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Mercedes-Benz Next: E-Mobilität.
  • Fahrzeugarchitektur mit Freiraum.

  • Fahrzeugarchitektur mit Freiraum.

    • 2. February 2017
    • E-Mobilität
    • Illustration: Andy Potts
    • Text: Walther Wuttke

    Der Elektromotor stellt Entwickler vor neue Herausforderungen. Jürgen Schenk, Daimler Chefingenieur für E-Fahrzeuge, im Interview.

    WELCHE ANFORDERUNGEN STELLT DIE NEUE ELEKTRO-GENERATION AN SIE ALS FAHRZEUGARCHITEKTEN?

    Jürgen Schenk: Reichweite, Verbrauch, Wirkungsgrad der elektrischen Systeme und darstellbare Ladezeiten sind die Themen, die bei elektrischen Antrieben neu berücksichtigt werden. Die Reichweite ergibt sich durch die speicherbare Energie und die für die Fahrt notwendigen Energieentnahmen. Die Fahrantriebe müssen entsprechend ihres Wirkungsgrads ausgelegt werden.

    Weil das Gesamtdesign des Fahrzeugs eines der wichtigsten Merkmale ist, müssen wir die Bauräume optimieren und den Elektroantrieb so kompakt darstellen, dass er innerhalb der Achse untergebracht werden kann. Natürlich dürfen dabei Drehmoment und Leistung nicht vernachlässigt werden, das sind die Merkmale für den Fahrspaß!

     

    „ACHSNAH“ BEDEUTET JETZT ABER NICHT DIE RÜCKKEHR ZUM RADNABENANTRIEB?

    Auf keinen Fall. „Achsnah“ bedeutet die Integration des Elektroantriebs in die Achsgeometrie. Sie muss so gestaltet werden, dass im Inneren des Achsmoduls der Bauraum für den Elektroantrieb freigehalten wird. Beim EQ ist uns das sehr gut gelungen. Dennoch bleibt es eine anspruchsvolle Aufgabe, an dieser Stelle einen kompletten Antrieb zu integrieren und gleichzeitig die Anforderungen an ein performantes Fahrwerk zu erfüllen.

    Mercedes-Benz: Jürgen Schenk.

    Jürgen Schenk, Leiter der Antriebsintegration für Elektroantriebe bei der Daimler AG

    WERDEN SICH DIE ENTWICKLUNGSINTERVALLE BEI DER ELEKTROMOBILITÄT VERKÜRZEN?

    Ja, das wird so sein. Wir haben in den vergangenen sechs Jahren insgesamt sechs Projekte von der Idee bis zur Produktionsreife abgeschlossen. Wir wissen inzwischen sehr genau, wie Elektromobilität professionell umgesetzt werden kann. Mit diesem Wissensschatz bewegen wir uns jetzt in die Zukunft. Zum Beispiel entwickeln und testen wir bereits sehr früh, sodass wir schon zu einem frühen Zeitpunkt qualifizierte Bewertungen der Komponenten und Systeme abgeben können. Dabei nutzen wir gemessene Bewegungsprofile von Elektrofahrzeugen unter realen Umwelt- und Betriebsbedingungen. Diese Testmuster nutzen wir für alle Neuentwürfe. Sie sind Grundlage für die beschleunigte Entwicklungsarbeit.

     

    WIE LASSEN SICH IN ZUKUNFT DIE TYPISCHEN MERCEDES-BENZ EIGENSCHAFTEN BEI ELEKTROMOBILEN DARSTELLEN?

    Wir können auf Basis von Algorithmen beliebige Erlebnisprofile für unsere Kunden darstellen. Das werden wir auch in konfigurierbaren Fahrprogrammen abbilden, sodass ein Kunde am Ende sein individuelles Programm abrufen kann. Die Bandbreite der Leistungen und Drehmomente von einem Vierzylinder bis zu einem Zwölfzylinder lässt sich auch mit Elektromotoren erlebbar machen – mit Ausnahme der Geräuschkulisse.

    „ Wir können beliebige Erlebnisprofile für die Kunden darstellen. “

    Jürgen Schenk, Leiter der Antriebsintegration für Elektroantriebe bei der Daimler AG

    WIE WIRKT SICH DIE ELEKTROMOBILITÄT AUF DIE TECHNISCHE PERIPHERIE, ALSO BREMSEN, LENKUNG UND FAHRWERK, AUS?

    Die Hauptanpassungen in der Elektrofahrzeugarchitektur betreffen den Unterboden in der Fahrzeugmitte und den Aufbau, um die Batterie aufnehmen zu können. Beim Vorder- und Hinterwagen wird es Veränderungen im Gesamtentwurf geben. Wenn der Bauraum des Verbrennungsmotors samt Getriebe durch einen kompakten Elektromotor ersetzt wird, muss ein vollkommen neues Crashkonzept entwickelt werden. Bei Achsen, Lenkung und den anderen Themen können wir die Lösungen aus unseren Modulbaukästen entsprechend anpassen. Wir müssen das Auto nicht komplett neu erfinden.

     

    BEIM DREHMOMENT ERÖFFNEN SICH MIT DEM ELEKTROANTRIEB VOLLKOMMEN NEUE DIMENSIONEN. WIE ZÄHMEN SIE DIESEN VORWÄRTSDRANG?

    Das Drehmomentverhalten unterscheidet sich in der Tat deutlich von dem eines Verbrenners. Wir müssen da regelnd eingreifen, weil wir sonst an die mechanischen und menschlichen Belastungsgrenzen stoßen. Wir streben keine Beschleunigungswerte an, denen der menschliche Körper nicht gewachsen ist. In der Formula Student Electric zum Beispiel schlagen die elektrischen Boliden inzwischen die Verbrenner nach Belieben. Heute kämpfen die Uni Stuttgart und die Uni Zürich um den Beschleunigungsweltrekord von Null auf 100 km/h. Der liegt aktuell bei 1,513 Sekunden. Allerdings sind die Fahrer dieser Wagen so austrainiert wie Astronauten, damit sie diese Beschleunigungswerte überhaupt überstehen können und nicht ohnmächtig werden.

    „ Wenn der Verbrennungsmotor durch einen Elektromotor ersetzt wird, muss man ein vollkommen anderes Crashkonzept entwickeln. “

    Jürgen Schenk

    WANN KOMMT DAS E-MOBIL MIT 800 KILOMETERN REICHWEITE, DAS SICH IN 15 MINUTEN AN DER SÄULE LADEN LÄSST?

    Das wird in der kommenden Dekade möglich werden. Allerdings ist Reichweite nicht der einzige Optimierungswert. Wir müssen den Kunden vielmehr die Balance aus Batteriegröße und Ladetechnik anbieten, die zu ihrem Fahrprofil passt. Die meisten Kunden fahren höchstens zehn Mal im Jahr mehr als 500 Kilometer. Das bedeutet: Sie laden höchstens zehn Mal auf der Langstrecke. Wenn man alle Ladevorgänge im Laufe eines Jahres addiert, kommt man beim Elektrofahrzeug auf rund 300 – 400 Minuten, die der Kunde aufwenden muss, um sein Fahrzeug mit der Ladesäule zu verbinden. Und wer über Nacht lädt, muss nicht daneben stehen. Zum Vergleich: Ein konventionell angetriebenes Fahrzeug steht mindestens 50 Mal im Jahr an der Tanksäule und zehn Mal an einer Autobahntankstelle. Das ergibt rund 360 Minuten im Jahr. In diesem Bereich sind die Unterschiede zwischen den Antriebsformen also schon verschwunden.

     

    BISHER FEHLEN DER ELEKTROMOBILITÄT ABER NOCH EINE LADEINFRASTRUKTUR UND EIN EINHEITLICHES BEZAHLKONZEPT.

    Als Antwort auf die Wünsche unserer Kunden nach einer dichten Ladeinfrastruktur haben wir uns mit anderen Herstellern verpflichtet, eine Hochleistungs-Ladeinfrastruktur aufzubauen. Bei dieser kann mit bis zu 350 Kilowatt geladen werden, sodass eine 75-Kilowattstunden-Batterie in weniger als 20 Minuten auf 80 % geladen werden kann. Unser Engagement ergänzt die staatlichen Pläne, die zusätzlich bis zu 42.000 Ladesäulen vorsehen. Beim Bezahlen muss man in der Tat zu innovativen Lösungen wie Bezahlen über Handy oder direktes Abrechnen zwischen Fahrzeug und Infrastruktur kommen.

    „ Bezahlen über Handy oder direktes Abrechnen zwischen Fahrzeug und Infrastruktur. “

    Jürgen Schenk

    WIE SIEHT DIE ENTWICKLUNG BEI DEN PLUG-IN-HYBRIDEN AUS, UND WANN WIRD SICH DIE ELEKTRISCHE REICHWEITE DEUTLICH VERGRÖSSERN?

    In sehr naher Zukunft wird sich die Reichweite auf gut 50 Kilometer vergrößern. In der nächsten Dekade sind 100 Kilometer realistisch. 80 Prozent der Fahrten sind dann elektrisch realisierbar.

     

    IN WELCHEN SEGMENTEN WIRD DIE E-MOBILITÄT AM SCHNELLSTEN FUSS FASSEN?

    Vom Stadtwagen bis zur Luxusklasse. Es wird da keine Ausnahme geben. Der Stadtwagen braucht eine Reichweite von rund 150 Kilometern. Bei der E- oder S-Klasse reichen 150 Kilometer allerdings nicht. Wir müssen den Sweetspot zwischen Ladezeit und Energieinhalt finden. Da treffen wir uns bei 500 Kilometern Reichweite und 15 bis 20 Minuten Ladezeit. Wenn der Kunde in Zukunft bemerkt, wie viele Vorteile die Elektromobilität bringt, wird er sich für E-Mobilität entscheiden. Schließlich wollen wir unsere Kunden nicht überreden, sondern überzeugen.

    „ Wir müssen den Sweetspot zwischen Ladezeit und Energieinhalt finden. “

    Jürgen Schenk

    Elektromobilität rechnet sich.

    Elektrofahrzeuge werden im kommenden Jahrzehnt bei den Kosten mit der konventionell angetriebenen Konkurrenz gleichziehen. Bis zum Ende der Dekade werden die E-Mobile bei den Gesamtbetriebskosten sogar günstiger sein als die konventionell angetriebenen Modelle. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie des Europäischen Verbraucherverbands BEUC. Voraussetzung für dieses Szenario ist allerdings eine deutliche Verschärfung der Abgasvorschriften innerhalb der EU.

    Nach den Untersuchungen der Brüsseler Organisation werden die durchschnittlichen Gesamtbetriebskosten eines Elektromobils, gemessen über einen Vierjahreszeitraum, im Jahr 2024 das Niveau eines Verbrenner-Modells erreichen. Diese Entwicklung ist vor allem den sinkenden Anschaffungskosten für die Elektromobile geschuldet. Nach Berechnungen des BEUC werden sich allein die Preise für die Energiespeicher in den kommenden Jahren angesichts der zu erwartenden Skaleneffekte deutlich verringern.

    Zwischen 2020 und 2030 werden sich, so die Autoren der Studie, die Gesamtbetriebskosten von Elektrofahrzeugen und Verbrenner-Modellen angleichen und in der Folge sogar geringer ausfallen. Nach diesen Berechnungen unterbietet bereits ein im Jahr 2020 gekauftes Elektromobil über seine gesamte Laufzeit die Gesamtbetriebskosten eines Verbrennermodells deutlich. Danach verursacht ein Benziner insgesamt Kosten in Höhe von 57.939 Euro, während das E-Mobil auf 51.079 Euro kommt. „Im kommenden Jahrzehnt“, so die BEUC-Generaldirektorin Monique Goyens, „sollten Elektrofahrzeuge nicht mehr nur für Besserverdiener erschwinglich sein, sondern auch für die breite Masse aus finanzieller Sicht interessant werden.“

    In einer Modellrechnung verglichen die Experten jeweils ein Verbrenner- und ein Elektromodell aus dem C-Segment miteinander. Im Jahr 2018 waren die Gesamtbetriebskosten über vier Jahre beim konventionell angetriebenen Fahrzeug um knapp acht Prozent geringer als beim Elektrofahrzeug. Die Mehrkosten gingen dabei eindeutig auf das Konto der Herstellungskosten für die Batterien des E-Mobils. Im Jahr 2020 wird diese Differenz auf vier Prozent sinken und sich danach bis 2025 auf 1,5 Prozent verringern. Ende der 2020er-Jahre schließlich wird der Unterschied bei überschaubaren 0,5 Prozent liegen, was sich auf rund 100 Euro übersetzt. Gleichzeitig wird sich die Reichweite der Elektromobile auf durchschnittlich 320 Kilometer vergrößern.

    Im gleichen Zeitraum, so die BEUC-Experten, „wird der bedeutende Preisrückgang bei den Elektrofahrzeugen die Möglichkeit eröffnen, dass sie zwischen den Jahren 2020 und 2030 für den Massenmarkt erreichbar werden.“

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