteil als Selbstläufer. Wir müssen die Menschen bei der Elektromobilität auch über die Emotionen ansprechen und dann zusätzlich über die Technik, aber rein über fachliche Argumente erreichen wir wohl nur sehr wenige.“

„Ich glaube, dass mit der Elektromobilität eine andere Form der Mobilität kommt“, ergänzt Uwe H. Lamann, Mitglied des Vorstands der Leoni AG. „Da spielen verschiedene Faktoren mit. So ist die Jugend heutzutage längst nicht mehr so emotional pro Auto eingestellt wie wir damals; die jungen Leute gehen oftmals sehr pragmatisch an das Thema Mobilität heran.“ Hierfür gibt es Dr. Höger zufolge einen ganz einfachen Indikator: „Das Durchschnittsalter beim Führerschein-Erwerb steigt.“

„Außerdem werden wir wohl in Zukunft nicht mehr mit einem E-Fahrzeug sowohl dem Weg zur Arbeit als auch die Urlaubsreise abdecken können“, führt Uwe Lamann weiter aus. „In den Emerging Markets ist das Auto sicherlich noch ein ganz großer Statusfaktor, und das ist für unsere deutschen Exporte durchaus wichtig.“

Prof. Dr. Josef Nassauer (Bayern Innovativ): „Da das Auto ein Konsumgut ist, sollte das E-Fahrzeug auch chic werden, um einen Kaufanreiz zu bieten.“

Prof. Dr. Josef Nassauer (Bayern Innovativ): „Da das Auto ein Konsumgut ist, sollte das E-Fahrzeug auch chic werden, um einen Kaufanreiz zu bieten.“Alfred Vollmer

„Interessant ist dabei auch ein Vergleich zwischen Deutschland und China“, gibt Dr. Willibert Schleuter, ehemaliger E/E-Leiter bei Audi, zu bedenken: „In Deutschland sind für 2020 nur 50.000 elektrisch betriebene Nutzfahrzeuge vorgesehen; das entspricht 5 %. Auf der 15. Automobil-Elektronik-Tagung in Ludwigsburg hat Prof. Wu von Beiqi Foton Motor uns gesagt, dass in der ersten Phase 80 % der E-Fahrzeuge in China Commercial Vehicles sein werden. Das sind Leichtfahrzeuge, die jeden Tag bestimmte Strecken fahren, und dieses Modell wird auch funktionieren. Wenn ich allerdings mit dem E-Fahrzeug spontan von München nach Hamburg fahren möchte, dann ergibt sich ein Reichweitenproblem. Für uns in Deutschland stellt das einen Verzicht dar, so dass wir unsere Gewohnheiten ändern müssten. Aus diesem Grund werden sich gewisse Schwierigkeiten in der Akzeptanz ergeben.“

„Die chinesische Regierung dämpft ja eher den Optimismus in punkto E-Fahrzeug, und es zeigt sich, dass bei der technischen Umsetzung die Bäume nicht in den Himmel wachsen“, gibt Jochen Hanebeck, President der Automotive-Division bei Infineon Technologies, zu bedenken.

EV, HEV, PHEV

Sämtliche Teilnehmer waren sich darüber einig, dass es sicherlich Mischformen aller möglichen Couleur von reinen E-Fahrzeugen (EVs) über Plug-In-Hybride (PHEVs) bis zu Hybriden (HEVs) geben wird, und diese Mischformen werden über einen langen Zeitraum hinweg erhalten bleiben.

Sehr interessant ist für Dr. Willibert Schleuter ein Blick auf die Ansätze der einzelnen Automobilhersteller: „Renault setzt voll und Nissan überwiegend auf reine E-Fahrzeuge. Aber wenn hier nicht die entsprechenden Stückzahlen kommen, wird sich der Flottenverbrauch nur unwesentlich verringern. Die deutschen OEMs wiederum setzen auf das komplette Programm vom Hybriden über Plug-In-Hybride bis zu reinen E-Fahrzeugen. Diese hohe Anzahl an Varianten stellt die Automobilhersteller und die Zulieferer vor sehr große Herausforderungen. Um diese hohe Anzahl von Varianten zu beherrschen, sind Standardisierungen wichtig. Am besten wären europaweite Standardisierungen, wie das jetzt beim Ladestecker so einigermaßen funktioniert mit Europa und den USA. Ohne Standardisierungen wird die Komplexität schlicht und einfach zu groß.“

„Wir müssen die Diskussion trennen zwischen einem elektrischen Antrieb und einem Energiespeicher“, sagte Dr. Martin Arlt, Leiter Planung + Steuerung Project i bei BMW. „Für diesen Energiespeicher gibt es viele verschiedene Formen von der Batterie über den Range-Extender bis zum Wasserstoff. Technisch gesehen ist es unstrittig, dass ein Elektromotor einer der effizientesten Antriebe ist, den wir kennen. Aus diesem Grund wird der Elektromotor als Antrieb auch immer wichtiger werden; Wirkungsgrade von über 90 % werden wir mit einem Verbrennungsmotor nicht erreichen. Insofern wird der elektrische Antrieb für die Zukunft auch als Primärantrieb ein wichtige Rolle spielen.“

Dr. Martin Arlt (BMW): „Ich glaube, dass bei den Elektrofahrzeugen nicht so ein Rennen um eine möglichst hohe Leistung einsetzen wird wie es bei den Verbrennern war. Es geht um Effizienz und hohen Wirkungsgrad.“

Dr. Martin Arlt (BMW): „Ich glaube, dass bei den Elektrofahrzeugen nicht so ein Rennen um eine möglichst hohe Leistung einsetzen wird wie es bei den Verbrennern war. Es geht um Effizienz und hohen Wirkungsgrad.“ Alfred Vollmer

Dauerthema Batterie

Siegfried W. Best, Chefredakteur der Zeitschrift AUTOMOBIL-ELEKTRONIK, lenkte daraufhin das Gespräch auf das Thema Batterien – ein Bereich in den die Batteriehersteller derzeit viele Milliarden Euro investieren, um die Technologie voranzubringen. „Eine Batteriefabrik ist etwa so teuer wie eine kleine Halbleiterfabrik, so dass schnell Investitionen von 500 Millionen Euro zusammenkommen“, informiert Dr. Willibert Schleuter, der vor 29 Jahren seine Doktorarbeit über Batterien für E-Fahrzeuge schrieb und das Thema seitdem intensiv verfolgt. „Die großen Fragen lauten derzeit so: Welche Technologie setzt sich durch – prismatische Zellen oder Pouch-Zellen? Welches Anodenmaterial soll es sein und welche Separatoren? Hier ist noch einiges zu klären.“

Continental produziert ja bereits seit 2008 Lithium-Ionen-Batterien in Nürnberg für Hybridfahrzeuge – mit zugekauften Zellen. Laut Dr. Reiner Höger stellt sich hier die Frage, „welche Zelltechnologie sich letztendlich durchsetzen wird“.

Auf dem Weltmarkt für Li-Ionen-Zellen  spielt Deutschland praktisch keine Rolle, denn es gibt mit Li-Tec, einem Gemeinschaftsunternehmen von Evonik und Daimler, nur einen deutschen Zellenhersteller. Dieses Unternehmen hat zwar mit Separion eine vielversprechende Separatortechnologie, ist aber noch nicht bereit für die Fertigung in Massenstückzahlen. „Die Asiaten haben bei Lithium-Ionen-Batterien bereits Umsätze im Milliardenbereich, mit deren Gewinnen sie wiederum in die neuen Technologien investieren können, während Li-Tec mit seiner neuen Technik bisher noch nicht über nennenswerte Umsätze berichtet, und das macht die Situation nicht ganz einfach“, gibt Dr. Willibert Schleuter zu bedenken. Jochen Hanebeck ergänzt: „Wenn man die gleiche Technologie bereits in einem anderen Markt etabliert hat, erreicht man auch die Economy-of-Scale: die asiatischen Massenhersteller gehen hier nur einen viel kleineren Schritt als ein Marktneuling.“

Dr. Willibert Schleuter: „Wir haben in Deutschland zu lange nicht mehr an neuen Zelltechnologien gearbeitet und den Asiaten das Feld überlassen. Erst bei den Produkten der nächsten Batterie-Generation haben wir wieder eine realistische Chance, mitzumische

Dr. Willibert Schleuter: „Wir haben in Deutschland zu lange nicht mehr an neuen Zelltechnologien gearbeitet und den Asiaten das Feld überlassen. Erst bei den Produkten der nächsten Batterie-Generation haben wir wieder eine realistische Chance, mitzumischeAlfred Vollmer

Dr. Schleuter thematisiert den großen Vorsprung der Asiaten sehr konkret: „Wir haben in Deutschland zu lange nicht mehr an neuen Zelltechnologien gearbeitet und den Asiaten das Feld überlassen. Erst bei den Produkten der nächsten Batterie-Generation haben wir wieder eine realistische Chance, mitzumischen. Diese Chance ist aber nicht garantiert, weil die anderen, die derzeit bereits Millionen- und Milliarden-Umsätze in diesem Bereich tätigen, bereits jetzt wieder neue Erfahrungen machen, die sie bei der Entwicklung der neuen Technologie stärken.“

Cell-Balancing und Alterung

Jochen Hanebeck sieht beachtliches Potenzial im Cell-Balancing: „Aus Halbleitersicht kommt noch ein weiterer Aspekt hinzu, weil die Zellenhersteller Schwierigkeiten haben, hohe Ausbeuten bei standardisierten Zellen zu erreichen: die Unterschiede in der Ladekapazität zwischen den einzelnen Zellen sind enorm. Bei in Reihe geschalteten Batterien gibt die schwächste Zelle den Ton an. Daher ist aus Halbleitersicht das Cell-Balancing ein sehr interessantes Thema; hierbei transportiert man aktiv Ladungen von der stärksten Zelle in die schwächste Zelle – während das Auto an der Ampel steht, aber auch während der Fahrt oder im abgeschalteten Zustand. Hier können Halbleiter einen wesentlichen Beitrag leisten, um die Reichweite und die Lebensdauer der Batterie zu verbessern. Der Aufwand lohnt sich für ein aktives Cell-Balancing, bei dem man Ladung zwischen Sub-Stacks verschieben kann. Die Reichweite lässt sich bis zu 10% erhöhen.“

Dr. Willibert Schleuter sieht diesen Aspekt etwas anders: „Ich gehe davon aus, dass der Nutzen des Cell-Balancings auf Dauer wesentlich geringer sein wird, weil die Zellhersteller mit großem Aufwand daran arbeiten, die Streuung zwischen den einzelnen Zellen wesentlich zu verringern.“ Jochen Hanebeck ergänzt daraufhin: „Das ist die klassische Ausbeutethematik: Sollen die Zellenhersteller die Streuung zwischen den Zellen auf Kosten der Ausbeute verringern und damit die Preise erhöhen oder bieten sie die Zellen günstiger aber dafür mit größerer Streuung an?“

Dr. Reiner Höger bringt einen für die Langlebigkeit und die Zuverlässigkeit äußerst wichtigen Aspekt ins Gespräch: „Gleichzeitig müssen die Zellenhersteller auch sicherstellen, dass alle Zellen gleich altern – und das ist keine triviale Aufgabe.“ Batterie-Experte Dr. Willibert Schleuter verweist auf Studien, die zeigen, dass noch nicht alle Faktoren bekannt sind, die im Rahmen des Alterungsprozesses wichtig sind: „Es gibt vor allem rund um die thermischen Einflüsse noch viele Aspekte, die wir bisher nur unzureichend erfassen. Ein typisches Beispiel, das auch in die Lebensdauer eingehen kann: Die inneren Zellen könnten wärmer werden als die äußeren, weil sie besser gekapselt sind. Das Problem bei allen Lebensdauer-Untersuchungen ist die Zeit, weil sich bereits beschleunigte Untersuchungen stets über Monate hinweg hinziehen, während realistische Untersuchungen viele Jahre dauern. Diese immens langen Zeitkonstanten sind auch in punkto Vermarktung und Business-Modell ein echtes Problem.“

Jochen Hanebeck (Infineon): „Der Aufwand lohnt sich für ein aktives Cell-Balancing, bei dem man Ladung zwischen Sub-Stacks verschieben kann. Die Reichweite lässt sich bis zu 10% erhöhen.“

Jochen Hanebeck (Infineon): „Der Aufwand lohnt sich für ein aktives Cell-Balancing, bei dem man Ladung zwischen Sub-Stacks verschieben kann. Die Reichweite lässt sich bis zu 10% erhöhen.“ Alfred Vollmer

Geschäftsmodelle für die Batterie

Alle Anwesenden waren sich darüber einig, dass die Lithium-Ionen-Technologie zumindest die nächsten 10 bis 15 Jahre den Markt für Antriebsbatterien dominieren wird. „Die weiteste Strecke, die ein Mini-E bisher gefahren ist, beträgt 50.000 Meilen. Es handelt sich dabei um einen Pizza-Bäcker in den USA“, berichtet Dr. Martin Arlt aus der Praxis. „Wenn die Batterie nach einigen Jahren nicht mehr automotiv-tauglich ist, dann hat sie dennoch einen Wert. Hier sind entsprechende Rücknahme-Modelle gefragt. Es gibt genügend Anwendungen im stationären Betrieb, in denen diese Batterien noch gut geeignet sind.“

„Wenn wir Second-Life-Szenarien andenken, dann brauchen wir Standards“, gibt Dr. Reiner Höger zu bedenken. „Es gibt ja sehr schöne Szenarien für den eingeschwungenen Zustand, aber das Hauptproblem liegt darin, wie wir den Einschwingvorgang gestalten.“

Dr. Martin Arlt zufolge setzt BMW auf ein flexibles Konzept: „Die Architekturen unserer BMW i Fahrzeuge sehen es grundsätzlich vor, neue Batterien mit anderer Reichweite einzubauen. Wenn man E-Mobilität aus Kundensicht ernst nimmt und gleichzeitig unternehmerisch gestalten möchte, ist das Themenfeld über alle Wertschöpfungsketten hinweg als Gesamtkonzept zu gestalten. In punkto Zellstandard und Zellgeometrie haben wir bereits erste Standards. Daher bin ich in Bezug auf die Standardisierung dieser Komponenten gar nicht so skeptisch. Aufgrund der momentanen Beschränkung der Batterien müssen wir jedoch deutlich weiterdenken. Derzeit reden wir nur über Autos, aber der Kunde der Zukunft redet mehr und mehr über Mobilität und nicht nur über Autos. Hier kommt das Thema Intermodalität ins Spiel. Mit dem Projekt project i haben wir daher bewusst nicht nur neuartige Fahrzeuge entwickelt sondern eine holistischen Ansatz über die Marke BMW i gewählt, der auch die Kunden gezielt anspricht.“

Ein durchaus interessantes Geschäftsmodell ist der schnelle Austausch einer leeren Batterie gegen eine volle Batterie, wie es sich Better Place auf die Fahnen geschrieben hat. Allerdings kann sich Prof. Josef Nassauer „nicht vorstellen, dass ein Premium-Hersteller seine Batterie im Rahmen eines solchen Konzepts zur Verfügung stellt“.

Und was sagt der anwesende OEM-Vertreter dazu? „Es zeichnet sich ab, dass chinesische Elektrobusse mit Wechselbatterien auszustatten sind, und es zeichnet sich ab, dass die Chinesen dieses Batterie-Tausch-Feature auch für Automobilhersteller untersuchen.“, berichtet Dr. Martin Arlt. „Wenn man den reinen Business-Case betrachtet, dann ist ein Batterie-Wechsel-Modell aus unserer Sicht nicht zielführend.“ Hierzu müsste man auch die Batterielage im Fahrzeug standardisieren. „Das wäre ein sehr langer Prozess, und die Autos sähen dann auch alle ungefähr gleich aus“, ergänzt Dr. Martin Arlt. Schon wenn man nur ein paar unterschiedliche Batterietypen zuließe, ergäbe sich ein riesiges logistisches Problem. Außerdem müssten die Batterien vorfinanziert werden.

Für Dr. Reiner Höger bietet das Batterie-Austausch-Modell allerdings auch beachtliche Chancen: „Wir müssen zwischen dem Einschwingvorgang und dem eingeschwungenen Vorgang unterscheiden. Die Zahl der Batterien, die in einem solchen Hochregallager zusätzlich benötigt werden, hängt von der Ladezeit ab. Für 80 Batterien im Feld ist eine Batterie im Lager erforderlich. Je nach Ladezeit kann dieser Wert sich bis auf 20:1 erhöhen. Wir könnten aber mit einem solchen Konzept auch die Ängste der Anwender aus der Welt schaffen, bei einer 10.000-Euro-Batterie ein Montagsprodukt zu bekommen. Ein Besitzer von 20.000 oder 40.000 Batterien kann so etwas über die Statistik puffern.“

Dr. Reiner Höger (Conti): „Da wir im Moment nicht wissen, wie viele Pufferzyklen die Batterie am Netz aushält, kann der Wertverlust der Batterie größer sein als der Zugewinn durch Stromhandel.“

Dr. Reiner Höger (Conti): „Da wir im Moment nicht wissen, wie viele Pufferzyklen die Batterie am Netz aushält, kann der Wertverlust der Batterie größer sein als der Zugewinn durch Stromhandel.“ Alfred Vollmer

Uwe Lamann bringt einen ganz neuen Aspekt ins Spiel: „Strategische Investoren könnten gezielt in Batterien investieren, während gleichzeitig der Anschaffungspreis des Autos sinkt. Im Container-Geschäft hat diese Investment-Lösung auch geklappt.“ Über dieses Geschäftsmodell bestehe auch die Möglichkeit, Batterien mit geringerer Kapazität weiter zu nutzen, betont Dr. Reiner Höger: „Wer eine Fernfahrt macht, lässt sich eine Batterie mit hoher Kapzazität einsetzen, und wer nur im Stadtverkehr unterwegs ist, nutzt so lange eine preisgünstigere Batterie, deren Kapazität bereits abgesunken ist. So erhalten die Kunden Power-on-Demand.“ Bayern Innovativ sieht Prof. Josef Nassauer zufolge „nur im kommerziellen Bereich wie Bussen, Lieferwagen und ähnlichen Flotten“ Einsatzmöglichkeiten für das Better-Place-Konzept.

Brennstoffzelle

Rein technisch gesehen ließe sich das Reichweitenproblem mit Brennstoffzellen in den Griff bekommen, aber „die Hauptprobleme liegen in der Infrastruktur, in der Speicherung, im Wirkungsgrad und im Preis“, erklärt Dr. Martin Arlt.

„Falls die Brennstoffzelle kommen wird, dann kommt sie frühestens in zehn Jahren, aber damit könnten wir dann Langstrecken fahren“, prognostiziert Dr. Willibert Schleuter. „Das E-Fahrzeug wird wichtige Bereiche abdecken, aber bei weitem nicht alle.“ 

Hochvolt-Bordnetz

Mit der Elektromobilität benötigen die Fahrzeuge unweigerlich auch ein Hochvolt-Bordnetz, aber die Hochvolt-Spannungslage muss nicht immer im Bereich von vielen Hundert Volt liegen. „Wir haben beispielsweise die Firma Mia Electric bei einem Elektromobilitäts-Projekt begleitet“, informiert Dr. Michael Frommberger, Vice President der Business Unit Electromobility bei Leoni. „Es handelt sich hierbei um einen Mikrobus, der konsequent auf Leichtbau und niedrige Kosten getrimmt ist. Das Fahrzeug arbeitet in seinem Hochvolt-Bordnetz mit einer Spannung von 80 V und ist nur einfach ausgestattet. Anfang 2012 können die Endkunden dieses Fahrzeug kaufen.“

Uwe Lamann (Leoni): „Strategische Investoren könnten gezielt in Batterien investieren, während gleichzeitig der Anschaffungspreis des Autos sinkt. Im Container-Geschäft hat diese Investment-Lösung auch geklappt.“

Uwe Lamann (Leoni): „Strategische Investoren könnten gezielt in Batterien investieren, während gleichzeitig der Anschaffungspreis des Autos sinkt. Im Container-Geschäft hat diese Investment-Lösung auch geklappt.“Alfred Vollmer

Jochen Hanebeck zeigt das Branchenspektrum auf: „Die Bordnetze weisen weltweit unterschiedliche Spannungslagen auf: 400 V beziehungsweise 900 V in den USA. Hier in Europa geht der Trend in Richtung 700 V, in Asien gibt es eine gewisse Konvergenz in Richtung 1200 V – und das ist eine große Herausforderung. Da wir vom Industriebereich herkommen, können wir all diese Anforderungen bedienen. Je nach Anwendung sind die Bauteile unterschiedlich optimiert: ein Elektrofahrzeug ist auf besonders hohe Effizienz getrimmt, um die Batterie zu schonen, während die OEMs im Hybridbereich auch vermehrt Bauraumaspekte im Blick haben.“

„Generell ist Leichtbau und damit die Verwendung leichter Materialien wie Aluminium bei Leoni ein großes Thema, aber das war es auch schon vor dem Trend zur Elektromobilität“, erklärt Dr. Michael Frommberger. „Aluminium sehen wir hier eher in den kleineren Querschnitten als im Hochvoltbereich. Unsere Simulationen und Berechnungen haben ergeben, dass im Hochvoltbereich bei den im Auto vorherrschenden Temperaturen Aluminium nicht so vorteilhaft ist wie man vielleicht meinen könnte. Wir haben uns dieses Thema ziemlich genau angeschaut und sind natürlich auch darüber im Gespräch mit den OEMs, aber die Leistungen, die über die Leitung übertragen werden sollen, spielen eine Rolle, und das beeinflusst den Querschnitt. Dadurch wird eine Aluminiumleitung oft zu dick, weil der Bauraum begrenzt ist.“

Sein Kollege und Vorgesetzter Uwe Lamann ergänzt: „Im Niedervoltbereich ist Aluminium bei großen Querschnitten durchaus im Einsatz, denn da geht es wirklich ums Gewicht. Ein gewisses Problem ist dabei ja auch die Verbindungstechnik, woran wir sehr intensiv arbeiten.“ Dr. Michael Frommberger liefert eine sehr konkrete Einschätzung: „Beim Einsatz von  Aluminium in Hochvolt-Bordnetzen dreht sich alles um die Themen Temperatur, Leitungsdimensionierungen, Kosten und Leistungsübertragung. Wenn man hier einen passenden Kompromiss finden will, dann kommt man bei Aluminium nicht zu einer extremen Verbesserung des Gewichts eines Bordnetzes.“

Klimatisierung im E-Fahrzeug

Neben den Elementen Batterie, Bordnetz und Motor sowie der Fahrzeugmasse wirkt sich die Klimatisierung massiv auf die Reichweite eines Fahrzeugs aus, so dass viele Hersteller auf die Vorkonditionierung (Vorheizen oder Vorkühlen) am Ladepunkt setzen. „Das Thema Flüssigkeitskühlung, wie wir sie im BMW Active E verwenden, ist ein Stellhebel, um die Vorkonditionierung in den Griff zu bekommen“, berichtet Dr. Martin Arlt. „Allerdings müssen wir uns auch fragen, in welchen urbanen Gebieten E-Fahrzeuge bei -20 °C oder +50 °C betrieben werden. Mit einem intelligenten Wärmemanagement besteht die Möglichkeit, die teuren Batterien marktgerecht zu dimensionieren. Unsere E-Fahrzeuge sind wintertauglich (und werden natürlich unter extremen winterlichen Bedingungen erprobt), werden aber andere Reichweiten haben als im Sommer. Ein Verbrennungsmotor verbraucht im Winter bekanntlich auch mehr als im Sommer. Wichtig ist, dass auch ein E-Fahrzeug den Use-Case des Anwenders über das ganze Jahr hinweg abdeckt.“

Dr. Michael Frommberger (Leoni): „Wenn man (im Hochvolt-Bordnetz) einen passenden Kompromiss finden will, dann kommt man bei Aluminium nicht zu einer extremen Verbesserung des Gewichts eines Bordnetzes.“

Dr. Michael Frommberger (Leoni): „Wenn man (im Hochvolt-Bordnetz) einen passenden Kompromiss finden will, dann kommt man bei Aluminium nicht zu einer extremen Verbesserung des Gewichts eines Bordnetzes.“Alfred Vollmer

Dr. Höger zufolge lautet die Devise, auch an unkonventionelle Dinge zu denken: „Wir haben beispielsweise ein E-Fahrzeug aufgebaut, damit wir verstehen, wo die Integrationsprobleme liegen. Für dieses Fahrzeug hat Continental einen Sitzbezug entwickelt, der einerseits ein Wärmegefühl vermittelt und andererseits verhindert, dass das Hemd am Körper klebt.“

Dr. Martin Arlt ergänzt: „Es ist ganz entscheidend, zu wissen, wo der Kunde Wärme empfindet, weil es deutlich energieeffizienter ist, ein Lenkrad und den Sitz aufzuheizen als z. B.  Fond-Auströmer, zumal hinten sowieso meist niemand sitzt. Europäische Kunden verstehen eine indirekte Klimatisierung über Werkstoffe etc., aber amerikanische Kunden haben hier ein anderes Anforderungsprofil.“

Prof. Josef Nassauer verwies in diesem Zusammenhang auf das Konzeptfahrzeug der TU München, den MUTE, der ausschließlich für die Heizung auf ein Zusatzaggregat setzt, das mit Bio-Ethanol betrieben wird. Für Dr. Martin Arlt ist diese Alternative allerdings nicht zielführend: „Die Kunden, die ein E-Fahrzeug kaufen würden beziehungsweise wollen, verstehen die Philosophie nicht mehr, im E-Fahrzeug eine Flüssigkeit tanken zu müssen. Unsere Umfragen zeigen, dass die Kunden lieber intelligente Wärmemanagement-Systeme und Materialien möchten als einen separaten Heiz-Treibstoff. Auch aus Komfort-Sicht ist das Thema Konditionierung einer der größten Stellhebel, um ein Fahrzeug mit relativ geringem Energieaufwand zu betreiben.“

Batterie als Netzpuffer?

Auch das Thema „Batterie als Netzpuffer“ stand auf der Agenda des Forumsgesprächs. „Wenn das Fahrzeug als Puffer am Stromnetz hängt, dann weiß der Kunde ja gar nicht, wie sich das auf die Lebensdauer seiner Batterie auswirkt“, schildert Dr. Willibert Schleuter das wohl größte Problem in diesem Themenkreis. „Es könnte aber sein, dass man die Netzpufferung in das Business-Modell des Fahrzeugs mit einbezieht und dem Automobilkunden damit ein finanziell attraktives Gesamtpaket liefert. Diese Diskussionen gibt es, aber da ist noch nichts umgesetzt. Wenn wir dann E-Fahrzeuge in nennenswerten Stückzahlen haben, kann dieser Aspekt durchaus interessant ist. Allerdings werden die 1 Million E-Fahrzeuge im Jahr 2020 gerade einmal einen Strom-Mehrverbrauch von 3 Promille zur Folge haben, so dass selbst dann die Pufferung des Stromnetzes über die Autobatterie nicht viel mehr als ein Tropfen auf den heißen Stein ist.“

Dr. Höger pflichtet ihm bei und ergänzt: „Wenn wir heute alle Fahrzeuge in Deutschland schlagartig auf vollelektrischen Betrieb umstellen, brauchen wir lediglich 18% mehr Strom. Da wir aber im Moment nicht wissen, wie viele Pufferzyklen die Batterie am Netz aushält, kann der Wertverlust der Batterie größer sein als der Zugewinn durch Stromhandel. Wenn die Netzpufferung kommt, dann müssen auch große Leistungsmengen im Kilowattbereich in kurzer Zeit transferiert werden.“

Roundtable zur Elektromobilität

Was sind die wesentlichen Elemente eines erfolgreichen E-Fahrzeugs? Was tut sich rund um die Batterie und welche Rolle spielt die Klimatisierung? Wo liegen die Herausforderungen beim Hochvolt-Bordnetz? Antworten auf diese Fragen sowie zu Themen wie China, Ladeinfrastruktur, Geschäftsmodellen und EMV gaben die Teilnehmer eines von AUTOMOBIL-ELEKTRONIK und all-electronics.de veranstalteten Forumsgesprächs.

Hierzu trafen sich die folgenden Herren zu einem Gespräch in der Skylounge hoch über den Dächern Münchens: (v. r. n. l.) Siegfried W. Best, Chefredakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK; Dr. Willibert Schleuter, emeritierter E/E-Leiter der Audi AG; Jochen Hanebeck, President der Automotive-Division bei Infineon Technologies; Dr. Martin Arlt, Leiter Planung + Steuerung Project i bei BMW; Uwe H. Lamann, Mitglied des Vorstands der Leoni AG; Dr. Michael Frommberger, Vice President der Business Unit Electromobility bei Leoni; Dr. Reiner Höger, Director Engineering Governance bei Continental; Prof. Dr. Josef Nassauer, Geschäftsführer der Bayern Innovativ Gesellschaft für Innovationen und Wissenstransfer, sowie Alfred Vollmer, Redakteur der AUTOMOBIL-ELEKTRONIK.

Es ging vor allem um die (markt)technischen Aspekte, aber Jochen Hanebeck von Infineon wies auch auf einen wesentlichen umweltpolitischen Aspekt hin: „Wir benötigen auch ein Gesamtkonzept, das die umweltfreundliche Stromgewinnung, die verlustarme Übertragung über große Strecken und den verlustarmen Ladevorgang der Batterie einschließt. Ohne Gesamtkonzept wird die Elektromobilität zu einem reinen Werbethema.“

 

Ladeinfrastruktur

Für Dr. Martin Arlt liefert diese Aussage die Steilvorlage, um gleich zum Themenpunkt „Ladeinfrastruktur“ überzugehen: „Aus diesem Grund halte ich das DC-Laden für das erfolgversprechendere Modell.“

In dem Bericht über die IAA 2011 hat all-electronics auch einige Konzepte zum induktiven Laden der E-Fahrzeuge erwähnt. „Wenn wir an all den Stellen, an denen das Auto steht, jeweils ein bisschen nachladen, dann bringt das meist schon viel, aber in einer Garage wird ein Kabel noch lange vorhanden sein.“, sagte Dr. Martin Arlt. „Der Komfort spricht ganz klar für das induktive Laden“, stellt Dr. Reiner Höger fest. „Können wir es uns allerdings leisten, zwei Systeme im Auto zu installieren, die beide ein entsprechend hohes Gewicht haben?“ Prof. Josef Nassauer ergänzt: „In Bayern wird gerade geprüft, ob das induktive Laden sinnvoll nutzbar ist – beispielsweise an Taxiständen, in Parkhäusern oder in Gewerbegebieten. Vielleicht wäre es auch wichtig, derartige Testflächen bereits bei der Ausschreibung von Gewerbegebieten zu berücksichtigen.“

Dr. Michael Frommberger berichtet, dass Leoni zusammen mit der Universität Erlangen „umfangreiche Studien zum induktiven Laden durchgeführt“ hat und Dr. Schleuter sieht die Thematik im Überblick: „Alle OEMs und viele Zulieferer arbeiten am induktiven Laden, und der Wirkungsgrad scheint auch deutlich die 90-Prozent-Marke zu überschreiten.“

EMV

Nicht nur das Cover-Interview dieser Ausgabe widmet sich dem Thema EMV. Auch im Rahmen des Forumsgesprächs gingen die Teilnehmer auf die EMV-Problematik ein. Dr. Schleuter berichtet aus der Praxis: „Wir sind eventuell noch nicht so weit, dass wir die EMV-Aspekte genügend betrachtet haben. In den letzten zehn Jahren haben wir die Fahrzeuge allerdings EMV-technisch ganz entscheidend verbessert. Zu meiner Zeit bei Audi haben EMV-Spezialisten von Anfang an die Steuergeräte und die Leitungen so mitgestaltet, dass wir deutlich weniger EMV-Probleme hatten. Mittlerweile sind die Automobilhersteller auf einem relativ guten Stand, aber es ist durchaus möglich, dass wir auf dem nächsten oder übernächsten Fachkongress Automobilelektronik in Ludwigsburg auch das Thema EMV auf die Themenliste setzen.“

Für Jochen Hanebeck steht die prinzipielle Richtung bereits fest: „Wir müssen in diesem Bereich immer weiter entwickeln. Die Inverter arbeiten beispielsweise mit immer höheren Frequenzen, um die Verlustleistung zu reduzieren, aber je höher die Frequenz ist, umso mehr Abstrahlungen gibt es auch. Deshalb sollten wir das Thema EMV nicht aus dem Auge verlieren.“ Dr. Höger zitiert in diesem Zusammenhang seine EMV-Spezialisten, die ihm sagen, „dass noch viel Schweiß des Edlen notwendig ist, um die EMV in den Griff zu bekommen.“ Uwe Lamann ist sich sicher: „Das Thema EMV bleibt uns auf jeden Fall nicht erspart. So müssen beispielsweise die Kabel entsprechend abgeschirmt werden.“

Jochen Hanebeck berichtet über Lösungsmöglichkeiten, sieht aber auch Grenzen: „Wir schalten im E-Fahrzeug bei Kurzschlüssen Ströme von bis zu 1000 A, und bei derart hohen Strömen ist jedes Stück Metall eine Induktivität, die abstrahlt. Das ist für das Auto eine neue Dimension. Elektromagnetische Abstrahlungen der Halbleiter lassen sich nicht verhindern. Das gibt die Physik vor.Eine Schirmung wird weiter erforderlich sein.“

Dr. Martin Arlt sieht dabei die Systemseite: „In einem normalen Fahrzeug liegt der EMV-Fokus relativ stark auf den Komponenten, aber in einem Elektrofahrzeug heißt es, ein Gesamtfahrzeug-Package zu betrachten, um EMV in den Griff zu bekommen. Mit massereichen Bauteilen lassen sich zwar die meisten EMV-Probleme lösen, aber das läuft dem Leichtbau-Gedanken entgegen. Alle Forumsteilnehmer waren sich darüber einig, dass die Lösung der EMV-Problematik eine Hausaufgabe ist, die alle erledigen müssen.

Gedanken am Rande

Wie in jedem guten Gespräch ergab auch in diesem Round-Table-Gespräch eine Aussage die nächste. Zwei der vielen Randbemerkungen, die sich zwar aus dem Kontext ergaben, aber nicht dem klassischen roten Gesprächsfaden folgten, möchte all-electronics.de den Lesern dennoch nicht vorenthalten.

Die erste stammt von Dr. Martin Arlt: „Ich glaube, dass bei den Elektrofahrzeugen nicht so ein Rennen um eine möglichst hohe Leistung einsetzen wird wie es bei den Verbrennern war. Beim Elektrofahrzeug steht das Thema Leistung nicht so sehr im Vordergrund; die Leistung stellt kein derart starkes differenzierendes Merkmal mehr dar. Es geht um Effizienz und hohen Wirkungsgrad.“

Jochen Hanebeck wies auf einen wesentlichen umweltpolitischen Aspekt hin: „Wir benötigen aber auch ein Gesamtkonzept, das die umweltfreundliche Stromgewinnung, die verlustarme Übertragung über große Strecken und den verlustarmen Ladevorgang der Batterie einschließt. Ohne Gesamtkonzept wird die Elektromobilität zu einem reinen Werbethema.“