Plug-In-Hybrid
Der XL1 von Volkswagen zeigt, dass Power und Effizienz sich nicht ausschließen. Der

Plug-In-Hybrid Der XL1 von Volkswagen zeigt, dass Power und Effizienz sich nicht ausschließen. Der Hybrid fährt über eine Distanz von bis zu 50 Kilometern rein elektrisch. Der E-Motor wird über die im Vorderwagen integrierte Lithium-Ionen-Batterie mit Energie versorgt. Eine im Spannungsbereich von 220 Volt arbeitende Leistungselektronik managt den Hochvoltenergiefluss von und zur Batterie respektive zum E-Motor und wandelt Gleichstrom in Wechselstrom. Der CO2-Ausstoß des Plug-In-Hybrids pro km liegt bei 21 g. - Bild: VW

Auf dem 6. Expertenforum der VDMA-Netzwerkinitiative E-Motive in Wolfsburg zeigte sich, dass Deutschland in Sachen Elektromobilität jetzt schon die Nase vorn hat. Noch fehlen zwar die Stückzahlen bei den E-Autos, doch die Automobilindustrie hat ihre Hausaufgaben gemacht. Ein Highlight: Ein Blick hinter die elektromobile Strategie der VW-Konzernforschung.

Das Jahr 2014 ist ein besonderes Jahr für die Elektromobilität“, erklärte Prof. Jürgen Leohold, Leiter der VW-Konzernforschung in Wolfsburg. Bei einem Blick auf die aktuelle Statistik verwundert diese Aussage: 2013 war von den 16 Millionen neu zugelassenen Fahrzeugen in Europa gerade einmal etwa jedes 400. ein E-Auto. Doch VW setzt mit viel Optimismus und Engagement auf die antriebstechnische Trendwende. „Bei uns im Konzern sind wir mitten im Ausrollen von Plug-In-Hybriden und batterieelektrischen Fahrzeugen“, erklärte er. Der VW-Konzern beschränkt sich dabei nicht nur auf das Entwickeln von Spektakulärem wie dem Sportwagen XL1, der dank Leichtbau (Leermasse: 795 Kilogramm), exzellenter Aerodynamik (Luftwiderstandsbeiwert cw = 0,189) und Hybridantrieb nur 21 Gramm CO2 pro Kilometer erzeugt (Kraftstoffverbrauch: 0,83 Liter pro 100 Kilometer).

XL1 von Volkswagen - Bild: VW

Plug-In-Hybrid
Der XL1 von Volkswagen zeigt, dass Power und Effizienz sich nicht ausschließen. Der Hybrid fährt über eine Distanz von bis zu 50 Kilometern rein elektrisch. Der E-Motor wird über die im Vorderwagen integrierte Lithium-Ionen-Batterie mit Energie versorgt. Eine im Spannungsbereich von 220 Volt arbeitende Leistungselektronik managt den Hochvoltenergiefluss von und zur Batterie respektive zum E-Motor und wandelt Gleichstrom in Wechselstrom. Der CO2-Ausstoß des Plug-In-Hybrids pro km liegt bei 21 g. – Bild: VW

VW kümmert sich auch im das nötige „Drumherum“. So sind die Wolfsburger aktiv im Forschungsprojekt Intelligente Netzanbindung von Elektrofahrzeugen zur Erbringung von Systemdienst­leistungen (Inees): Kunden in Berlin testen in diesem Leuchtturmprojekt der Bundesregierung seit kurzem mit 20 Volkswagen e-up! intelligentes Laden mit Schwarmstrom. In einer von Volkswagen für das Projekt entwickelten App kann der Nutzer seine Fahrten planen und festlegen, welchen Anteil seiner Fahrzeugbatterie er für den Energiemarkt freigeben möchte. Für die freigegebene Batteriekapazität erhält der Nutzer eine Prämie.

Die 2. Generation: eine völlig neue Art

Die erste Generation der E-Autos ist für Leohold allerdings nur der Einstieg: So seien die meisten heutigen E-Autos im Prinzip sogenannte Konversionsfahrzeuge – also elektrifizierte Versionen der klassischen Fahrzeuge. Aus den Erfahrungen könne ein Automobilhersteller lernen, um dann in der zweiten Generation eine völlig neue Art von Elektrofahrzeugen zu entwickeln, die konstruktiv auf Elektromobilität ausgelegt sind.

E-Golf - Bild: VW

Frischer Wind: Großserienhersteller Volkswagen setzt auf Elektromobilität. Der E-Golf ist neben dem e-up! der zweite 100 Prozent elektrisch angetriebene Pkw des Unternehmens. Bild: VW

Die Elektromobilität steht und fällt – nicht zuletzt mit Blick auf die extrem schweren Batterien – mit dem Abspecken der Fahrzeugmasse. Leohold: „Leichtbau bedeutet übrigens nicht nur, Aluminium- oder Carbon­autos zu bauen, sondern auch Stahlfahrzeuge zu entwickeln.“ So ließe sich auch mit Stahl die „Gewichtsspirale“ umdrehen, wie der neue um rund 100 Kilogramm abgespeckte neue Golf beweise. Und das neue E-Auto Volkswagen e-up! wiege dank moderner Stahlbauweise nur 1150 Kilogramm. Damit sei es auf einem Niveau, das andere nur mit teuren Faserverbundwerkstoffen erreichen. Jürgen Leohold ist sich daher sicher, dass die Autoindustrie zum Senken der CO2-Emissionen alle Werkstoffe brauchen wird: „Das Heil liegt nicht in einer Technologie. Eine wirtschaftlich gestaltbare Zukunft braucht die Mischbauweise.“ Er rechnet zunächst mit Stahl-Aluminium-Karosserien und später ab 2020 mit Kombinationen von Metall mit Faserverbundwerkstoffen.

Eine besondere Herausforderung ist die Batterieproduktion, um die sich besonders intensiv VW-Konzernforscher Prof. Dr. Werner Schreiber kümmert, der als Geschäftsführer außerdem die Volkswagen Varta Microbattery Forschungsgesellschaft leitet. Das Joint-venture stellt Batteriezellen her. VW und Varta Microbattery sind weltweit führend in der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien und haben dazu in Ellwangen 2009 eine Pilotlinie für sogenannte automotive Zellformate mit einer Kapazität von rund 200 Zellen pro Woche aufgebaut, die eine Energiedichte von 170 Wattstunden pro Kilogramm besitzen.

Viel Technisches aus der Produktion

Aus der Produktion gibt es viel zu technischen Details zu hören: „Eine große Herausforderung ist das Pasten-Mischen“, erklärt Schreiber. „Die Leistungsfähigkeit einer Batteriezelle hängt maßgeblich davon ab, wie homogen der Hersteller die Aktivmaterialien durchmischt.“ Experten setzen dabei auf Trocken- oder Nassmischen, Kneten, Verdünnen und Entgasen.

Prof. Dr. Werner Schreiber„Die Leistungsfähigkeit einer Batteriezelle hängt maßgeblich davon ab, wie homogen der Hersteller die Aktivmaterialien durchmischt.“
Prof. Dr. Werner Schreiber, Volkswagen Varta Microbattery Forschungsgesellschaft (Bild: Fecht)

Außerdem müsse der Einsteiger dabei darauf achten, dass er eine Systemtechnik kaufe, die sich skalieren lasse. Das heißt: Die in kleinen Mengen im Labormaßstab entwickelten Mischungen müssen sich an die Serienproduktion anpassen lassen.

Dabei treten immer erstaunliche Probleme auf. So verbrauche beispielsweise das mechanische Trockenkneten in seiner unterschiedlichen Phasen sehr viel Energie. Darüber hinaus gelte es, das in den Mischungen enthaltene Gas zu entfernen, das sonst als kompressierbarer Zwischenraum die Beschichtungsqualität der Zelle massiv verschlechtern würde.

Netzwerken mal anders

Zu VW besteht bei Adam Opel seit kurzem ein besonderes Netzwerk-Verhältnis in Sachen Elektromobilität, auf das Bernhard Hagemann von der Forschungsvereinigung Antriebstechnik hinwies: Er hatte Manfred Herrmann in Wolfsburg beim Tanken seines Opel Ampera an der VW-Elektrotankstelle „erwischt“. Herrmann, der bei Opel für die Entwicklung elektrischer Speicher verantwortliche Fachmann, ist seit über 20 Jahren einer der Pioniere der Elektromobilität. Er ermunterte die Bundesregierung, die politischen Rahmenbedingungen und die Infrastruktur für das Betanken deutlich zu verbessern.

So habe zum Beispiel die staatliche Förderung in den Niederlanden dazu geführt, dass sich in dem sehr viel kleineren Nachbarstaat der Absatz von E-Mobilen wie dem Opel Ampera verachtfacht habe, weil der „Käufermarkt sehr sensibel auf Förderung reagiert“, so Manfred Herrmann.

Manfred Herrmann„Weil das ständige Ausrollen von Ladekabeln wirklich keinen Spaß macht, sollte das induktive Aufladen weiter entwickelt werden.“
Manfred Herrmann, Opel (Bild: Fecht)

Einmal vollladen, bitte!

Als weiteres Hemmnis bei reinrassigen E-Autos (sogenannte BEV: Battery Electric Vehicle) bezeichnete er die geringen Reichweiten, die sich allerdings mit Range Extender (Reichweitenverlängerung durch einen kleinen Verbrennungsmotor) technisch leicht korrigieren ließen. Aber auch das Laden besonders der BEV ist immer noch ein Problem, da es zwar mittlerweile in Großstädten viele E-Ladestationen gäbe, die aber mit unterschiedlichsten Ladesystemen und Bezahlkonzepten arbeiteten.
Langsameres Laden sei generell sinnvoller – gegen Schnellladen spreche die Physik. Hermann: „Wenn Sie ein Elektroauto für eine Fahrt von 300 Kilometern in drei Minuten tanken wollen, benötigen Sie eine Anschlussleistung von einem Megawatt.“

Mobile Energie-Puffer

Mobile Energie-Puffer: Berliner testen in einem Leuchtturmprojekt der Bundesregierung seit kurzem mit 20 Volkswagen e-up! intelligentes Laden mit SchwarmStrom. Bild: VW

Aufladen lieber über Nacht

Statt nun ein teures Netzwerk von kleinen Blockheizkraftwerken für Schnell-Ladetankstellen aufzubauen, biete sich das langsame E-Tanken über Nacht oder etwa am Arbeitsplatz an. Hermann: „Weil das ständige Ausrollen von Ladekabeln wirklich keinen Spaß macht, sollte das induktive Aufladen weiter entwickelt werden.“ Zu den Entwicklern derartige Systeme zählt beispielsweise Intis Integrated Infrastructure Solutions aus Hamburg, die in einem Verbundvorhaben das induktive Laden während der Fahrt untersucht. Für die induktive Energieübertragung setzen die Hanseaten einen sogenannten Lufttransformator ein, der aus einem Sendesystem in der Straße und einem Energie-Empfänger (Pickup) am Fahrzeugboden besteht.

Nicht nur für Ökofreaks

Doch der Erfolg des E-Autos hängt nicht nur von staatlichen Subventionen, Preisen, Infrastruktur oder Technik ab. Den bislang vernachlässigten Aspekt Design brachte Prof. Lutz Fügener von der Fakultät für Gestaltung (Transportation Design) an der Hochschule Pforzheim ins Spiel. „Das Heraustreten des Elektrofahrzeugs aus der Nische der Ökofreaks und ihre zunehmend positiv imagebildende Außenwirkung sorgen in letzter Zeit spürbar für Rückenwind“, beobachtete der Transport-Designer.

„Es ist nun an der Zeit, noch einen Schritt weiter zu gehen und die ausgetretenen Wege des konventionellen Fahrzeugbaus zu verlassen.“ jl

Von Nikolaus Fecht
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Nikolaus FechtNikolaus Fecht
freier Autor für ke NEXT