Die Elektromobilität geht in die entscheidende Phase, in der sie die verbrennungsmotorische Mobilität ablösen wird. Der Schlüssel für die großflächige Transformation zur Elektromobilität sind höhere Reichweiten und geringere Kosten durch noch effizientere Systeme.

(Bild: ZF)

| von Dr. Dirk Walliser
Mit Software, datenbasierten Funktionen und smarten Aktuatoren lässt sich die ganzheitlich betrachtete CO2-neutrale Mobilität erreichen.

Mit Software, datenbasierten Funktionen und smarten Aktuatoren lässt sich die ganzheitlich betrachtete CO2-neutrale Mobilität erreichen. ZF

420 bis 580 Milliarden Tonnen: Das ist die Summe an CO2-Emissionen, die laut Weltklimarat noch ausgestoßen werden können. Bei höheren Emissionen wird das kritische Ziel verfehlt, die Erderwärmung auf unter 1,5 °C zu begrenzen. Bei Hochrechnung des aktuellen Verhaltens, wird dieses „Budget“ bereits 2030 erschöpft sein. Damit ist klar: Es sind sofort Lösungen notwendig zur Einsparung von CO2-Emissionen.

Mobilität von Menschen und Gütern ist nach wie vor ein großer Verursacher von Emissionen – daher muss auch sie zur Lösung der Klimafrage beitragen. Optimismus verbreiten dabei aktuelle Marktzahlen: Hybrid- und Elektrofahrzeuge sind stärker gefragt als noch vor einem Jahr prognostiziert. Staatliche Kaufanreize für Plug-in-Hybride (PHEV) und batterie-elektrische Fahrzeuge (BEV) haben einen großen Teil dazu beigetragen. Neue Prognosen gehen davon aus, dass im Jahr 2030 das Segment der E-Fahrzeuge 42 Prozent des Marktes stellen.

PHEV und BEV – beide sind wichtig

Die elektrischen Antriebsformen PHEV und BEV lassen sich nicht gegeneinander ausspielen – sie ergänzen sich und sind beide wichtig. Mit einer elektrischen Reichweite von 80 km lassen sich mit PHEVs der aktuellsten Generation über 90 Prozent aller Einzelfahrten abdecken. Für längere Fahrten ins Wochenende oder den Urlaub steht ein verbrennungsmotorischer Antrieb zur Verfügung. Um den rein elektrischen Fahranteil zu erhöhen, müssen PHEV richtig ausgelegt sein und so häufig wie möglich geladen und rein elektrisch genutzt werden. Eine Ladeleistung von 11 kW unterstützt dies – dann lohnt es sich für den Nutzer auch, das Ladekabel auszupacken.

Auch die auf absehbare Zeit noch nicht ausreichende Ladeinfrastruktur und der heutige Energiemix sprechen für die Notwendigkeit des PHEV in den kommenden zehn Jahren: Über den gesamten Lebenszyklus des Fahrzeugs emittiert aktuell nicht etwa ein BEV, sondern ein PHEV am wenigsten CO2, vorausgesetzt, es wird zu 80 Prozent rein elektrisch gefahren. Das begründet sich aus zwei Tatsachen: Die notwendige Energie für BEV würde beim heutigen Strommix noch nicht ausreichend aus erneuerbaren Quellen gespeist. Und die derzeit gängigen Herstellungsverfahren für Hochvolt-Akkus verursachen im Verhältnis zu viele Emissionen.

In anderen Worten: Würden von heute auf morgen die Weichen auf BEV gestellt und der PHEV wird übergangen, würden die CO2-Belastungen nur umgeschichtet – weg von der Straße und stattdessen hinein in andere Wirtschaftssektoren. Diese Effizienzverhältnisse ändern sich erst im Laufe der Dekade. Ab 2025 sind PHEV und BEV im Gesamtlebenszyklus auf demselben Emissionslevel, nach 2030 ist die Emissionsbilanz der BEV besser. Nur: Bis dahin wäre das weltweite CO2-Budget bereits aufgebraucht. PHEV leisten daher einen wichtigen Beitrag Emissionen rasch zu senken.

Wie sind die Emissions-Ziele erreichbar?

Für die Endkunden zählen vor allem Reichweite und Praktikabilität im Alltag. Diese Kriterien sind zunehmend nicht mehr nur eine Frage der Hardware, sondern sie hängen von deren intelligenter Steuerung durch Software ab. Entscheidend für die Energieeffizienz elektrifizierter Fahrzeuge ist die Systembetrachtung. In diesem „Gesamtsystem“ E-Fahrzeug sieht ZF Effizienzsteigerungen von bis zu 13 Prozent in einem äußerst realitätsnahen Fahrzyklus gegenüber dem heutigen Benchmark-System auf dem Markt.

Die Grundlage dafür bilden im BEV neue elektrische Achsantriebe, in denen innovative Halbleiter und E-Maschinen-Wickel- und -Blechtechnologien zum Einsatz kommen. Optimierte Getriebeanordnungen tragen ebenfalls zur Verlustreduzierung bei. Fahrwerk- und Antriebskomponenten, oder die Abkopplung des elektrischen Antriebs im Segelbetrieb, arbeiten im System besonders gut mit einer intelligenten Vorausschaustrategie zusammen.

Entscheidend für den PHEV bleibt die richtige Nutzung. Hier leisten Fahrerassistenzfunktionen einen wesentlichen Beitrag, denn im Regelfall entscheidet der Mensch hinter dem Steuer über den Wirkungsgrad. Der ZF Zero Emission Zone Manager schaltet dafür automatisch in den reinen E-Modus, sobald der PHEV in ein Null-Emissions-Gebiet oder in eine städtische Umweltzone einfährt. Der ZF eDriver Trainer schlüsselt das eigene Fahr- und Ladeverhalten transparent auf und bietet individuelle Empfehlungen für einen optimierten Fahrbetrieb. Angeknüpft an ein Prämienprogramm werden die Anreize noch verstärkt. Dies könnte die Basis für eine herstellerübergreifende datenbasierte Funktion sein, den „Pure EV-Index“. Dieser bietet Transparenz über elektrische Fahranteile und Fahrten. Erst darauf basierend könnte dann eine gestufte Auszahlung des PHEV-Bonus erfolgen – etwa ab einem elektrischen Fahranteil von über 50 Prozent.

Smarte Hardware mit großer Wirkung

Auch die Fahrzeughardware entwickelt ZF mit Blick darauf, PHEV der aktuellsten Generation schnell in den Markt zu bringen. Bei der neuesten Generation des 8-Gang Plug-in-Hybridgetriebes wurde die komplette Leistungselektronik daher erstmals in das Getriebegehäuse integriert. Dadurch ließ sich der Bauraum identisch zur Vorgängergeneration halten – und Hersteller können das neue Getriebe im Rahmen bestehender Modellstrategien nutzen.

Auch bei BEV sind bereits viele Varianten im Markt. Auffällig ist die große technische Vielfalt im Antriebsstrang. Elektromotoren in verschiedenen Bauformen und Wicklungsarten zeigen das Spektrum an technischen Möglichkeiten. In der Leistungselektronik werden heute unterschiedliche Leistungsmodule in verschiedenen Spannungslagen verbaut – deren Anzahl wird mit der Siliziumkarbid-Technik weiter steigen. Zudem gibt es beim Achsenlayout sowohl koaxiale als auch achsparallele Systeme in verschiedensten Einbauformen als Ein- oder Mehrgänger.

Fazit

Die Elektromobilität geht in die entscheidende Phase, in der sie die verbrennungsmotorische Mobilität ablösen wird. Der Schlüssel für die großflächige Transformation zur Elektromobilität sind höhere Reichweiten und geringere Kosten durch noch effizientere Systeme. Neben den Hardware-Lösungen kommen in der nächsten Generation auch entscheidende Softwarefunktionen auf den Markt, die Verkehrssituationen vorausschauend abschätzen können und daher großen Anteil an der Effizienz haben werden. Der Systemgedanke wird für diese Phase wichtiger denn je, um sich mit der erforderlichen Geschwindigkeit an sich ändernde Rahmenbedingungen anpassen zu können.

Mit Software, datenbasierten Funktionen und smarten Aktuatoren lässt sich die ganzheitlich betrachtete CO2-neutrale Mobilität erreichen. Um deren ganzes Potenzial auszuschöpfen, braucht es offene Daten-Plattformen und Transparenz über elektrische Fahranteile.

Dr. Dirk Walliser

(Bild: ZF)
Senior Vice President Corporate Research & Development bei ZF Friedrichshafen

(na)

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