Dr. Wolfgang Ziebart, Technical Design Director bei Jaguar Land Rover
Jaguar Land Rover
MTZ: Mit dem I-Pace haben Sie sich sehr hohe Ziele gesetzt. Sie wollten ja nicht weniger, als einen Benchmark zu setzen?
Ziebart: Das Ziel war nicht, ein konventionelles Auto zu bauen, das von einem Elektromotor angetrieben wird, sondern ein Fahrzeug, das die Möglichkeiten, die ein auf rein elektrischen Antrieb ausgelegtes Fahrzeug bietet, vollständig ausnutzt. Ich konzentriere mich jetzt seit drei Jahren, als ich den Posten des Entwicklungschefs abgegeben habe, auf die Serienentwicklung des I-Pace. Entsprechend liegt mir das Modell auch am Herzen.
Was waren designtechnisch die Hauptherausforderung bei einem E-Auto? Reden wir von neuen Normen? Muss man sich ganz neuen Regeln unterwerfen?
Das war eigentlich weniger ein Thema. Die Elektromobilität ist ja im Moment dabei, Fahrt aufzunehmen, da hat die Normung noch nicht alle Bereiche erfasst. Gott sei Dank hat man diese Situation aber genutzt, um eine Reihe von Dingen tatsächlich festzulegen und so verhindert, dass die Hersteller in unterschiedliche Richtungen entwickeln. Ich denke da zum Beispiel an die Ladestecker und auch an Testprozesse, denn es müssen sich auch die Lieferanten anpassen können. Das ist im Gange, aber Sie haben ja das Design angesprochen. Ein Elektroauto sieht eigentlich anders aus, als ein klassisches Auto.
Eigentlich ist ja eine Motorhaube nicht mehr zwingend nötig, oder?
Das ist richtig. Es gibt ja vorne keinen voluminösen Verbrennungsmotor mehr, keinen Platzbedarf für die Abgasnachbehandlung und kein Mehrganggetriebe mehr. Dieser Raum kann für die Fahrgastzelle genutzt werden. Durch dieses sogenannte Cab-forward-Design können wir, bezogen auf die Außenlänge mehr Innenraum darstellen, als man das bei einem klassischen Auto machen kann.
Was bedeutet das im Umkehrschluss für die Crashsicherheit? Also Fußgängerschutz, Seitenaufprall, alles was wir momentan am konventionellen Auto genormt haben?
Die Crashsicherheit – insbesondere beim Frontalcrash – hängt nicht unbedingt von der Länge der Motorhaube ab, sondern vom freien Deformationsweg, den dieser Vorbau gestattet. Wenn Sie eine sehr lange Motorhaube haben und dann einen sehr langen Motor, der als starres Element keinerlei Verformung zulässt, dann führt dies auch zu keinem guten Crashverhalten.
Aber vielleicht noch etwas zu den Designelementen: Erster Punkt wie gesagt, ist der grundsätzlich kurze Vorbau. Zweites Designelement ist der sehr lange Radstand. Zumindest wenn Sie ein kompromissloses Auto bauen und keine existierende Plattform nehmen, bei der sie dann wenig Freiheiten haben. Aber wenn Sie vom weißen Blatt Papier beginnen, wie wir das getan haben, dann können Sie natürlich solche Dinge realisieren. Vor allem wenn Sie ein Zweimotorkonzept einsetzen, also vorne und hinten je ein Antriebsmotor.
Inwieweit ist denn die Plattform, die Sie jetzt entwickelt haben, skalierbar?
Diese Plattform nennen andere ja gerne Skateboarddesign: Ein flache Batterie unten, davor und dahinter ein Elektromotor. Hier wird immer gerne die Skalierbarkeit besonders herausgestellt, vor allem in der Länge. Innerhalb gewisser Grenzen geht das auch, vielleicht eine Fahrzeugklasse über und unter dem Kernmodell, aber außerhalb braucht man dann zum Beispiel größere oder kleinere Antriebe. Auch ist die Batteriegröße nicht kontinuierlich variabel, sondern man muss die resultierende Spannung beachten. Dann bleibt zwar das Prinzip des Skateboarddesigns, aber die Komponenten sind trotzdem neu.
Der I-Pace wird ja bei Magna Steyr gebaut. Kommen dann auch die Motoren von dort, oder wurden die selbst entwickelt?
Die Motoren sind reine Inhouse-Entwicklungen von uns. Das sind permanenterregte Synchronmotoren. Der Antrieb ist zudem eine Besonderheit, weil es Hohlmotoren sind. Eine Abtriebswelle geht durch den Motor durch. Meistens nutzt man sogenannte Offset-Motoren. Da sind Motor und Abtrieb nicht auf einer Achse. Bei uns schon und der Motor umschließt eine Abtriebswelle. Das bringt einen Raumgewinn in Längsrichtung, das Crashverhalten wird verbessert und wir sparen noch ein paar Kilo Gewicht, auch wenn es nicht die billigste Lösung ist.
Das Zweimotorsetup bedeutet aber auch, dass sie permanenten Allradantrieb haben? Oder gibt es Situationen, in denen man einen Motor abschaltet?
Wir haben eine recht komplexe Festlegung der Momentenverteilung nach vorne und hinten. Wenn die volle Leistung abgerufen wird, werden natürlich beide Motoren in gleicher Weise beaufschlagt. Wenn das nicht der Fall ist, haben wir in Abhängigkeit der erforderlichen Längskraft und der Geschwindigkeit eine Tabelle, in der festgelegt wird, wie sich die Drehmomente verteilen. In erster Näherung beschleunigen wir hauptsächlich über die Hinterachse. Das Rekuperieren beim Bremsen, und wir können bis zu 150 Kilowatt verzögern, erfolgt dann im Wesentlichen über die Vorderachse.
Jaguar ist ja auch bekannt für ein sportliches Fahrverhalten und ein sehr dynamisches Kurvenverhalten. Wie stellen sie dieses beim I-Pace sicher?
Wenn sie zwei Motoren im Einsatz haben, die auch in etwa gleich groß und stark sind, dann haben Sie Freiheiten in der Beeinflussung der Fahrdynamik, die Sie bei keinem konventionellen Fahrzeug erleben können. Sie können ja theoretisch die Drehmomente vorne und hinten völlig frei einstellen. Das führt dann dazu, dass wir Handling-Eigenschaften realisieren können, die sonst nicht darstellbar wären. Wir haben die Stabilitätsregelung und die Momentenverteilung in ein Konzept integriert. Das heißt, bei kleineren Driftwinkeln wird die Stabilitätsregelung ausschließlich über die Motoren gemacht. Wird eine Längskraft auf den Motor gegeben, vermindert sich an dieser Achse die mögliche Seitenkraft. So können wir den I-Pace allein über die Motoren und nicht über Bremseingriffe stabilisieren. Das merken sie besonders, wenn sie dynamisch fahren. Beschleunigt oder verzögert man ein Fahrzeug in einer Kurve, vor allem bei niedrigem Reibwert, so reagieren die meisten Fahrzeuge mit mehr oder weniger heftigem Über- bzw. Untersteuern und die Stabilitätsregelung greift über die Bremsen ein. Der I-Pace hingegen fährt ganz natürlich, fast unspektakulär.
Wirkt sich die hohe Rekuperation der Motoren auf die Bremsendimensionierung aus?
Nein, die Dimensionierung der Bremsen wird durch Extremtests bestimmt, nicht durch normalen Gebrauch, auch wenn Sie die Bremse wesentlich weniger betätigen, als normal. Insbesondere dann, wenn Sie auf den hohen Rekuperationsmodus gehen. Dann fahren Sie den Wagen eigentlich im Single-Pedal-Feel, nur noch mit dem Gaspedal.
Das heißt, die Rekuperation lässt sich in Teilbereichen einstellen?
Wir haben zwei Modi, hoch und niedrig. Im Niedrigen verhält sich das Auto, wie man es gewohnt ist, mit einem gewissen Schleppmoment wie beim Verbrennungsmotor. Und man kann auch das Creep, das Ankriechen wie man es vom Automatikgetriebe kennt, einstellen. Allerdings haben wir gesehen, dass diese Modi nur anfangs, während der Eingewöhnungsphase an ein Elektrofahrzeug, benutzt werden. Nach einiger Zeit wählen fast alle Fahrer die hohe Rekuperationsstufe und schalten das Kriechen aus, wählen also das Single-Pedal-Feel.
Das bedeutet, wenn ich vom Gas gehe, kann ich nicht segeln, sondern es wird sofort gebremst?
Ja, richtig. Der Wagen bremst mit etwa 0,2g, wenn Sie vollständig vom Gaspedal heruntergehen. Wenn Sie anschließend auf das Bremspedal treten, wird nicht sogleich die mechanische Bremse betätigt, sondern wir rekuperieren weitere 0,2g. In der Summe können wir also 0,4g rein über Rekuperation verzögern.
Von wem kommt die Batterie?
Sie können sich ja vorstellen, dass es im Prinzip drei Hersteller gibt. Der eine davon macht im Wesentlichen Rundzellen für Tesla. Wir haben hier Pouch-Zellen. Und die anderen beiden sitzen in Korea.
Warum fiel die Wahl auf die Pouch-Zelle?
Grundsätzlich gibt es keine guten oder schlechten Zellformate. Die Pouchzelle, die zylindrische Zelle und die prismatische Zelle haben alle spezifische Vor- und Nachteile und die Wahl hängt von dem spezifischen Einsatz ab. Wir haben uns für die Pouchzelle entschieden, denn sie gestattet ein sehr gutes Packaging, eine hohe Dichte an aktivem Zellmaterial, weil es kaum verlorenen Raum gibt, wie etwa bei einer Rundzelle. Wenn Sie zum Beispiel keinen sehr regelmäßigen Aufbau haben, sondern eine fragmentierte Batterie, dann ist natürlich eine solche Pouch-Zelle nicht optimal, denn sie ist meist relativ groß. Dann kommen Rundzellen durchaus in Betracht, denn sie sind kleiner und lassen sich an den Bauraum besser anpassen.
Ganz wesentlich ist auch, ob sich in dem Bauraum der Batterie mit dem gewählten Zellformat ein gutes Kühlungskonzept darstellen lässt. Wichtig ist hier nicht nur eine gute Wärmeabfuhr bei hohen Belastungen, vor allem beim Schnellladen, sondern auch eine gleichmäßige Temperatur im gesamten Batterieblock und auch in jeder einzelnen Zelle. Wir kühlen die Pouchzellen über die Kante der Zelle, da die Wärmeleitung in Richtung der Elektroden wesentlich besser ist als senkrecht dazu.
Sie garantieren 160.000 Kilometer bei einer Restkapazität von 70 Prozent. Danach gibt es eine Second-Life-Strategie?
160.000 Kilometer beziehungsweise acht Jahre ist das, was wir garantieren. Das heißt aber nicht, dass wir erwarten, dass die Batterie danach ausgetauscht werden muss. Wir glauben viel mehr, dass die Batterie eigentlich die Lebensdauer des Autos erreichen sollte, wenn man sie nicht extrem beansprucht.
Was heißt extrem benutzt?
Es gibt Belastungen, die eine schnelle Alterung der Batterie bewirken, und es gibt solche, die eigentlich die Lebensdauer der Batterie verlängern. Zum Beispiel sind alle hohen Ströme, ganz egal, ob Sie ständig Schnellladen oder ständig maximal beschleunigen, nicht optimal für die Lebensdauer. Oder die Batterie steht lange bei hohen Außentemperaturen in vollgeladenem Zustand.
Bei konventionellen Fahrzeugen haben die Kunden über viele Jahre gelernt, wie man die Lebensdauer der Komponenten erhöht, zum Beispiel, indem man nicht das Fahrzeug mit schleifender Kupplung an einem Hang festhält. Bei einem Elektrofahrzeug liegt dieser Lernprozess noch vor uns.
Und wenn die Batterie jetzt verbraucht ist beziehungsweise nur noch 70 Prozent Kapazität hat, dann gibt es Zwischenspeichermöglichkeiten?
Ja, dann gehen wir auf jeden Fall von einem Second-Life aus. 70 Prozent Kapazität sind bei einer 90-Kilowattstunden-Batterie immer noch 60/65 Kilowattstunden. Das ist ja immer noch eine ganz erhebliche Kapazität, wenn Sie es beispielsweise mit einem Batteriespeicher für eine Solaranlage zuhause vergleichen, der vielleicht 10 Kilowattstunden Kapazität hat.
Aber gibt es auch eine ersthafte Recyclingstrategie nach Second-Life?
Wir gehen davon aus, dass eine Batterie weitere zehn Jahre in diesem Second Life nutzbar ist. Ein Recycling ist dann frühestens in 20 Jahren von heute gerechnet relevant. Was das Recycling betrifft, so gibt es sehr viele mögliche Verfahren, die sich allerdings meist im Prototypenstadium befinden. Dies liegt daran, dass der Bedarf an aufzubereitenden Fahrzeugbatterien heute noch sehr klein ist. Aber wenn er aufkommen sollte, ist zu erwarten, dass wesentliche Bestandteile der Batterien recyclierbar sind.
Vielen Dank für das Gespräch, Herr Dr. Ziebart.