„Zurück zur Vernunft“: Das E-Auto braucht Leichtbau

26.11.2019

 

Die Behauptung, beim E-Auto sei das Fahrzeuggewicht aufgrund der Rekuperation von Energie beim Bremsen egal, ist falsch.

Die Annahme, dass das Gewicht bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eher zweitrangig ist, hält sich wacker. Beim Bremsen würde die Energie sowieso wieder zurückgewonnen werden, lautet die Begründung der Verfechter dieser These. Doch sie ist falsch.  Zahlen und die Physik des Fahrwiderstands lügen nicht. E-Drive Entwicklungsingenieure von EDAG haben einmal im realen urbanen Fahrmodus genau nachgerechnet: Die Rekuperation kann nur einen gewissen Teil der eingesetzten Energie beim Bremsen zurückgewinnen. Und: In der Simulation kam das um 100 Kilogramm leichtere Fahrzeug auf einen um vier Prozent geringeren Energieverbrauch. Wissenschaftler am Fraunhofer Institut für Chemische Technologien ICT und des KIT Instituts für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) kommen unabhängig von der Untersuchung von EDAG mit einem Modellversuch zum gleichen Schluss.

Auf einen Blick:
- Die Behauptung, beim E-Auto sei das Fahrzeuggewicht aufgrund der Rekuperation von Energie beim Bremsen egal, ist falsch.
- Hohe Reichweiten in Form von großen Batterien sind schwer und teuer – mit Leichtbaumaßnahmen hat man hier als Hersteller einen Wettbewerbsvorteil.
- Das 100kg leichtere E-Fahrzeug verbraucht auf 100km vier Prozent weniger Energie

„Auch wenn einschlägige Studien etwas anderes behaupten – so etwas wie ein Perpetuum Mobile gibt es nicht und ein leichteres Fahrzeug ist wirtschaftlicher als ein schweres. Daran lassen die Zahlen der Untersuchung der Karlsruher Forscher keinen Zweifel“, sagt Dr. Wolfgang Seeliger, Geschäftsführer der Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg. „Kein Leichtbaubedarf beim E-Auto? Mehr Widersinn in einer Aussage ist kaum zu schaffen, verletzt man doch in einem Schwung die Grundlagen Newton’scher Mechanik, die Zusammenhänge der Elektrochemie und die Gesetze der elektrischen Induktion“, ergänzt Dr. Ulrich W. Schiefer, Gründer der Stuttgarter Entwicklungs- und Beratungsgesellschaft Attrack GmbH.

Rekuperation hat nur einen Wirkungsgrad von rund zwei Dritteln
Das Ausgangsszenario für die Untersuchung des Fraunhofer ICT in Kooperation mit dem KIT FAST: Welchen Einfluss hat eine Gewichtseinsparung von 100 Kilogramm auf den Verbrauch eines E-Autos? Dieser wurde für einen VW Golf im WLTP und im RDE Testverfahren ermittelt – und zwar einmal mit und einmal ohne die 100 Kilogramm als Zuladung. „Anschließend haben wir diese Daten in eine Gesamtfahrzeugsimulation eingespielt, die auch den Wirkungsgrad verschiedener Komponenten des Antriebsstrangs berücksichtigt“, erklärt Prof. Frank Henning, stellvertretender Institutsleiter des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT. Denn: „Die Leistungselektronik und die E-Maschine haben im Mittelwert nur einen Wirkungsgrad von etwa 80 Prozent, die Batterie von 95 Prozent. Es gibt dort Verluste, etwa durch Schaltungen, Abwärme oder Reibung“, so Henning weiter. „Es geht also unweigerlich Energie beim Betrieb eines E-Fahrzeugs verloren. Von daher kann rein logisch schon gar nicht mehr die gesamte Energie beim Bremsen zurückgewonnen werden. Außerdem hat die Rekuperation selbst nur einen Wirkungsgrad von etwa zwei Drittel“, ergänzt Seeliger.

Bis zu vier Prozent weniger Verbrauch
Die Simulationen und Berechnungen der Karlsruher Forscher haben ergeben, dass eine Masseneinsparung von 100 kg zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs von vier Prozent führt. „Der Roll-, Beschleunigungs- und der Steigungswiderstand verringern sich bei einem leichteren Fahrzeug signifikant“, sagt Henning. Durch eine Reduzierung der Fahrzeugmasse um 100 Kilogramm könne laut Henning der Energiebedarf des angenommenen Fahrzeugs um circa vier Prozent verringert werden. Ein weiterer Nebenaspekt: Das Fahrzeuggewicht wirkt sich nicht nur auf die Effizienz des Fahrzeugs aus. „Die Fahrdynamik wird bei einem höheren Gewicht beeinträchtigt und der Reifenverschleiß nimmt zu“, fügt Henning hinzu.

Leichter und dadurch wettbewerbsfähiger sein
„Wir sollten die Zukunft der Mobilität und der Elektrifizierung nicht allein den Betriebswirten, sondern wieder stärker den Ingenieuren überlassen und zur Vernunft zurückkehren“, meint Dr. Martin Hillebrecht, Leiter Innovation der EDAG Engineering GmbH. „Ich bin mir sicher, dass unsere Automobilhersteller einen Wettbewerbsvorteil verpassen, wenn sie das Thema Leichtbau weiterhin wie in den letzten Jahren auf Lücke setzen“, so Hillebrecht weiter. „Leichtere urbane E-Fahrzeuge mit Nutzer angepassten, skalierbaren und leichterem Energiespeichersystem und Antriebsstrang ermöglichen weniger Kosten und Energie. Reichweite in Form von Batterien ist aber teuer – und gewichtig. Mit Leichtbau lässt sich hier also Geld sparen“, erklärt Seeliger.

Gerade im Hinblick auf den aktuellen Umbruch im Mobilitätssektor könne dies ein Wettbewerbsvorteil sein: „Das ist eine ganz einfache Rechnung: Wer dank Leichtbau sein Fahrzeug leichter werden lässt, kann Kunden im Vergleich zu seinen Mittbewerbern entweder ein Fahrzeug mit höherer Reichweite bei gleicher Batteriekapazität bieten oder das Fahrzeug günstiger anbieten, da die teure Batterie durch das geringere Gewicht kleiner ausfallen kann“, so Seeliger weiter.

„Ohne Leichtbau keine Mobilität von Morgen.“
In einer Studie der Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg wurden die bisher weitestgehend ungenutzten Potentiale des sogenannten Konzeptleichtbaus im Mobilitätssektor untersucht. „Oft bekommen wir zu hören, Leichtbau sei teuer und würde sich nicht lohnen. Aber die Simulation von EDAG sowie die Untersuchung des Fraunhofer ICT und des KIT-FAST zeigen, welchen enormen Einfluss das Gewicht auf den Verbrauch hat. Und in unserer Studie zeigen wir wiederum Möglichkeiten, wie man dank Konzeptleichtbau Kosten sparen und wettbewerbsfähiger sein kann – denn Leichtbau muss nicht teuer sein“, sagt Seeliger. Durch Sensorik für das autonome Fahren, dem Wunsch nach mehr Komfort durch Assistenzsysteme und nicht zuletzt dem Umstand, dass für ein schwereres Fahrzeug auch erhöhte Crashsicherheitsmaßnahmen notwendig sind, die ihrerseits wiederum das Fahrzeuggewicht steigen lassen, werde laut Seeliger in den kommenden Jahren das Fahrzeuggewicht weiter steigen. Deshalb ist sich Dr. Wolfgang Seeliger sicher: „Ohne Leichtbau keine Mobilität von Morgen.

Studie kostenfrei zum Download

Die Studie „Mit Konzeptleichtbau ungenutzte Potentiale heben“ steht kostenlos zum Download für Sie bereit. Unter diesem Link finden Sie auch die ausführliche „Platinum Edition“, die weiteren Informationen und Zahlen der Untersuchung enthält: www.leichtbau-bw.de/studien