"Wir brauchen sehr viel Strom und neue Fahrzeugkonzepte"

Nie waren die Aufgaben so vielfältig wie in dieser Phase der Automobilentwicklung, sagt Prof. Dr. Horst Friedrich vom DLR. Mehrere Energieträger - diverse Kraftstoffe, Strom und Wasserstoff - müssten in einen je nach Einsatzprofil sinnvollen Mix mit teilweise neuen Fahrzeugkonzepten münden. ATZelektronik diskutiert mit dem Leiter des Instituts für Fahrzeugkonzepte die anstehenden Aufgaben für den elektrifizierten Antriebsstrang.

Sehr geehrter Herr Professor Friedrich, eignen sich heutige Fahrzeugkonzepte überhaupt für den elektrischen Antrieb?
Für den Hybridantrieb beziehungsweise für die Assistenz des verbrennungsmotorischen Antriebs eignen sich sie sich - auch wenn OEMs, ob japanische oder europäische, diesbezüglich an Optimierungen arbeiten. Für den Elektroantrieb sollte das Fahrzeug allerdings neu erfunden werden. Denn um den Antrieb muss eine neue Fahrzeugarchitektur entstehen.

Welche Konzepte entstehen an Ihrem Institut?
Wir erarbeiten ein sogenanntes modularisiertes Antriebsstrangkonzept. Dieses deckt mit standardisierten Komponenten und skalierbaren Systemen alle sinnvollen Ausbaustufen der Elektrifizierung ab - von Mild- bis Plug-in-Hybrid plus Range-Extender sowie rein batteriebetriebene Elektrofahrzeuge. Wir orientieren uns hier einerseits an den auch in Zukunft zu erwartenden Bedürfnissen und dem Einsatzprofil von Autos in verschiedenen Märkten sowie solide evaluierten technischen Grenzen.

Wo sehen Sie die Eckpfeiler?
Von der Batterietechnik sind keine Wunder zu erwarten: 150 bis 170 Wh/kg, im besten Fall 200 Wh/kg bilden zunächst die Vorgabe. Das heißt: 150 Kilometer elektrisch gefahrene Reichweite lassen sich aufgrund des hohen Gewichtes der Batterien - vorzugsweise in der Mitte des Fahrzeuges integriert - vernünftig nur mit kleinen und leichten Stadtfahrzeugen oder notwendigen Lieferfahrzeugen realisieren. Wir brauchen demnach Plug-in-Hybridantriebe und Range-Extender, um mit größeren Fahrzeugen aber kleineren Batterien längere Strecken abzudecken. Die Brennstoffzelle als Range-Extender sorgt langfristig für emissionsfreies Fahren, wenn Wasserstoff regenerativ erzeugt wird.

Vom Portfolio nichts Neues. Wo stecken die Innovationen?
Die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batterien wird steigen. Ich rechne mit 300 Wh/kg bis 2015. In der weiteren Zukunft ist vorstellbar, dass man beispielsweise auch eine Batterie in handhabbare Portionen unterteilt - sozusagen die Spannungen teilt, und somit im Falle eines Crashs mehr Sicherheitspotenziale hat.

Was wird sich motorseitig tun?
Seit über vier Jahren arbeiten wir beispielsweise an einem Freikolbenlinearmotor, der chemische Energie in elektrische wandelt. Dabei wird Otto- oder Dieselkraftstoff verbrannt, in eine oszillierenden lineare Bewegung eines Kolbens in einer Spule umgesetzt und Strom erzeugt. Der Charme des Motors, der als Range-Extender fungieren kann, liegt in seiner deutlich kompakten Bauweise gegenüber konventionellen Generatoren sowie einem in Teilbereichen bis zu sechs Prozentpunkten besseren Wirkungsgrad im Vergleich mit einem Ottomotor, der Strom erzeugen soll. Der Linearmotor lässt sich auch mit Erdgas oder Wasserstoff betreiben. Daran arbeiten wir ebenfalls. Mittlerweile fand mit der Firma Universal Motor Concept (UMC) eine Ausgründung unserer Entwicklung statt, die wir forschungsseitig weiterhin unterstützen.

Sie entwickeln einen elektrischen Radnabenmotor. Inwieweit unterscheidet sich Ihr Konzept vom Michelin-Projekt Active-Wheel?
Einen direkten Vergleich möchte ich hier nicht anstrengen. Größtes Unterscheidungsmerkmal ist, dass wir nicht alle Fahrwerkskomponenten in das Rad integrieren. Bei allem Respekt gegenüber der Leistung Michelins und dem sicher befruchtenden Wettbewerb: Unter Kostengesichtspunkten, Einfachheit bei Montage und Reparaturbedingungen befürworten wir, auch gerne aktive Fahrwerkfunktionen extern zu belassen. Wir konzentrieren uns auf den Motor und die Hochintegration von Leistungselektronik und Bremse ins Rad.

Welches Leistungsgewicht erzielen Sie?
Wir liegen derzeit bei 0,8 Kilowatt pro Kilogramm für den kompletten Antrieb, allerdings ohne Getriebe. Diesen guten Wert schaffen wir unter anderem durch den konsequenten Einsatz von Leichtbauwerkstoffen. Hier profitieren wir von Entwicklungen aus dem Forschungsverbund des DLR und demnach auch unserer Luft-und Raumfahrtsprogramme. Die Lösungen sind trotz Luftfahrt-Know-how für die Automobilindustrie bezahlbar. Das DLR-Institut für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen ist eines unserer wichtigen Partner bei der Radnabenentwicklung.
In den kommenden fünf Jahren rechnen wir mit einem ersten Prototyp. Das Prinzip funktioniert allerdings prototypisch bereits in einem Bugrad des Airbus A 320.

An welchen Komponenten im Elektroauto muss man zudem noch arbeiten?
Wir müssen uns beispielsweise unbedingt von der energiezehrenden Widerstandsheizung verabschieden und neuen Konzepten eine Chance geben: etwa Dünnschichtflächenheizungen, indirekten Strahlungsheizungen oder Latentwärmespeicher, die nach dem PCM-Prinzip funktionieren. PCM steht für Phase Change Material, vorzugsweise Polymerwerkstoffe, die beim Phasenübergang Wärme speichern und abgeben.

Denken Forscher spürbarer als zuvor über die zu erwartenden Marktchancen ihrer Projekte nach.
Das erwarte ich von Forschern generell. Allerdings wird die Einschätzung künftiger Fahrzeug- und Mobilitätskonzepte sowie deren Erfolgschancen deutlich komplexer - erschwert durch teilweise unsinnige Marktprognosen, denen wir nicht blauäugig begegnen können. Wir leisten zum Beispiel mit qualifiziert begründeten Modellierungen unserem einen Beitrag zu besseren Abschätzung. Mit unserem Simulationsmodell Vector 21 werden künftige Fahrzeugflottenzusammensetzungen vorausberechnet: mit Parametern wie Anforderungsprofile und den technische Möglichkeiten von Fahrzeugen, Kunden- und Einsatzprofile, Energiepreisentwicklungen, Energiemix und weitere. Diese Parameter lassen sich beliebig dynamisch miteinander verknüpfen und die daraus resultierenden Szenarien auswerten. Unser modulares Antriebsstrangkonzept hilft wiederrum, dynamisch auf Markttrends und Schwankungen zu reagieren.

Herr Professor Friedrich, vielen Dank für das Gespräch.


Autor(en): Markus Schöttle

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