Audi meets University: Die Mobilität von morgen

Gentlemen, wie fahren wir in Zukunft? Forscher und Entwickler von Audi und der Technischen Universität München sprechen über die Mobilität von morgen. In einem Punkt sind sie sich einig: Wir erleben derzeit den größten Umbruch in der Geschichte des Automobils – und zwar als sanfte Revolution.

Experten-Forum (v. l.): Peter Pilgram (Audi), Prof. Dieter Gerling (Hochschule der Bundeswehr), Peter Kunsch (Audi), Siegfried Pint (Audi), Andreas Schultze (TUM), Matthias Kerler (TUM) und Prof. Markus Lienkamp (TUM).
AUDI FUTURE IDEAS

Meine Herren, wie fahren wir 2025?

Lienkamp: Bei Strecken im Bereich von etwa 200 Kilo­meter gehe ich davon aus, dass im Jahr 2025 der rein elektrische Antrieb in einer Vollkostenbetrachtung günstiger sein wird als der konventionelle.

Pint: Der elektrische Antrieb setzt sich immer stärker durch. Zu den Otto- und Dieselmotoren werden wir 2025 eine große Bandbreite an Plug-in-Hybriden und reinen Elektroantrieben anbieten. Die Modellpalette fächert sich immer weiter auf, was von uns eine saubere Be­herrschung der Komplexität verlangt. Eher uninteressant werden Hochvolt-Hybride ohne elektrische Fahr­anteile, Mild-Hybride mit 48 und 12 Volt sind technisch die einfachere und bei den Kosten die bessere Lösung. Außerdem rechne ich mit der Brennstoff­zellen­tech­nologie, allerdings in überschaubaren Anteilen.

 

In welchem Tempo wird sich die Elektromobilität in Deutschland durchsetzen?

Lienkamp: Ich glaube, dass das Ziel der Bundesregie­rung von einer Million Elektroautos bis 2020 ein bisschen überambitioniert ist. Aber nach meiner Einschät­zung sinken die Kosten für Elektroautos, sodass sie ab dem Jahr 2020, 2022 das Niveau von Autos mit klassischen Antrieben erreichen. Bis dahin haben wir Bat­teriepreise von 120 Euro pro Kilowattstunde erreicht; somit ist die Wirtschaftlichkeit gegeben.

Peter Pilgram, Entwicklung Hochvoltbatterien Audi.

Entspricht das den Erwartungen bei Audi?

Pilgram: Ich hoffe, dass wir schneller dahin kommen. Wir wollen ja schon 2018 mit unserem Elektro-Power-SUV auf Basis des e-tron quattro concept in die Groß­serie starten, und da spielen die Kosten natürlich eine wichtige Rolle.

 

Welcher Zelltechnologie und welchem Zellformat gehört die Zukunft?

Kerler: Wir können feststellen, dass die sehr großformatigen Zellen anscheinend nicht der richtige Weg sind. Beim Format ist es eine Frage der Anwendung, die individuell entschieden werden muss.

Pilgram: Wir haben da mit unseren Zellmodulen eine gute Lösung gefunden. Das sind standardisierte quaderförmige Gehäuse, etwas kleiner als ein Schuhkarton. Diese können wir mit Pouchzellen oder prismatischen Zellen füllen. Auch für Rundzellen haben wir eine Lö­sung. Dank dieser Module sind wir offen für neue Ent­wicklungen und können diese schnell ins Auto bringen. Die Batterien für unsere Fahrzeuge werden wir in Euro­pa fertigen, und wir sind gerade dabei, auch die Zell­produktion nach Europa zu holen.

Matthias Kerler, wissenschaftlicher Mitarbeiter, leitet die Forschungsgruppe für Elektrofahrzeugkomponenten, Bereich Batteriespeicher, an der TU München.

Welche Technologie nach Lithium-Ionen hat die besten Chancen?

Lienkamp: In den letzten 20 Jahren gab es jährlich eine siebenprozentige Verbesserung der Energiedichte bei den Zellen. Viele Fachleute erwarten, dass sich dieser Trend über die nächsten fünf bis acht Jahre fortsetzt.

Pilgram: Das deckt sich mit unseren Entwicklungen und Erwartungen, wir sind in vier Jahren von einer 22- auf eine 37-Ah-Zelle gekommen. Das Lithium-Ionen-Sys­tem, so wie man es heute versteht, hat sicher eine gute Zukunft. Die neuen Technologien sind noch nicht so weit; vor 2025 werden wir keine von ihnen im Fahrzeug sehen.

Lienkamp: Ich sehe nochmal weitere 20 Prozent Ver­besserung, wenn die Automobilindustrie die Zellen vor dem Serieneinsatz nicht erst drei oder vier Jahre lang erproben würde …

Pint: Wir führen die Elektromobilität so ein, dass sie reibungslos und sicher funktioniert. Denn nichts wäre ein größeres Hemmnis als ein Fehlerfall, der im schlim­m­­s­ten Fall sogar gefährlich sein kann. Deswegen bin ich ein großer Verfechter einer risikoarmen Strategie – wohl wissend, dass man deswegen auch mal Entwick-lungszeiten adjustieren und letztendlich auch die Eu­phorie einbremsen muss.

Beim Schnellladen geht es meistens darum, Energie für die restliche Strecke nachzuladen. Das ist für die Batterie gut verkraftbar. (Matthias Kerler)

Ich denke, dass das Lithium- Ionen-System, so wie man es
heute kennt, noch eine gute Zukunft vor sich hat. Die neuen Technologien sind noch nicht so weit – vor 2025 werden wir keine von ihnen im Fahrzeug sehen.
(Peter Pilgram)

Peter Pilgram: Akzeptieren die Kunden überhaupt die Ladezeiten, wenn sie heute in wenigen Minuten ihr Auto volltanken?

Lienkamp: Mal ganz provokant: Im Moment brauchen Sie an der
Tankstelle fünf Minuten mit Bezahlen und machen sich beim Tanken noch die Hände schmutzig. Beim Elektroauto müssen Sie das nicht mehr, und das Auto ist jeden Morgen vollgeladen. Ich möchte die Diskussion ins Positive drehen. Man tut immer so, als ob das Elektroauto ein Problem hätte.

 

Herr Gerling, wie oft laden Sie denn Ihr Auto?

Gerling: Ich fahre seit gut eineinhalb Jahren ein Elek­trofahrzeug und habe schon etwa 50.000 Kilometer damit zurückgelegt. Und dabei verbringe ich weniger Zeit mit dem Laden als früher mit dem Tanken. Für längere Strecken brauche ich natürlich etwas mehr Zeit, aber insgesamt ist der Aufwand geringer geworden.

Lienkamp: Wir haben an unserem Lehrstuhl einen Elektro-Golf,
er hängt immer am Kabel, und jeder fährt damit einfach los. Wir haben damit viel weniger Auf­wand, als wenn wir an die Tankstelle fahren müssten, die fünf Kilometer entfernt ist.

 

Wie viel Reichweite brauchen E-Autos?
Pint: Es ist doch so, dass Kunden auch heute schon nur in Ausnahmefällen mehr als 300 Kilometer am Tag mit dem Auto fah­ren. Dennoch ist der Wunsch nach uneingeschränkter Mobilität stark ausgeprägt. Deswegen werden wir den e-tron quattro mit einer rein elektrischen Reichweite von mehr als 500 Kilometern anbieten. Im Normalfall lädt der Kunde das Auto bequem über Nacht in der heimischen Garage und kann jeden Morgen auf die volle Reichweite zugreifen.

Lienkamp: Wenn wir uns die Batterien anschauen, liegen wir auf Zellebene aktuell bei Energiedichten von 250 Wh pro Kilogramm. Wenn wir in diesem Bereich bis 300 Wh/kg kommen, wird es mit den Batterien selbst bei Reichweiten um die 300 Kilometer kein großes Gewichts- oder Packagethema mehr geben. Ich denke, das sind realistische, kundentaugliche Ziele.

Gerling: Wir müssen nicht davon ausgehen, dass sich in kurzer Zeit 100 Prozent der Autofahrer auf Elektro­mo­bilität umstellen werden. Es gibt weiterhin einige, die die Strecke Hamburg – München in einem Rutsch durchfahren wollen. Aber der Prozentsatz ist ziemlich niedrig. Und das, was heute mit der Elektromobilität machbar ist, deckt meiner Meinung nach schon den wesentlichen Teil der Kundenerwartungen ab. Die paar Prozent, die noch fehlen, werden nach und nach dazukommen.

Pilgram: Die durchschnittlichen täglichen Fahrstrecken lassen sich heute schon mit unseren e-tron-Plug-in-Hy­briden rein elektrisch absolvieren. Und für Lang­stre­cken mit E-Autos wird es ab 2018 ein 150-kW-Schnell­lade­netz geben. Damit können Sie nach ein paar hundert Kilometern – und da ist eine Pause ohnehin an­gebracht – schnell wieder zusätzliche Reichweite ins Autos bringen. Viele überzeugende Argumente, wie ich finde.

Kerler: Meistens wird es ja nicht um die Vollladung gehen, sondern darum, die Energiemenge für die restliche Strecke nachzuladen. Das geht schnell und ist auch mit hohen Ladeleistungen für die Batterie problemlos verkraftbar. Wir haben eine Umfrage gemacht – Er­geb­nis: Ein Großteil der Besitzer von Elektro­fahr­zeu­gen, die nicht schnellladefähig sind, würden sich ein solches Feature wünschen und es nachträglich einbauen lassen oder ein neues Elektrofahrzeug nur mit einem solchen Feature kaufen.

Professor Dieter Gerling, Leiter Elektronisches Institut für Elektrische Antriebstechnik an der Bundeswehruniversität München. Hauptthema: Antriebstechnik.

Können Elektroautos und Plug-in-Hybride aktive Teilnehmer der Energiewende werden?

Lienkamp: Das Charmante an der E-Mobilität ist, dass die E-Autos automatisch immer sauberer werden, weil der Ökostromanteil im Stromnetz kontinuierlich steigt. Dieser Trend muss weitergehen, und parallel dazu fah­ren wir die Elektromobilität hoch.

 

Was passiert mit den Batterien nach dem Ende des Fahrzeuglebens?

Pilgram: Wir legen unsere Batteriesysteme so aus, dass sie ein Fahrzeugleben lang halten und geben eine großzügige Garantie. Der Kunde wird erst nach zehn, 15 Jahren in den Bereich kommen, in dem er Fahrzeug oder Batterie zurückgibt. Dann sind die Batterien immer noch nutzbar. Zum Beispiel stationär in Speicherdepots, sodass diese Großspeicher Lastspitzen im Stromnetz abpuffern können.

Lienkamp: Heute kosten Pumpspeicherkraftwerke 250 Euro pro kWh installierter Kapazität. Wenn wir mit den Batteriekosten in die Bereiche kommen, die wir eben diskutiert haben, liegen wir darunter, dann sind solche Anwendungen in jedem Fall sinnvoll.

Siegfried Pint, Leiter Entwicklung elektronische Anriebe, Audi.
Wir führen die Elektro­mobilität so ein, dass sie reibungslos und sicher funktioniert. Ich bin ein großer Verfechter einer risikoarmen Strategie – wohl wissend, dass man deswegen auch mal Entwicklungszeiten adjustieren muss. (Siegfried Pint)

Wie wichtig ist die 48-Volt-Technologie, um eine kostengünstige Basiselektrifizierung zu realisieren?

Pint: Wichtiges Thema! Wir werden sogar mit 12 Volt noch eine Basis-Hybridisierung ermöglichen und diese 2017 auf den Markt bringen. Mit der 48-Volt-Techno­logie gibt es natürlich wesentlich mehr Möglichkeiten. Das erste Serienmodell von Audi mit 48 Volt präsentieren wir übrigens schon in wenigen Monaten. Der Vorteil ist, dass man hier elektrische Boost-Funktionen realisieren kann und so die Sprintperformance unglaublich verbessert. Die Kunden werden das lieben. Darüber hin­aus gibt es Komfort- und Effizienzfunktionen – etwa Klimatisierung ohne laufenden Antrieb oder den Rie­men-Starter-Ge­nerator, der sehr komfortables Segeln und eine sanfte
Start-Stopp-Funktion ermöglicht. Und wir werden 48-Volt-Systeme auch direkt in den An­triebs­­strang integrieren.

Gerling: Wir sind gerade dabei, rein elektrisches Fahren mit 300 kW Leistung und 48 Volt zu demonstrieren. So wie wir das im Moment ausgelegt haben, ist es sicher effizienter und preiswerter als ein Hochvolt-Antrieb.

Pint: Da kommen Sie aber auf Stromstärken von 7.000 Ampere – und glauben trotzdem kostengünstiger zu werden?

Gerling: Ja, kostengünstiger in allen Teilkomponenten. Wir haben ein erstes Funktionsmuster bei uns betriebsbereit im Labor. Ich denke, dass das ein Weg in die Zu­kunft sein kann.

Pint: Diese Stoßrichtung finde ich sehr interessant. Man sieht, wie vielfältig die neuen Möglichkeiten sind.

Peter Kunsch, Leiter Vorentwicklung Fahrwerk, Audi.

Welche Systeme profitieren denn noch von 48 Volt?

Kunsch: Da sind wir Fahrwerker ganz vorn dabei. Dank 48 Volt können wir ganz neue Funktionen entwickeln, zum Beispiel rekuperierende Fahrwerke. Über ein 12-Volt-Netz kann man die notwendigen Energie­men­gen nicht übertragen. Wir haben sogar ein Forschungs­projekt, bei dem der Dämpfer durch eine E-Maschine ersetzt wurde und bei jeder Bewegung Strom erzeugt. Je schlechter die Straße … Gute Straßen sind uns dennoch lieber. In Kürze zeigen wir unser erstes Serienauto mit elektromechanischer Wankstabilisierung. Dabei verdrehen kleine E-Motoren den Stabilisator so, dass der Aufbau bei Kurvenfahrt aktiv gestützt wird. So schnell und so präzise, dass auch bei großen hohen Autos ein neues Level an Fahrdynamik erreicht wird. Und der Kunde hat einen eindeutigen Mehrwert davon – er spürt ihn, auch ohne dass er 20 Jahre Erfahrung als Autotester hat.

Und welche Möglichkeiten gibt es noch?

Kunsch: Zum Beispiel Brake-by-Wire-Systeme, die ein sehr gutes Pedalgefühl vermitteln. Das ist wichtig, wenn hauptsächlich über die E-Maschinen verzögert wird statt über Bremsscheiben. Schultze: Stark entkoppelte Bremssysteme sind definitiv ein Trend. Ich denke, dass man bald gar keine hydraulischen Leitungen mehr durchs Fahrzeug führen muss. In Sachen Fahrdynamik werden sich außerdem Systeme zum Torque Vectoring immer weiter etablieren. Wir von der Technischen Universität München haben so ein System gezeigt, das rein elektrisch aktiviert ist und die Fahrstabilität deutlich verbessert. Ein Einsatz­zweck dafür wäre beispielsweise die Kombination mit Leichtlaufreifen – weniger Rollwiderstand bei gleicher Fahrdynamik.

Pint: Eine charmante Umsetzung war auf der IAA in Frankfurt zu sehen: der Audi e-tron quattro concept mit Zweimaschinen-Konzept auf der Hinterachse. Da lässt sich direkt mit den Traktionsantrieben ein enormes Dif­ferenzmoment einstellen, welches das Torque-Vec­to­ring-Potenzial von kupplungsbasierten Systemen weit übersteigt. Innerhalb von wenigen Millisekunden lassen sich die Momente superexakt verteilen. Und das wollen wir einerseits in Richtung Sicherheit und andererseits in Richtung Fahrspaß ausspielen. Mit Torque Vectoring ist es möglich, mit einem Fahrzeug, das nominell eher schwer ist, dem Fahrer gefühlt ein sehr leichtes, zackiges Handling zu bieten.

Schultze: E-Maschinen sind halt sehr schnell im An­sprechverhalten …

Andreas Schultze, wissenschaftlicher Mitarbeiter, Teamleiter Forschungsgruppe Fahrdynamik am Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik der TU München.

Elektromobilität bedeutet ja auch Fahren ohne Motorgeräusch. Was halten Sie von künstlichem Sound?

Gerling: Die Menschheit hat sich zwar seit hundert Jah­ren an Geräusche gewöhnt – aber das ist kein Natur­ge­setz. Es ist angenehm, leise unterwegs zu sein.

Pint: Mit der Elektromobilität, den neuen Connectivity-Angeboten und der Möglichkeit des pilotierten Fahrens ergibt sich ein schönes, sehr angenehmes Mobilitäts­erlebnis. Meines Erachtens entwickelt sich die Rück­zugszone Automobil zu einem ganz neuen Lebensraum. Dafür ist der Elektroantrieb die ideale Antriebsart. Mit synthetischem Sound wollen wir diese nicht beeinflussen.

Kerler: Eine kleine Anekdote: Ich habe meinem Paten­kind ein Spielzeugauto geschenkt. Mittlerweile habe ich es geschafft, dass es bei ihm nicht mehr „brummbrumm“, sondern „ssssssst“ macht. Ich mag das Säu­seln von Leistungselektronik und E-Maschine, das klingt so schön futuristisch.

Professor Markus Lienkamp, Leiter Lehrstuhl Fahrzeugtechnik TU München, kümmert sich seit sechs Jahren vor allem um den Aufbau von Komplettfahrzeugen.
Bei Strecken im Bereich von etwa 200 Kilometer dürfte 2025 der rein elektrische Antrieb in einer Vollkosten-betrachtung günstiger sein als der konventionelle. (Prof. Markus Lienkamp)

Eine Bitte noch: Sagen Sie uns doch zum Abschluss des Gesprächs, wie Ihr ideales Elektroauto aussehen würde.

Lienkamp: Ganz klar ein Zweitwagen, ein Zweisitzer, kostengünstig und trotzdem agil.

Gerling: Ich fahre bereits mein ideales Elektroauto, wo bei ich aber die Marke nicht verrate.

Mit 48 Volt können wir ganz neue Funktionen entwickeln und auch bei großen Autos ein neues Level an Fahrdynamik erreichen. Und der Kunde hat einen Mehrwert davon, den er sofort spürt. (Peter Kunsch)

Kerler: Zum einen würde ich mir 300 Kilometer Reichweite wünschen, im Winter vielleicht 250 Kilometer. Und - bitte, bitte: kein abgehobenes Design! Das Audi darf ruhig irgendwie elektrisch aussehen, aber nicht hässlich.

Schultze: Ich wünsche mir die eierlegende Wollmilchsau, wie ich sie bisher bei den Verbrennern noch nicht gefunden habe. Das heißt, ausreichende Antriebsleistung, ein gutes Fahrwerk und Fahrgefühl, und eine hohe Reichweite wäre natürlich auch noch schön.

Pilgram: 300 Kilometer Reichweite, um den Erstwagen ersetzen zu können, Schnellladefähigkeit und dazu vier Sitze für die Familie.

Kunsch: Mein ideales E-Auto ist ein Zweitwagen: sportlich, quattro, mindestens 150 Kilometer Reichweite.

Pint: Mein ideales Elektrofahrzeug kommt 2018 mit der Serienversion des Audi e-tron quattro concept. Die Reichweite ist mit mehr als 5000 Kilometer im NEFZ sehr hoch und das Fahrverhalten mit dem Drei-Maschinen-Antriebskonzept extrem dynamisch. Es ist auch dank seiner Funktionalität ganz klar erstwagentauglich. Aber es gibt noch ein Elektrofahrzeug, das ich gern hätte: ein Motorrad. Motorräder eignen sich ideal zur Elektrifizierung - geringe Reichweiten, weltweit großer Markt.

ELEKTROAUTOS VON DER TU MÜNCHEN

In Sachen Fahrdynamik werden sich Systeme zum Torque Vectoring immer weiter etablieren, wie wir von der TU München sie bereits gezeigt haben. (Andreas Schultze)

Der Mute, das rein elektrisch angetriebene Forschungsfahrzeug mit zwei Sitzen, entstand zwischen 2010 und 2012 an der TU München. Es wiegt nur 500 Kilogramm und vereint Innovationen aus 20 Lehrstühlen. Auf diesen Erkenntnissen baut das Forschungsprojekt Visio.M auf.

Unter der Leitung von Professor Markus Lienkamp entwickelte die TU München 2010 bis 2012 ein City-Elek­tro­auto, den Mute. Mit seiner Karosserie aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) und Aluminium wiegt der 3,55 Meter lange Zweisitzer leer nur 500 Kilogramm, eine E-Maschine mit 15 kW Leis­tung beschleunigt ihn auf 120 km/h Spitze. Die Reich­weite des in der Öffentlichkeit viel beachteten Versuchsträgers liegt über 100 Kilometer. Laut Berech­nung der TU Mün­chen soll der Mute in einer Serien­fertigung nicht mehr kosten als ein konventioneller Kleinwagen.
 

Auf Basis des Mute entstand 2014 in einem öffentlich geförderten Projekt eine zweite Fahr­zeug­studie: Der Visio.M ist in vielen Technikbereichen weiterentwickelt.
 
 
Johannes Köbler, Oliver Strohbach (Text), Ulrike Myrzik (Fotos)

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