Alternative Antriebssysteme Trends in der Elektromobilität

Das Thema Elektromobilität ist derzeit in aller Munde. Der Weg dorthin ist aber ist lang und schwierig. So ist die Hybrid-Technik eine wichtige Übergangstechnologie auf diesem Weg. Was ist da bislang gemacht worden? Für die vollständige Elektrifizierung des Autos sind aber bessere und vor allem günstigere Akkus nötig. Wohin geht da die Reise?

Rund drei Millionen Elektrofahrzeuge und Plug-in-Hybride sowie etwa sechs Millionen Hybridautos bei 103 Millionen weltweit neu produzierten Fahrzeugen erwartet Bosch. Ab dem Jahr 2025 werden elektrifizierte Antriebe zunehmend stärker das Bild im Straßenverkehr prägen. Auf dem Weg zum vollelektrisch betriebenen Automobil stellt die Hybrid-Technik mit ihren unterschiedlichen Ausprägungen eine wichtige Übergangstechnologie dar.

Bosch fokussiert sich derzeit auf zwei Vollhybrid-Konzepte, die über kurze Distanzen das rein elektrische Fahren möglich machen: der Parallel-Voll- und der Axle-Split-Hybrid. Beide unterstützen mittels Boostfunktion in bestimmten Fahrsituationen den Verbrenner. Dadurch lassen sich künftig Otto- oder Dieselmotoren kleiner auslegen. Vom heutigen Stand ausgehend lassen sich - ohne weitere motorische Maßnahmen - der Verbrauch und der CO2-Ausstoß um 25 Prozent bis 30 Prozent reduzieren. Beim Parallel-Vollhybrid ist die elektrische Maschine zwischen Verbrennungsmotor und Getriebe in den Antriebsstrang integriert.

Der Axle-Split-Hybrid (Bild 1) hat einen Verbrennungsmotor auf der Vorderachse und einen Elektroantrieb für die Hinterachse. Positiver Nebeneffekt dieser Auslegung ist der zusätzliche Allradantrieb. Mit seiner Systemkompetenz zielt Bosch darauf ab, das komplexe Zusammenspiel von Verbrennungsmotor, E-Maschine und Kupplung zu gewährleisten - einschließlich nützlicher Zusatzfunktionen wie etwa dem »Segeln« oder dem »Boosten«.

Beim »Segeln« geht der Verbrennungsmotor aus und das Fahrzeug rollt frei, ohne Kraftstoff zu verbrauchen. Alle Sicherheits- und Komfortsysteme funktionieren uneingeschränkt weiter. Bei der Boost-Funktion wird der Verbrennungsmotor bei hohem Leistungsbedarf - etwa beim Überholen - durch den Elektromotor kurzzeitig unterstützt. Seit 2010 liefert Bosch die Parallel-Vollhybridtechnik für Porsche Cayenne und Volkswagen Touareg sowie zwischenzeitlich auch für den Porsche Panamera.

In diesem Jahr startet PSA mit dem Peugeot 3008 HYbrid4, dem ersten Dieselhybrid weltweit, ausgestattet mit der innovativen Axle-Split-Hybrid-Technik von Bosch. Bis 2013 geht Bosch bei zwölf Autoherstellern in 20 Projekten mit Kernkomponenten wie E-Maschine, Leistungselektronik oder Batterietechnik in Serie. Daimler und die Bosch arbeiten zudem an der Gründung eines Joint Ventures, in dem Elektromotoren entwickelt und gefertigt werden sollen.

Das Unternehmen mit dem Namen EM-motive wird ab dem Jahr 2012 die Traktionsmaschinen für Elektrofahrzeuge der Marken Mercedes-Benz und smart liefern. Der Vertrieb an Dritte wird über Bosch erfolgen. Ein besonders interessantes Konzept stellt der Plug-in-Hybrid dar. Er ist grundsätzlich gleich aufgebaut wie die bereits genannten Systeme, lässt sich dank entsprechendem Ladegerät jedoch auch an jeder Haushaltssteckdose aufladen und verfügt über eine Batterie mit größerer Kapazität. Dadurch erhöht sich die rein elektrisch zu fahrende Distanz des Hybridfahrzeugs auf rund 40 Kilometer pro Batterieladung.

In städtischen Ballungsgebieten ist damit über Wochen hinweg ein umweltfreundliches, rein elektrisch und lokal emissionsfreies Fahren möglich. Gleichzeitig lassen sich mit einem Plug-in-Hybriden auch lange Distanzen verbrennungsmotorisch zurückzulegen - etwa wenn es in den Urlaub geht.

Kostenreduktion als Schlüssel

Technisch betrachtet ist der Schritt vom Hybrid- zum Elektroauto zwar nicht sehr groß, doch auf der Kostenseite stehen noch große Herausforderungen an. Bosch rechnet damit, dass im Jahr 2020 ein Elektrofahrzeug rund 45 Prozent teurer sein wird als ein vergleichbares Fahrzeug mit Verbrennungsmotor. Ein wesentlicher Aspekt bei Weiterentwicklung und Produktion von Komponenten für elektrische Antriebe stellt daher die Reduzierung der Systemkosten dar.

Wachsende Stückzahlen bedeuten zudem sinkende Preise, sinkende Preise zunehmende Akzeptanz. Dies trifft auf alle Projekte im Bereich der Elektromobilität zu: vom eBike über den Hybriden und Plug-in-Hybriden bis hin zum Elektrofahrzeug. Kostenreduktion steht daher im Bosch-Lastenheft ganz oben.

Insbesondere die Batteriekosten sind für den Erfolg elektrifizierter Antriebe ein entscheidender Faktor. SB LiMotive, das Joint Venture von Bosch mit Samsung SDI, visiert bis 2015 einen Preis von 350 Euro pro Kilowattstunde an, bis 2020 sollen es 250 Euro sein. Auch technisch werden die Lithium-Ionen-Zellen immer ausgereifter (Bild 2).

Wesentliche Parameter wie Energie- und Leistungsdichte sowie die kalendarische Lebensdauer und Zyklenfestigkeit werden Schritt für Schritt verbessert. Bis 2015 wird eine 35-kWh-Batterie von SB LiMotive eine Reichweite von 200 Kilometern erzielen können und eine Lebensdauer entsprechend dem Anspruch der Automobilindustrie von wenigstens zwölf Jahren haben. In den drei Jahren seit seiner Gründung konnte SB LiMotive mit heute rund 850 Mitarbeitern mehrere bedeutende Kunden gewinnen. So wird das Unternehmen Lithium-Ionen-Zellen für den BMW i3 und den 1er ActiveE liefern.

Im elektrisch angetriebenen Fiat 500 EV wird ein komplettes Batteriesystem von SB LiMotive die Energie bereitstellen. Außerdem hat ein US-Konsortium von Chrysler, GM und Ford einen Auftrag in Höhe von 8,4 Millionen US-Dollar für die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batteriezellen und -systemen an SB LiMotive vergeben. Bis 2015 plant SB LiMotive im koreanischen Ulsan die Kapazität der Zellenfertigung auf gut vier Gigawattstunden pro Jahr hochzufahren - ausreichend für rund 180 000 Elektrofahrzeuge. Da immer mehr europäische Automobilhersteller eine Zusammenarbeit mit SB LiMotive planen, wird voraussichtlich nach 2013 auch in Europa eine Fertigung aufgebaut.

Neue Geschäftsfelder

Neben dem klassischen System- und Komponentengeschäft bietet die Elektromobilität für Bosch das Potenzial, neue Geschäftsfelder zu erschließen. Ein Beispiel ist der Aufbau der Ladeinfrastruktur. So entwickelt Bosch Software Innovations eine Softwareplattform für das Laden von Elektrofahrzeugen sowie für die Reservierung von Ladestationen und die Abrechnung der bezogenen Energie (Bild 3).

Ladesäulen von Bosch Software Innovations bilden die Schnittstelle zum Stromnetz der Energieversorger und dem Endverbraucher. Software und Ladesäulen werden seit Juni 2011 in einem Pilotprojekt in Singapur eingesetzt. Auch die Bosch-Car-Service-Werkstätten und der Geschäftsbereich Automotive Aftermarket rüsten sich für den künftigen Markt.

Bosch unterstützt Kfz-Werkstätten mit Diagnosesys-temen für Hybridfahrzeuge und praxisorientierten Schulungen. Da Elektromobilität nur dann sinnvoll ist, sofern die Energie dafür aus regenerativen Quellen stammt, kümmert sich Bosch auch um die Energiewandlung. Bosch Solar Energy ist einer der großen Hersteller von Zellen und Modulen für Photovoltaikanlagen. Weitere Aktivitäten auf diesem Zukunftsmarkt sind Getriebe für Windkraftanlagen und Projekte für Gezeitenkraftwerke.