Volkswagen

Wolfsburg / Berlin, 28. Juni 2011 - Volkswagen präsentiert heute in Kooperation mit 6 Partnern und dem deutschen Bundesumweltministerium den Status quo des im Juli 2008 gestarteten „Flottenversuchs Elektromobilität“. Übergeordnetes Ziel des bis Juni 2012 laufenden Projektes: die konsequente Nutzung erneuerbarer Energien für elektrisch angetriebene Fahrzeuge. Volkswagen setzt im Rahmen des Flottenversuchs als Forschungsfahrzeuge insgesamt 20 Golf Variant twïnDRIVE der aktuellen Generation ein, deren Plug-In-Hybridan¬trieb im urbanen Einsatz vorwiegend emissionsfrei via Elektroantrieb arbeitet. Der Golf Variant twïnDRIVE ermöglicht rein elektrisch gefahrene Distanzen von bis zu 57 Kilometern; darüber hinaus sorgt ein kleiner Verbrennungsmotor für eine Gesamtreichweite von rund 900 Kilometern. Prof. Dr. Martin Winterkorn, Vorstandsvorsitzender der Volkswagen AG, zum twïnDRIVE: „In den Städten emissionsfrei zu fahren, und dennoch weitaus größere Distanzen als reine Elektrofahrzeuge zurücklegen zu können – damit setzt das twïnDRI-VE-System von Volkswagen neue Maßstäbe und könnte sich mittel-fristig für das Gros der Autofahrer zur idealen Antriebsform entwi-ckeln.“

Flottenversuch trifft Energiewende

Generell erlangt der „Flottenversuch Elektromobilität" mit den Geschehnissen in Japan und dem aktuell von der Bundesregierung forcierten Ausstieg aus der Atomenergie höchste Bedeutung. Hintergrund: Bis 2020 soll der Bestand an reinen Elektrofahrzeugen, so die Pläne der Bundesregierung, allein in Deutschland eine Million Exemplare erreichen. Und diese Fahrzeuge müssen nachhaltig – mit erneuerbaren Energien – betrieben werden, um einen signifikanten Fortschritt im Umweltschutz zu erzielen.

Volkswagen setzt auf erneuerbare Energien

Volkswagen hatte bereits deutlich vor der Energiewende den verstärkten Einsatz regenerativer Energien gefordert. Im Rahmen eines Workshops zur Elektromobilität in Shanghai unterstrich Prof. Dr. Martin Winterkorn dabei Mitte letzten Jahres: „Die künftigen Elektroautos bieten uns riesige Chancen, Mobilität noch nachhaltiger zu gestalten. Wir müssen allerdings im Sinne der Umwelt dafür sorgen, dass die Energie für den Betrieb dieser Elektroautos regenerativ, also aus erneuerbaren Quellen, erzeugt wird. Da die Automobilhersteller auf die Art der Kraftwerke keinen Einfluss haben, müssen die Regierungen die Nutzung umweltfreundlicher Energiequellen sicherstellen. Erst dann erleben wir eine Zeitenwende." Diese Zeitenwende ist nun greifbar.

Stabilität des Stromnetzes optimieren

Bereits jetzt werden mehr als 16 Prozent des in Deutschland benötigten Stroms durch erneuerbare Energien abgedeckt; dieser Anteil soll bis 2020 auf 30 Prozent ausgebaut werden. Volkswagen etwa hat im deutschen Werk Emden eine der leistungsfähigsten Windkraftanlagen der Welt installiert, mit dem bereits ein Drittel der Energie für die Fabrik gewonnen wird. Parallel wird zudem mehr und mehr Strom aus Solar- und Wasserkraft erzeugt. Diese Energieformen müssen ebenfalls für die Mobilität genutzt werden. Allerdings unterliegt die Menge der regenerativ gewonnenen Energien aufgrund natürlicher Einflüsse (z.B. Sonnenscheindauer, Windstärke) Schwankungen. Deshalb bedarf es einer intelligenten Steuerung des Strombedarfs und der Vermeidung von Lastspitzen. Der „Flottenversuch Elektromobilität" analysiert vor diesem Hintergrund das Nutzerverhalten der Fahrer von Automobilen mit elektrischer Lademöglichkeit, die Laststeuerung sowie intelligente Strategien beim Ladevorgang. Damit wird zudem ein Szenario geprüft, in dem künftig Teile der täglichen Netzspitzen über die Lithium-Ionen-Batterien der Autos abgepuffert werden könnten.

Plug-In-Hybrid wird stark an Bedeutung gewinnen

Volkswagen gewinnt durch den „Flottenversuch Elektromobilität" wertvolle Erkenntnisse, wie sich Autos mit Plug-In-Hybridantrieb à la Golf Variant twïnDRIVE im Dauereinsatz bewähren. Die 20 Golf Variant twïnDRIVE können, wie skizziert, über weite Strecken allein elektrisch und damit emissionsfrei gefahren werden. Das Wort „Umweltzone" bekommt damit in den Städten eine völlig neue Qualität.

Ziel der Volkswagen AG ist es, in den Jahren 2013/2014 zahlreiche Plug-In-Hybridautos auf den Markt zu bringen. Sie sollen im Bereich der Elektromobilität die heute bereits lieferbaren Hybridmodelle des Konzerns (zur Zeit von Audi, Porsche und Volkswagen im Programm) sowie die ebenfalls ab 2013 debütierenden, reinen Elektrofahrzeuge ergänzen. Fest steht: Plug-In-Hybridmodelle – also Autos mit Verbrennungsmotor, E-Maschine und einer per externer Stromquelle aufladbaren Batterie – werden insbesondere im urbanen Umfeld stark an Bedeutung gewinnen. Dazu erneut Prof. Dr. Martin Winterkorn: „Mittelfristig bietet der Plug-In Hybrid hier großes Potenzial, da er das Beste aus 2 Welten in einem Fahrzeug verbindet." Der Plug-In Hybrid, so Winterkorn, ermögliche genau das, was viele Kunden erwarten: einen uneingeschränkten verbrennungsmotorischen und einen attraktiven elektrischen Aktionsradius im Alltagsbetrieb.

Flottenversuch führt in Deutschland Spezialisten zusammen

Die flächendeckende Einführung der Plug-In-Hybrid-Pkw und reinen Elektroautos ist allerdings nach wie vor eine große Herausforderung. Prof. Dr. Winterkorn: „Die Elektromobilität ist für den Automobil- und Industriestandort Europa als Ganzes eine Jahrhundertaufgabe. Hersteller, Zulieferer, Stromerzeuger, Wissenschaft und Politik – hier sind alle gefordert." Der „Flottenversuch Elektromobilität" führt auf deutscher Ebene genau diese Partner zusammen.

6 Kooperationspartner

Der „Flottenversuch Elektromobilität" wird von 6 Kooperationspartnern aus Forschung und Wirtschaft unter Federführung der Volkswagen AG durchgeführt. Als Industrieunternehmen ist der Energieversorger E.ON beteiligt. Aus dem Bereich der Forschung bringen die Fraunhofer Gesellschaft ISIT (Darstellung der Batteriesysteme und Entwicklung neuer Batteriechemie), das Heidelberger Institut für Energie- und Umweltforschung (IFEU; Erstellung von Ökobilanzen), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR; Analyse, Prognose Verkehrsszenarien) und die Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Methodenentwicklung, Labortest Batteriezellen) ihr Know-how in den Flottenversuch ein.

Golf Variant twïnDRIVE

twïnDRIVE hat das Potenzial für eine große Zukunft

Golf Variant twïnDRIVE kann bis zu 57 Kilometer rein elektrisch fahren
Gesamtreichweite des Golf Variant twïnDRIVE beträgt rund 900 Kilometer

Volkswagen setzt im Rahmen des „Flottenversuchs Elektromobilität" 20 Golf Variant twïnDRIVE der aktuellen Generation ein. Darüber hinaus sind 8 weitere Golf Variant mit herkömmlichem Antrieb im Flottenversuch unterwegs, um unter anderem die Verbrauchswerte der twïnDRIVE-Flotte in Relation setzen zu können.

Elektromotor als dominante Antriebsquelle

Der Plug-In-Hybridantrieb des Golf Variant twïnDRIVE unterscheidet sich grundlegend von Hybridsystemen ohne externe Stromeinspeisung. Erstens: Dank der größeren Batteriekapazität (bis zu 13,2 kWh) ermöglicht der twïnDRIVE-Antrieb insbesondere im urbanen Bereich große Reichweiten im Elektrobetrieb (bis zu 57 km). Zweitens: Während bei einem Hybridmodell ohne Plug-In der E-Motor den Verbrennungsmotor ergänzt, ist es beim Golf Variant twïnDRIVE genau umgekehrt – hier ergänzt ein Benziner den E-Motor. Insbesondere in der Stadt und auf Kurzstrecken fungiert der E-Motor als primärer Antrieb des Golf. Eine Leistung von bis zu 65 kW / 88 PS ist so darstellbar. Darüber hinaus kann bei noch höheren Leistungsanforderungen der Verbrennungsmotor gestartet werden, um die Performance des Fahrzeugs weiter zu verbessern. Zudem wird der Benzinmotor bei niedrigen Außentemperaturen zur Unterstützung der elektrischen Heizung genutzt.

Bei Mittel- und Langstreckenfahrten sorgt ein intelligentes Hybridmanagement automatisch für eine optimale Aufteilung zwischen elektrischem und verbrennungsmotorischem Antrieb, um so den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Dabei wählt die Steuerung des Fahrzeugs stets die optimale Betriebsart – individuell auf die jeweilige Strecke und Situation zugeschnitten – und damit immer die verbrauchseffizienteste Kombination aus Elektro- und Verbrennungsmotor. Wichtig: Der Fahrer kann bei Bedarf – solange die Batterie entsprechend geladen ist – manuell den reinen Elektroantrieb (E-MODE-Modus) aktivieren, um etwa in der Stadt gezielt emissionsfrei zu fahren. In Phasen der Rekuperation (beim Bremsen) respektive Segeln (beim vorausschauenden Verzögern) ist ebenfalls allein der E-Motor aktiv. Durch die Abkopplung des Benzinmotors über eine Trennkupplung werden die Schleppmomentverluste reduziert. Folge: Während des E-Betriebs wird weniger Energie verbraucht; beim Segeln „rollt" der Golf Variant deutlich länger und weiter.

Je nach Einsatzbedingung ergibt sich im reinen E-Betrieb eine maximale Reichweite der eingangs skizzierten 57 Kilometer; plus Benzinmotor steigt die Gesamtreichweite auf rund 900 Kilometer. Dank des cleveren Energiemanagements und innovativer Eingabemöglichkeiten via Radio-Navigationssystem kann der Fahrer zudem programmieren, dass etwa auf einer Fahrt von Leipzig nach Berlin – auch am Ziel (!) – die reinen City-Kilometer emissionsfrei per E-Motor gefahren werden sollen. Hierzu „reserviert" er eine elektrische Reichweite, die in der Batterie vorgehalten wird, sodass jederzeit durch das Betätigen der E-MODE-Taste rein elektrisch gefahren werden kann.

Die Antriebseinheit im Detail

Der Elektromotor leistet 85 kW und liefert aus dem Stand heraus ein Drehmoment von kraftvollen 600 Nm. In Kombination mit dem im Golf Variant twïnDRIVE der aktuellen Generation eingesetzten TSI-Motor (aufgeladener Benzindirekteinspritzer mit ebenfalls 85 kW / 115 PS) ergibt sich beim kräftigen Beschleunigen eine Spitzenleistung von bis zu 120 kW / 163 PS.

Die komplette Antriebseinheit des Golf Variant twïnDRIVE befindet sich im Motorraum; sie besteht aus dem sparsamen 1.4 TSI, dem Generator (30 kW / 250 Nm), dem E-Motor, der elektromotorisch betätigten Trennkupplung zwischen TSI- und E-Motor sowie einem 1-Gang-Getriebe. Der Energiefluss wird von einem Hochvolt-Netzverteiler geregelt, der sich wie die Batterie im Heck des Golf Variant befindet. Darüber hinaus kommt ein DC/DC-Wandler zum Einsatz, über den das 12V-Bordnetz mit geeigneter Spannung versorgt wird.

Extrem sparsamer Technologieverbund

Wie skizziert, ist dieser Technologieverbund extrem sparsam. Nach der für Plug-In-Hybride geltenden Richtlinie zur Verbrauchsermittlung ergibt sich ein Kraftstoffverbrauch von 2,1 l/100 km (analog 49 g/km CO2). Hier wird berücksichtigt, dass bei voll geladener Batterie ein möglichst großer Anteil der Antriebsenergie rein elektrischer Natur ist. Erst bei größeren Distanzen steigt der Anteil des zusätzlich benötigten Kraftstoffs. Damit ergibt sich bei den meisten Fahrten ein Kraftstoffverbrauch, der deutlich unterhalb der Werte konventioneller Fahrzeuge liegt.

Dabei ist der geräumige und variable Volkswagen durchaus ein Auto der agilen Sorte: Die Höchstgeschwindigkeit beträgt 170 km/h; den Sprint auf 100 km/h erledigt der Volkswagen in unter 12,0 Sekunden. Rein elektrisch betrieben, ist der Golf Variant twïnDRIVE bei Bedarf übrigens respektable 120 km/h schnell.

Generell kennzeichnen den Golf Variant twïnDRIVE 3 Hauptbetriebsarten, die sich je nach Fahrsituation und Ladezustand der Batterie automatisch einstellen:

Elektrisch fahren (E-Antrieb): Via Batterie wird allein der E-Motor angetrieben. Der TSI ist aus, die Trennkupplung offen. Es steht eine Antriebsleistung von bis zu 65 kW zur Verfügung, die im normalen Alltagsbetrieb kaum Wünsche offen lässt. Bei Bedarf kann der Verbrennungsmotor jederzeit gestartet werden, um über den Generator zusätzliche Antriebsleistung zur Verfügung zu stellen oder die Batterie nachzuladen.

Verbrennungsmotorisch gekoppelt fahren (E- und TSI-Antrieb): Wird bei Geschwindigkeiten von über 50 km/h verbrennungsmotorisch gefahren, schließt die Trennkupplung und koppelt den TSI direkt an den Antrieb an. Damit ist auch bei hohen Geschwindigkeiten im Langstreckenbetrieb ein effizientes Fahren mit rein mechanischer Energieübertragung möglich. Bei starker Beschleunigung treiben der mittels Batterie gespeiste E-Motor und der TSI gemeinsam den Golf Variant an („Boosten"). Darüber hinaus kann die Batterie jederzeit über den Generator nachgeladen werden, falls das erforderlich ist.

Rekuperation (E-Motor aktiv): Beim Bremsen wird via E-Motor, der in diesem Fall als Generator fungiert, kinetische Energie in Strom umgewandelt und damit die Batterie geladen. Der TSI ist aus, die Trennkupplung offen; gleiches gilt für das vorausschauende „Segeln".

Die 3 Hauptbetriebsarten spiegeln die Grundidee des Golf Variant twïnDRIVE wider: Auf Kurzstrecken, beispielsweise in der Stadt, ist er ein reines Elektroauto; auf Langstrecken hingegen ist er ein effizienter Parallelhybrid.

2 Batteriesysteme für die twïnDRIVE-Flotte

Im Hinblick auf die Plug-In-Hybridtechnologie erprobt Volkswagen im Golf Variant (Golf Generation VI) 2 unterschiedliche Lithium-Ionen-Batteriesysteme. Jeweils 10 Fahrzeuge sind mit Batterien des amerikanisch-deutschen Herstellers GAIA ausgestattet (Kathodentyp NCA). 10 weitere Fahrzeuge werden mit Lithium-Ionen-Batterien des koreanisch-deutschen Joint Ventures SB LiMotive (Samsung und Bosch) betrieben (Kathodentyp NMC); diese 10 Fahrzeuge sind erst seit dem Frühjahr im Einsatz. Beide Batteriesysteme bieten eine hohe Leistung und Energiedichte. Ihr Gewicht beträgt rund 150 Kilo.

Die GAIA-Batterie (Spannung 302 V, Nennkapazität 37 Ah pro Zelle) besteht aus 86 Zellen und liefert eine Kapazität von 11,2 kWh. Im Fall der Batterie von SB LiMotive (315 V, 42 Ah) liefern 84 Zellen einen Energiegehalt von 13,2 kWh. Zur Einordnung: Die Batterie der voll elektrisch angetriebenen Studie Golf blue-e-motion hat eine Kapazität von 26,5 kWh, die des Touareg Hybrid 1,7 kWh. Die Steuerung zur Kühlung der twïnDRIVE-Batterien erfolgt über das Battery Management and Monitoring System (BMS), das im Fall der Fahrzeuge mit SB LiMotive-Batterie von Volkswagen entwickelt wurde.

Batterien clever für das Stromnetz nutzen

Über „intelligente" Ladestationen, die bidirektional arbeiten können, ist es möglich, ein innovatives Lademanagement zu betreiben: Das Fahrzeug optimiert den Ladezeitpunkt in Abhängigkeit von den Anforderungen des Fahrers (wie „Zeitpunkt der nächsten Fahrt" oder „gewünschte elektrische Reichweite"). Eingegeben werden können diese Parameter über das Radio-Navigationssystem. Via Datenaustausch mit dem Energieversorger kann der Lademanager den Ladevorgang anhand von Vorausschautabellen optimieren, um die Batterie mit kostengünstigem und regenerativ erzeugtem Strom zu füllen. Darüber hinaus kann sogar Strom ins Netz zurückgespeist werden; das Auto wird bei diesem Entladen – als kleiner Teil eines großen Verbundes – zum temporär nutzbaren Modul, um Schwankungen im Netz auszugleichen. In diesem Fall operiert das System mit Wechselstrom (AC, 230 V, 3 kW). Ebenfalls mit Wechselstrom arbeiten Stationen mit einer reinen Ladefunktion, wie etwa die heimische Steckdose in der Garage. Das Laden mit Wechselstrom dauert maximal 5 Stunden. Als dritte Möglichkeit kann die Batterie über ein Off-Board-Ladegerät besonders zügig mit Gleichstrom (DC, 230 bis 400 V, 30 kW) geladen werden. Ladezeit in diesem Fall: 20 Minuten. Alle 3 Ladearten werden im Rahmen des Flottenversuchs erprobt und analysiert.

Datenaufzeichnung und Speicherung

Im Hinblick auf die Analyse wird ein großes Datenspektrum gespeichert. Hierbei werden während der Fahrt permanent Daten über einen im Golf Variant integrierten Datenlogger (Car-PC) aufgezeichnet, die mittels GPS-Position geocodiert online über eine UMTS-Mobilfunkverbindung an einen Server gesendet werden. Die gesammelten Daten bereitet die Volkswagen Forschung auf, um sie dann den Projektpartnern zugänglich zu machen.

Technische Daten

Quelle: Volkswagen