Antriebstechnik am Scheideweg
ZUKUNFTSMOBILITÄT: Benziner, Diesel, Diesotto oder doch (Mild-, Full-) Hybrid, mit oder ohne Range Extender oder gleich E-Mobility und Brennstoffzelle? Der Endkunde zumindest ist ausreichend verwirrt, glaubt mitunter, bald auch rein elektrisch in den Urlaub fahren zu können. Entwickler sehen das deutlich nüchterner, während die Hersteller bereits fleißig Erfahrungen in Feldversuchen sammeln.
Mercedes-Benz Concept BlueZero: Seriennahes Fahrzeug mit fünf vollwertigen Sitzplätzen und über 500 Liter Gepäckraum; kann als wasserstoffbetriebenes Brennstoffenzellenauto, als reines Elektroauto oder als E-Auto mit Range Extender fahren. Bild: Daimler
Bekanntermaßen ist die Batterie bei Elektromobilen ein ‚Bottle-neck‘, ein Flaschenhals, der wegen aktuell zu wenig Reichweite, sprich Leistung und Belastbarkeit des Energiespeichers die maßgeblichen Entwicklungen bremst. Dabei ist die Problematik der Bezahlbarkeit solcher Batterietechnik noch gänzlich außen vor.
Dennoch, der ‚Nationale Entwicklungsplan Elektromobilität‘ der Bundesregierung sieht vor, Deutschland zum Leitmarkt der Elektromobilität zu machen und die Führungsrolle in Wissenschaft sowie in Auto- und Zulieferindustrie zu behaupten. Doch bis dahin ist es ein langer Weg, bei dem auch die Finanzierung noch nicht steht.
Außerdem verfolgt das Papier das Ziel, bis 2020 eine Million Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb auf die Straße zu bringen. Bis 2030 könnten es dann fünf Millionen werden, heißt es.
Das wären gerade mal knapp ein Zehntel der bereits heute laut Kraftfahrzeugbundesamt zugelassenen 55 Millionen Fahrzeuge. Und die Zahlen umfassen reine Elektro-Autos sowie alle möglichen, teilelektrifizierten Hy-bridvarianten gleichermaßen.
Initiativen auch im Ausland
BMW und Daimler haben bereits ‚E-Mobility‘-Großversuche in Berlin gestartet, die Münchener mit Vattenfall, die Stuttgarter mit RWE. Daimler testet E-Smarts in der Londoner City; so lässt sich die hohe Mautgebühr ins Zentrum sparen. BMW hat zudem in München jüngst einen weiteren, kleineren Versuch mit EON gestartet.
Im benachbarten Frankreich beispielsweise laufen auch Großoffensiven von Renault und PSA, unterstützt von der Regierung, die gemeinsam mit dem Energieversorger EDF den landesweiten Aufbau von Stromtankstellen plant, siehe unser Beitrag auf S. 30 in der September-Ausgabe der AUTOMOBIL-PRODUKTION.
Selbst in den Niederlanden arbeitet Renault mit der dortigen Regierung für einen nationalen E-Mobility-Plan zusammen, wie wir in Ausgabe 08/2009 berichteten. Und über die Nissan-Allianz sind die Franzosen im Better-Place-Projekt als künftiger Lieferant von E-Fahrzeugen aktiv.
Auch in China hatte kürzlich auf der Shanghai Motor Show fast jeder chinesische Autobauer, der etwas auf sich hält, zumindest ein Hybrid- oder ein Elektro-Auto als Konzept- oder bereits sogar als Serienprodukt vorgestellt. Batterie- und Automobilhersteller BYD etwa bietet sein Hybrid-Modell F3DM bereits seit Ende 2008 Firmen und Behörden an. Bald soll es auch für Privatkunden erhältlich sein. Details zur Strategie chinesischer OEMs lesen Sie ab S. 80 in der September-Ausgabe der AUTOMOBIL-PRODUKTION.
In den USA hat die gerade aus der Insolvenz zurückgekehrte neue GM den Launch von 25 neuen US-Autos bis 2011 verkündet. Dazu zählt auch der Chevrolet Volt. Laut GM-Boss Fritz Henderson läuft dessen Vorserien-Fertigung bereits seit Juni 2009, momentan zehn Einheiten pro Woche. Rund 30 Fahrzeuge drehen bereits Testrunden.
Der Chevrolet Volt kommt im Stadtverkehr auf eine Reichweite von 230 Meilen pro Gallone, basierend auf einem EPA-Testzyklus für Plug-in-Elektrofahrzeuge: Fritz Henderson, General Motors' President und CEO, stellte dieses Ergebnis jüngst persönlich vor. Bild: GM
Nach einem speziell für Plug-in-Elektroautos entwickelten Fahrzyklus der U.S. Environmental Protection Agency (EPA) kommt der mit einem Flex-Fuel-Motor als Range Extender ausgestattete Elektro-Volt auf einen Stadtverbrauch von 230 Meilen pro Gallone Kraftstoff oder 1,2 Litern pro 100 Kilometer. Der Volt soll Ende 2010 in den USA erhältlich sein, bis zu 64 Kilometer mit einer Batterieladung elektrisch fahren, und eine Gesamtreichweite von 480 Kilometern über den kraftstoffgetriebenen Motor-Generator erzielen können. In Detroit koste derzeit die volle Ladung der Batterie über Nacht rund 0,40 US-Dollar, betont Henderson die Kostenvorteile des Volt.
US-Wettbewerber Ford setzt auf Kooperationen: Mit Magna wird etwa ein Ford Focus als BEV (Battery electric vehicle) entwickelt, der Pkw soll 2011 auf den Markt kommen. Bereits 2010 will man zusammen mit Smith Electric Vehicles den Transit-Connect-Lieferwagen elektrifiziert auf die Straße bringen.
Neue Hybride der nächsten Generation sollen 2012 folgen. Zeitgleich ist mit Johnson Controls-Saft als Batterielieferant ein erstes Plug-in-Hybrid-Electric-Vehicle, kurz PHEV, geplant. Ford wird bei der Elektrifizierung seiner Flotte unterstützt vom Department of Energy (DOE) mit fast 93 Millionen Dollar.
Langer Marsch zur E-Mobilität
Bei aller Begeisterung für stromgetriebene E-Flitzer, man verrät kein Geheimnis: Innerhalb der Branche ist man sich durchaus einig, dass bis dahin der Verbrennungsmotor noch eine tragende Rolle spielen wird.
Bei Bosch etwa sind aktuell etwa 2 000 Ingenieure mit der Entwicklung von Komponenten rund um Verbrennungsmotoren beschäftigt, ganze 500 hingegen entwickeln im Bereich aller alternativen Antriebe.
Die weiter geltende Vorherrschaft der Verbrenner bestätigte auch kürzlich Mahle-Chef Prof. Dr. Heinz K. Junker beinahe gebetsmühlenartig wieder: Die Batteriekosten, ihre zu geringe Energiedichte seien seiner Ansicht nach heute noch die größten Hürden für Großserienanwendungen. Bei Mahle geht man anhand aktueller Studien davon aus, dass bis 2030 weltweit der Anteil reiner Elektrofahrzeuge unter fünf Prozent bleibt. Im Umkehrschluss heißt das für Junker klar: „Der Anteil an Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor liegt bei über 95 Prozent.”
Junker wird gestützt von Hersteller-Seite: Dort sind selbst langgediente Spezialisten, wie etwa Dr. Christian Mohrdieck, bei Daimler mit alternativen Antriebskonzepten, etwa Brennstoffzellentechnologien und Batterietechnik betraut, der Überzeugung: „In zehn bis 20 Jahren kann man beim Hybrid mit einer signifikanten Anzahl rechnen. Bei reinen Elektrofahrzeugen, also wirklich emissionsfreien Fahrzeugen wie Brennstoffzelle oder Batterie, wird das Ganze sicher länger dauern” (siehe Exklusiv-Titelinterview, ab S. 22 in der September-Ausgabe der AUTOMOBIL-PRODUKTION).
Fotostrecke: Antriebstechnik am Scheideweg - Titel AP 09-2009 » 10 Bilder
Audis Entwicklungsvorstand Michael Dick setzt sowieso mehr auf Effizienz als gesamthaften Ansatz für die Ingolstädter. Im modularen Effizienzbaukasten werden Technologien aus dem Motorensektor, bei Nebenaggregaten, Getrieben, Energiemanagement, Karosseriebau und Fahrerassistenz gebündelt.
Dick betont: „Zentraler Ansatz von Audi ist, einen umweltverträglichen und bezahlbaren Individualverkehr zu gewährleisten. Die Umsetzung einer nachhaltigen Mobilität sollte daher vielfältig sein.” Ein Fokus sei die Optimierung konventioneller Verbrennungsmotoren und der konsequente Serien-einsatz von Effizienztechnologien.
Audi investiert rund zwei Milliarden Euro im Jahr in FuE. Dabei liege eine weitere Priorität auf der Weiterentwicklung elektrischer Antriebe. „Unter dem Namen ,e-Performance’ hat Audi ein Projekthaus mit dem Fokus auf Elektrotraktion gegründet”, bestätigt Dick. Audis Chefentwickler weist aber darauf hin: „Wir werden nicht in fünf Jahren ausschließlich elektrisch fahren. Der Verbrennungsmotor wird auch in absehbarer Zeit die Hauptrolle spielen, da wir unseren Kunden nur ausgereifte und serientaugliche Technologie anbieten wollen, die sie im Alltag problemlos einsetzen können.”
BMW setzt auf Bosch und Samsung
BMW hat sich gerade für SB LiMotive als Lieferant von Batteriezellen im konzerneigenen Zukunftsprojekt ‚Megacity Vehicle‘ entschieden. Damit verschafft sich das Unternehmen nach eigener Aussage Zugang zu modernster Lithium-Ionen-Speichertechnik.
„Die Entscheidung ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zur Serienproduktion des Megacity Vehicle”, sagt BMW-Chef Dr. Norbert Reithofer. Und fährt fort: „Mit SB LiMotive haben wir einen Lieferanten gewählt, der uns die beste verfügbare Technologie bietet und führende deutsche Automobilkompetenz mit zukunftsorientiertem koreanischem Batterie-Know-how verbindet.”
SB LiMotive ist ein 50:50-Joint-Veture von Bosch und Samsung SDI, es entwickelt und produziert Lithium-Ionen-Speicherzellen. Samsung SDI ist führend beim Einsatz solcher Batterien in Handys und Laptops.
Mini E: Übergabe der 15 E-Mobile an Eon. In München soll ein Netz von Ladesäulen aufgebaut werden. Die erste Stromtankstelle ist bereits in Betrieb. Das Projekt soll in den kommenden zwölf Monaten Erkenntnisse für die Serienfertigung liefern. Bild: BMW
BMW bündelt die Aktivitäten rund um elektrisches Fahren und urbane Mobilitätslösungen im Bereich FuE. Deren erstes Ergebnis ist der Mini E. Das rein elektrisch angetriebene Fahrzeug ist zurzeit in einem groß angelegten Feldversuch mit rund 600 Fahrzeugen in den USA, Großbritannien und Deutschland im Einsatz.
Die Erkenntnisse daraus sind laut BMW-Angaben für die Serienentwicklung des Megacity Vehicles ebenso wichtig wie die Batterietechnologie. Das emissionsfreie Fahrzeug der Münchener soll in der ersten Hälfte des nächsten Jahrzehnts in Serie gehen.
Mildhybrid mit Lithium-Ionen-Akku
Daimlers oberster Forscher Dr. Thomas Weber betonte jüngst auf dem VDA-Technik-Kongress in Wolfsburg: „Unser Ansatz lautet Innovationen gegen die Rezession; unser Fokus ist die Vermeidung von CO2 durch Elektromobilität” (siehe auch Kurz-Interview auf S. 18 in der September-Ausgabe der AUTOMOBIL-PRODUKTION.
Daimlers ‚Mr. E-Drive‘ Dr. Mohrdieck sieht mit dem neuen Mercedes-Benz S400 Hybrid ganz klar einen wichtigen Schritt in Richtung Serienfertigung von Hybriden aus deutscher Produktion getätigt, die auch die Zuliferer signifikant mittragen.
Der S400 Hybrid, erster Großserien-Pkw mit Lithium-Ionen-Batterie, wird von den Kunden bereits gut angenommen. Rund 15 Prozent der Bestellungen entfallen auf den Mildhybriden, der von kältemittelgekühlten 35 zylindrischen Lithium-Ionen-Zellen anstelle des Bleiakkus unterstützt wird. Die Batterie stammt von Johnson Controls-Saft, die Kühlung entwickelte Behr (siehe auch Exklusiv-Interview mit Dr. Heckenberger von Behr auf S. 86 in der September-Ausgabe der AUTOMOBIL-PRODUKTION).
Bei diesem Parallelhybrid unterstützt eine E-Maschine, direkt mit der Kurbelwelle verbunden, additiv den konventionellen Triebstrang. Den scheibenförmigen Elektromotor, der zwischen Verbrenner und Getriebe im S400 nur 45 Millimeter Baulänge beansprucht, liefert übrigens ZF Sachs an Daimler. In Schweinfurt baut man im Bereich elektrische Antriebe bereits Vorserienmaschinen für weitere Projekte.
Der Batterietyp aus dem S400 soll laut Dr. Mohrdieck, ähnlich wie weitere Komponenten, ein Grundmodul sein, das sich duplizieren oder vervielfachen lässt, um im Sinne einer Modulstrategie verschiedene Fahrzeuge und Hybridisierungsgrade abdecken zu können.
Das seriennahe ‚Concept BlueZero‘ von Daimler mit drei unterschiedlichen elektrischen Antriebssystemen ist solchermaßen flexibel ausgelegt und soll unterschiedliche Stufen der Elektromobilität für jeden Bedarf ermöglichen. „Mercedes-Benz verfügt als einziger Autohersteller bereits heute über alle Schlüsseltechnologien für voll alltagstaugliche Elektroautos”, ist sich Daimlers Chefforscher Dr. Weber sicher.
Der modulare Baukasten im BlueZero kann über eine einzige Architektur aufgrund seines Sandwichbodens, bekannt aus A- und B-Klasse, drei Varianten bilden: Allen dreien ist die flüssigkeitsgekühlte Lithium-Ionen-Batterie mit bis zu 35 kWh Speicherkapazität sowie der Frontantrieb gemein.
Als E-Cell wird das Konzept rein elektrisch angetrieben, aufladbar an der Steckdose. Als E-Cell Plus existiert zusätzlich ein Verbrennungsmotor als Range Extender, der bei Bedarf einen Stromgenerator antreibt. In der Variante F-Cell ist ein mit Wasserstoff betriebenes Brennstoffzellensystem an Bord, das den Strom für den E-Motor liefert.
Supersportler mit E-Antrieb
Neuer Flügeltürer, bis 2015 auch mit rein elektrischem Antrieb: Mercedes-Benz SLS AMG. Bild: Daimler
Wie E-Mobility im Extremfall aussehen kann, zeigte Mercedes-Tuningtochter AMG in Affalterbach erst gerade: Der auf der IAA in Frankfurt gezeigte Flügeltürer SLS AMG verfügt als Konzept ‚eDrive‘ über eine Hochvoltbatterie – drei Blöcke mit jeweils 108 Zellen: Die erbringt 400 Volt Nennspannung bei einer Kapazität von 40 Amperestunden und 48 Kilowattstunden Energieinhalt.
Das reicht für den Sprint von Null auf 100 Stundenkilometer in rund vier Sekunden, bei einer Höchstleistung von 392 Kilowatt und 880 Newtonmeter Drehmoment.
Der rein elektrische Antrieb wurde bereits in der Konzeptphase des neuen Flügeltürers berücksichtigt. Vier Elektromotoren und zwei Getriebe wurden radnah und tief unten im Fahrzeug platziert. Das Gleiche gilt für die Batterie in Modulbauweise: Sie findet ihren Platz vor der Spritzwand, im Mitteltunnel und hinter den Sitzen. Die Höchstgeschwindigkeit von derzeit über 20Stundenkilometern und die Reichweite des E-SLS werden noch ausgebaut, das Auto soll bis 2015 in Serie gehen, verrät AMG-Chef Volker Mornhinweg.
Für den Vortrieb im ‚eDrive‘ sorgen vier Elektromotoren mit einer Höchstleistung von zusammen 392 kW und einem maximalen Drehmoment von 880 Newtonmetern. Bild: Daimler
Daimler baut Know-how auf
Bei Daimler stärkt man massiv Know-how und Kernkompetenzen und setzt auf Zusammenarbeit und Partnerschaften bei Batterien, Komponenten und Infrastruktur für alternative Antriebe:
Neben Kooperationen, beispielsweise besagter mit RWE in Berlin seit Herbst 2008, startete Daimler gemeinsam mit Enel, Italiens größtem Energieversorger, jüngst das nächste Elektromobilitätsprojekt. In 2010 werden bei ‚e-mobility Italy‘ wie in Berlin mehr als 100 Elektroautos der Marken Smart und Mercedes-Benz unterwegs sein, allerdings in Rom, Mailand und Pisa. Zudem hat Daimler sich beispielsweise kürzlich bei Tesla Motor eingekauft, um am Wissen der kalifornischen Spezialisten zu partizipieren.
Bereits zuvor hat Daimler für die Brennstoffzellenentwicklung das Unternehmen NuCellSys ganz vom bisherigen Partner Ford übernommen. Die Firma entwickelt Komponenten rund um den Stack. Schon vor zwei Jahren kaufte Daimler den Automotive-Anteil von Ballard an der Brennstoffzellenentwicklung mehrheitlich heraus.
Im sächsischen Kamenz wurde mit Evonik nicht nur die gemeinsame Herstellung und Entwicklung von Batteriezellen für Lithium-Ionen-Batterien ins Leben gerufen. Gerade erst gaben die Stuttgarter bekannt: In direkter Nachbarschaft zur Li-Tec Battery GmbH soll ab 2011 auch die Deutsche Accumotive GmbH & Co. KG, ebenfalls ein Joint Venture von Daimler (90 Prozent) und Evonik (zehn Prozent), gleich ganze Lithium-Ionen-Batteriesysteme fertigen. Baubeginn ist diesen Herbst.
Die dort aufzubauenden Kapazitäten sind primär für den Daimler-Bedarf bestimmt, geplant ist aber auch der Verkauf der Batteriesysteme an Dritte. So wird BMW im nächsten 7er Batterietechnik ‚made by Deutsche Accumotive‘ nutzen. Sogar aufseiten von Elektromotoren prüft Daimler den Aufbau eigener Kompetenzen: Aber dort gebe es, anders als bei Lithium-Ionen-Batterien, aufgrund der Entwicklungsgeschichte schon heute auf einem recht hohen Niveau arbeitende Lieferanten, ist Dr. Mohrdieck überzeugt.
Für den Daimler-Entwickler ist ganz klar: Man muss möglichst viele Pfeile im Köcher haben, um nicht bei der Entwicklung den Anschluss zu verlieren. Denn was sich schlussendlich im Markt durchsetzen werde und könne, wisse momentan niemand wirklich.
Honda Insight versus Toyota Prius
Herausforderer Honda Insight: Mildhybrid mit Kampfpreis als Waffe gegen Toyota Prius. Bild: Honda
Hybridgoliath Toyota Prius: In der dritten Generation fährt ein größerer Benziner mit. Der hat 1,8 statt bislang 1,5 Liter Hubraum, 99 PS und arbeitet im spritsparenden Atkinson-Zyklus. Zudem verfügt er über einem um 20 Prozent leistungsstärkeren E-Motor mit 60 kW. Bild: Toyota
Hondas Nordeuropachef Takayuki Arima setzt zunächst auf Hybridfahrzeuge wie das hauseigene Mildhybrid-Modell Insight als Marktöffner: „Wir sehen die Hybridtechnik als einen wichtigen Schritt, favorisieren aber derzeit die Brennstoffzellentechnologie als ultimative Lösung” (siehe auch Exklusiv-Titelinterview ab S. 26 in der September-Ausgabe der AUTOMOBIL-PRODUKTION).
Honda brachte den Insight bewusst über den Preis in Stellung gegen den Vollhybrid-Platzhirschen Toyota. Und in den ersten Monaten des Jahres schien es zu gelingen: Der Insight war im April sogar kurz das meistverkaufte Auto in Nippon, weil japanische Kunden aufgrund staatlicher Unterstützung ihr ‚grünes‘ Herz entdeckten und verstärkt Hybridautos kauften.
Allerdings kaufen sie auch wieder häufiger den Prius, der führt seit Mai dreimal in Folge das Absatzranking der meistverkauften Autos des japanischen Händlerverbandes Jada an. Immerhin, damit haben es weltweit erstmals gleich zwei Hybrid-Modelle unterschiedlicher Hersteller ganz nach oben in die Verkaufscharts eines der großen Märkte gebracht, und das hintereinander.
Bei Toyota betont man vollmundig das Alleinstellungsmerkmal: „Wenn schon, denn schon, Vollhybrid”; da nur solche Modelle bei Bedarf rein elektrisch fahren und somit höchst flexibel auf unterschiedliche Fahrsituationen reagieren können. Bei Toyota sieht man zwar ein, dass Mildhybride kostengünstiger herzustellen seien. Aber Vollhybride böten immer das höhere Einsparpotenzial, sprich Verbrauchsvorteile.
Toyota baut auch Plug-in-Hybrid
Die konzerneigenen Marken Toyota und Lexus sind weiter die einzigen Großserienhersteller von Vollhybriden. Seit Mitte 2009 rollen die ersten Prius der dritten Generation zu ausgewählten Händlern. Von 1,8 Millionen seit 1997 produzierten Hybriden ‚made by Toyota‘ waren 1,3 Millionen Prius – Einblick in Werk und Strategie ab S. 28 in der September-Ausgabe der AUTOMOBIL-PRODUKTION.
Auf Basis des neuen Prius leiten die Entwickler des weltgrößten OEMs derzeit eine Plug-in-Hybridversion, kurz Toyota PHV, ab. Der wird eine Lithium-Ionen-Batterie haben, um so auch längere Strecken allein elektrisch fahren zu können. Ende 2009 startet in Straßburg ein Feldversuch mit 150 dieser Fahrzeuge, die sich auch an der Steckdose laden lassen, um ihre Reichweite zu steigern.
Es ist eine Menge los in der Branche, man positioniert sich. Doch wer den richtigen Riecher hatte, darüber werden letztlich die Endkunden befinden, wenn sie denn endlich aus dem bunten Strauß der Konzepte Serienmodelle wählen können.
Andreas Gottwald
Weitere Informationen, siehe Stichwort HYBRID
