Bochum/Stuttgart (dpa/tmn)
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E-Auto der Zukunft ist ein segelndes Leichtgewicht

Wenn die Klimaanlage läuft, das Vehikel etwas hermacht und die Batterie Leistung zeigen muss - dann braucht das E-Auto so richtig Futter. Oder? Hersteller stellen Feinschliffe mit Sparpotenzial vor.

Von Fabian Hoberg, dpa
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Lesezeit  4 Min
E-Auto der Zukunft
Effizient zu neuen Ufern: Die Autohersteller arbeiten daran, auch den Verbrauch von Elektroautos zu senken.  Foto: Mercedes Benz AG/dpa-tmn

Schneller, stärker, komfortabler - auch auf dem E-Auto-Markt ist die Konkurrenz hart. Sämtlicher Luxus hat in der Tendenz zu immer größerem Stromverbrauch geführt. Ein Trend, dem nun der Kampf angesagt wird.

Mercedes hat Anfang des Jahres mit seiner Studie EQXX Vision gezeigt, dass ein Verbrauch von unter 10 kWh auf 100 Kilometer möglich ist. Bei einer Langstrecken-Testfahrt benötigte das Konzeptfahrzeug 8,7 kWh pro 100 Kilometer. Zum Vergleich: ein kompakter VW ID.3 verbraucht im Schnitt nach WLTP-Messverfahren mindestens 14,9 kWh/100 km, ein BMW i3 15,3 kWh/100 km. Bei laufender Klimaanlage im Sommer oder Heizung im Winter schnellt der Verbrauch über die 20 kWh.

Der Clou beim Mercedes EQXX: eine besonders aerodynamische Karosserie. 62 Prozent der Antriebsenergie verwendet ein Fahrzeug darauf, Luft aus dem Weg zu räumen. 20 Prozent der Energie fallen auf die Reifen und nur 18 Prozent entfallen auf das Gewicht. «Beim Stromverbrauch ist es wichtig, zuerst die Aerodynamik zu verbessern, dann das Gewicht und schließlich die Reifen. Erst danach folgen E-Motor und Batterie», erklärt Malte Sievers, Entwicklungsingenieur bei Mercedes.

Tropfenförmige Karosserien senken den Verbrauch

An dem Konzeptfahrzeug mit einem cW-Wert von nur 0,17 (Maßzahl für Luftwiderstand) feilten die Ingenieure so lange im Windkanal, bis keine Verbesserung mehr möglich war - bei einem Serienfahrzeug sind einige der Details aus Produktionsgründen aber nicht umsetzbar.

Ähnlich wie bei einem Auto mit Verbrennungsmotor sorgen eine kleinere Stirnfläche und eine windschlüpfrige Karosserie für einen geringen Luftwiderstandsbeiwert und damit für einen geringeren Verbrauch. «Tropfenförmige Karosserien, bei denen am Heck das Dach abfällt wie beim Tesla Model Y oder beim Mercedes EQXX, sind sehr effizient», sagt Haydar Mecit, Professor für urbane Energie- und Mobilitätssysteme am Institut für Elektromobilität der Hochschule Bochum.

Fließende Formen werden daher ein Trend, um den Verbrauch zu reduzieren. Zur Aero-Effizienz zählt aber auch unter anderem das Design der Felgen. «Optisch geschlossene Räder minimieren Verwirbelungen und damit auch den Verbrauch», sagt er. Hersteller setzen auf spezielle Reifen-Mischungen, um möglichst mit geringem Widerstand für mehr Reichweite abzurollen.

Leichtgewichte brauchen weniger Saft

«Je weniger das Fahrzeug wiegt, desto weniger kinetische Energie muss es beim Anfahren anwenden», gibt auch Mecit zu bedenken. Neben leichterem Stahl oder dem Einsatz von Aluminium liegt das meiste Potenzial in der Batterie. Moderne Fahrzeugbatterien wiegen bei Elektrofahrzeugen im Durchschnitt 700 Kilogramm. «In den nächsten fünf Jahren wird die Energiedichte weiter steigen und das Gewicht der Batterie um voraussichtlich 20 bis 30 Prozent sinken», sagt Mecit.

Weiteres Einsparpotenzial: Durch den Einsatz von Siliciumcarbid in den Chips, einer Verbindung aus Silicium (Si) und Kohlenstoff (C), verringern sich Verluste bei hohen Betriebsspannungen. Kommen bei bisherigen E-Fahrzeugen 90 Prozent der Energie am Rad an, sind es beim Mercedes EQXX etwa 95 Prozent. Fünf Prozent mehr Effizienz sorgt für eine größere Reichweite oder eine kleinere, leichtere Batterie. Die Lithium-Ionen-Batterie soll künftig flüssige Elektrolyten erhalten und damit wie im EQXX 20 Prozent mehr Energie bereitstellen.

Wie viel Entwicklung ist noch drin? Verbräuche unter 10 kWh auf 100 Kilometer hält Professor Mecit bei Serienfahrzeugen in dieser Dekade für möglich. «Im E-Antrieb ist noch viel Entwicklungspotenzial, während beim Otto- und Dieselantrieb längst der Zenit erreicht ist», sagt er. Dem E-Antrieb traut er noch über 30 Prozent Effizienzgewinne zu.

Dazu zählt die Optimierung der Elektronik des Antriebsstrangs. Zwei Bauarten von E-Motoren verwenden Autohersteller derzeit: Synchron- und Asynchronmotoren. Der permanent erregte Synchronmotor kommt auf den höchsten Wirkungsgrad. Bisher kostet der aufgrund des Einsatzes seltener Erden am meisten, ein Asynchronmotor ist günstiger, arbeitet aber weniger effizient.

«Künftig werden sowohl die eingesetzten Elektrobandstähle sowie auch Wicklungen im Motor weiter optimiert. Das wird für mehr Leistung und weniger Stromverbrauch sorgen», sagt Mecit. Vorteil Tesla: Bei der Batterie hat der US-Hersteller rund fünf Jahre technischen Vorsprung, beim E-Motor mindestens sieben Jahre gegenüber anderen Herstellern.

Es wird an allen Stellschrauben gedreht

Jens Obernolte leitet bei Volkswagen das Energie- und Gewichtsmanagement und kümmert sich um den Stromverbrauch bei der VW ID-Reihe. Um den Verbrauch weiter zu senken, dreht er mit seinem Team an vielen Stellschrauben. Beim Nachfolger des aktuellen ID.3 peilt Volkswagen eine Gewichtseinsparung von etwa fünf Prozent an, beim Verbrauch eine Reduzierung von bis zu 20 Prozent.

Möglich werden soll das unter anderem durch eine Steigerung der Effizienz von Antriebsstrang, Aerodynamik, Thermomanagement, Bremssystem und Energierückgewinnung. «Die Einsparung erreichen wir durch viele kleine Veränderungen im Gesamtfahrzeug und nicht nur mit der Effizienzsteigerung einer Komponente», sagt Jens Obernolte.

Das Thermomanagement zählt zwar nicht in den WLTP-Verbrauch ein, Autofahrer merken es aber im Alltag, wenn sie Klimaanlage oder Heizung nutzen. Bei der Batterie plant Volkswagen zur nächsten Generation eine größere Energiedichte. Stromverbräuche von unter 10 kWh auf 100 Kilometer hält auch der VW-Experte in den nächsten zehn Jahren für realistisch, allerdings nur für Limousinen. Die bieten eine geringere Stirnfläche als SUV und lassen sich aerodynamisch effizient optimieren.

Nicht nur die Hardware zählt

Geringe Verbräuche lassen sich aber auch mit einer verringerten Geschwindigkeit erreichen. Ab 60 km/h hat der Luftwiderstand einen signifikanten Anteil am Verbrauch, ab rund 70 km/h kosten jede weitere 10 km/h rund 10 Prozent Mehrverbrauch. «Beim Elektroauto ist Geschwindigkeit alles. Fahrer können bei Langstrecken den Verbrauch senken, indem sie langsamer fahren, statt 130 km/h nur rund 120 km/h», sagt er. Wenn sie dadurch ein Zwischenladen vermeiden können, sind sie am Ende auch schneller am Ziel.

Auch Assistenzsysteme wie die Segelfunktion helfen beim Energiesparen. «Bei einer effizienten Fahrweise bremsen Autofahrer nicht, sondern segeln oder rekuperieren ausschließlich», sagt er. Da der Rollwiderstandsbeiwert einen hohen Einfluss auf den Verbrauch hat, sollten E-Auto-Fahrer möglichst lange auf optimierten Sommerreifen unterwegs seien. Mit korrektem Reifendruck segelt und fährt es sich optimal.

Studie Mercedes Vision EQXX
Aerodynamisch ausgefeilt: Die Studie Mercedes Vision EQXX ist so strömungsoptimiert, dass der cW-Wert bei 0,17 liegt.  Foto: Mercedes-Benz AG/dpa-tmn
Mercedes Studie Vision EQXX
Alltagserfahren: In einer Testfahrt fuhr die Studie Vision EQXX über 1000 Kilometer mit einer Akkuladung. Dabei ging es Anfang April 2022 laut Mercedes von Sindelfingen über die Schweizer Alpen und Norditalien nach Cassis an der Côte d’Azur. Für Mercedes-Technikchef Markus Schäfer ist «Effizienz die neue Währung».  Foto: Mercedes-Benz AG/dpa-tmn
Reichweite erhöhen
Kostbare Energie: Das Ziel der Entwickler ist, den Stromverbrauch zu senken. Aber auch die Autofahrer selbst können etwa mit einer niedrigeren Reisegeschwindigkeit ihre Reichweite erhöhen.  Foto: Zacharie Scheurer/dpa-tmn
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