Schwerpunkte
12. Juni 2017, 10:59 Uhr | Von Karl-Heinz Steinmetz
Die Entwicklung der Elektrifizierung in Hybrid.- und Elektrofahrzeugen.
Um einen Betrag für Umwelt- und Klimaschutz zu leisten, wird der Fahrzeugantrieb immer mehr elektrifiziert. Der nachfolgende Artikel gibt einen Überblick über gegenwärtige und zukünftige Technologien und geht auf technische Herausforderungen bei der Entwicklung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen ein.
In der Automobilindustrie findet eine Revolution statt, denn fortschrittliche Elektronik ermöglicht die Elektrifizierung des Fahrzeugantriebs und bringt Verbesserungen in Sachen Automatisierung, Sicherheit und Komfort. Aufgrund dieser Änderungen wird sich das Autofahren der Zukunft ganz entscheidend von der heutigen Erfahrung unterscheiden. Die Innenstädte werden voller autonom fahrender, schadstofffreier Elektrofahrzeuge sein, die sowohl untereinander als auch mit der Infrastruktur kommunizieren.
Die Fahrzeuge der Zukunft werden ihre Fahrgäste absetzen und sich dann zu Parkplätzen begeben, wo sie über Induktionsschleifen ihre Akkus wiederaufladen, bis sie wieder angefordert werden. Auch an Kreuzungen und anderen Stellen, wo Autos zum Halten kommen, wird man Induktions-Pads zum Nachladen der Fahrzeugbatterien finden. Die Fahrzeuge werden gezielt für ihren jeweiligen Verwendungszweck ausgelegt sein und den Fahrgästen vielfältigste Kommunikationsfunktion für Arbeit und Unterhaltung bieten – niemand muss mehr selber fahren. Derartige Autos werden nicht nur viel mehr Komfort beim Fahren bieten, sondern auch einen deutlich größeren Teil der Zeit in Gebrauch sein als heutige Pkw, wodurch Fahrwege und Energie effizienter genutzt werden.
Ob diese Vision die Zukunft präzise wiedergibt, sei dahingestellt. Fakt ist aber, dass fortschrittliche Elektronik den Weg zu vielen Änderungen im Automobil ebnet – angefangen beim Antrieb. Das Interesse der Automobilhersteller und ihrer Kunden gilt mehr und mehr den verschiedenen Arten von Elektro- und Hybridfahrzeugen sowie den elektronisch unterstützten Verbrennungsmotoren, um den Kraftstoffverbrauch und den Schadstoffausstoß auf kosteneffektive Weise zu verringern.
Die Zahl der Elektrofahrzeuge wird langsam, aber sicher wachsen und bis 2025 nahezu 5 Prozent des weltweiten Absatzes ausmachen, wie das Marktforschungsunternehmen IHS Automotive erwartet. Hybridlösungen aus Elektro- und Verbrennungsmotor wird man bis 2025 in rund 22 Millionen Autos finden, das sind etwa 20 Prozent der weltweit verkauften Autos. Die Popularität der Hybridfahrzeuge rührt daher, dass den Herstellern – abgesehen vom geringeren Kraftstoffverbrauch und Schadstoffausstoß – die Gelegenheit geboten wird, Schritt für Schritt die Technologien zu entwickeln, die für die Elektrifizierung erforderlich sind, und den Konsumenten Zeit für die Umgewöhnung einzuräumen. Wie schnell diese Umstellung vonstattengehen wird, hängt von den staatlichen Vorgaben und der Marktnachfrage ab.
Innovationen in der Elektronik ermöglichen den Umstieg auf Hybrid- und Elektroantrieb und auch weniger revolutionäre Optionen, beispielsweise Start-Stopp-Automatik und Rekuperation; diese fungieren ebenfalls als Wegbereiter für Neuerungen hinsichtlich der Effizienz, der Sicherheit, des Komforts und der Automatisierung. In zunehmendem Maße sind Autos auf integrierte Schaltungen (ICs) angewiesen, die Zustände erfassen, Aktoren ansteuern, Signale umwandeln, die Kommunikation unter den Systemen im Fahrzeug abwickeln und entscheiden, was zu tun ist – häufig sogar ohne Mithilfe des Fahrers.
Für den Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehene ICs müssen auch bei extremen Spannungen, Strömen, Temperaturen und Vibrationen funktionsfähig sein und zuverlässig arbeiten, damit die Sicherheit des Fahrzeugs und seiner Insassen gewährleistet ist.
Auf dem heutigen Markt fragt eine kleine, spezielle Gruppe von Konsumenten Elektrofahrzeuge nach, während eine größere Minderheit für den Kauf von Hybridfahrzeugen motiviert ist, da diese mittlerweile seit zehn Jahren Erfolg haben. Die überwiegende Mehrzahl der Käufer aber sucht nach elektronischen Features, die den Wirkungsgrad und die Leistungsfähigkeit der Verbrennungsmotoren verbessern. Eine Übersicht über die gesamte Palette dieser Konfigurationen zeigt die Tabelle.
Elektrifizierte | Senkung des | |
|---|---|---|
| Start-Stopp-Automatik | 12 V | 2 bis 5 Prozent |
| Mikro-Hybrid | 12 V | 3 bis 10 Prozent |
| Mildhybrid | 48 V | 8 bis 15 Prozent |
| Mildhybrid HV | (ca. 100 V) | 10 bis 16 Prozent |
| Vollhybrid | 200 V bis 450 V, einige 48 V | 20 bis 50 Prozent |
| Plug-in-Hybrid | 100 V bis 800 V | 40 bis 80 Prozent |
| Rein elektrisch | 100 V bis 800 V | 100 Prozent |
Darin ist für die verschiedenen Assistenz- und/oder Antriebs-Levels die Senkung des Kraftstoffverbrauchs im normalen Betrieb gegenüber einem heutigen Fahrzeug mit Standardantrieb angegeben.
