„Wir haben für den Mute ungefähr 2000 Batteriezellen getestet“

Professor Markus Lienkamp leitet den Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik an der TU München

Es klingt wie ein Märchen: ein Elektroauto, das sicher, alltagstauglich und billig wie ein herkömmlicher Smart sein soll. An der Technischen Universität München glaubt man, ein solches Fahrzeug realisieren zu können. Wir sprachen mit Professor Markus Lienkamp, der das Projekt auf die Beine gestellt hat.

Herr Professor Lienkamp, Sie waren von 2002 bis 2009 in der Konzernforschung von VW. Was hat Sie bewogen, an die TU München zu wechseln?
Es hat sehr viele verschiedene Gründe gegeben. Überwiegend persönliche, private. Nicht mehr einen Chef haben zu wollen, egal welchen. Und da gibt es wenig Möglichkeiten. Da ist eine Professorenstelle ideal, um frei und unabhängig forschen und arbeiten zu können. Das war schon immer irgendwo mein Traum.

Haben Sie sich bei VW auch schon mit dem Thema Elektromobilität beschäftigt?
Sehr stark. Schauen Sie mal, was auf der IAA stand.

Können Sie ein Beispiel nennen?
Leider nicht. Wir haben aber selbstverständlich die ganzen letzten Jahre intensiv an Elektromobilitätsfragestellungen gearbeitet. Das sind zum Großteil Projekte, die geheim und intern geblieben sind. VW und Audi zeigen ja jetzt Themen, die auch ein bisschen visionärer in diesen Bereich reingehen. Aber da unterliege ich der Verschwiegenheitspflicht.

Dann kommen wir zu Ihrem jetzigen Elektroauto-Projekt, dem MUTE. Was war Ihr Ansatz?
Wir wollten kein spinnertes Forschungsprojekt machen, wo wir zeigen: „Das ist mal in 20, 30 Jahren.“ Wir wollten vielmehr als Uni zeigen, dass das Thema Elektromobilität heute technisch realisierbar ist. Die Riesenherausforderung, die alle im Moment haben, ist, dass ein Elektroauto auch betriebswirtschaftlich Sinn machen muss. Im Moment straucheln alle durch die Bank weg an den Kosten. Es gibt noch kein einziges Elektroauto, das einen vernünftigen, akzeptablen Kundennutzen bei einem einigermaßen vergleichbaren Preis zu heutigen Fahrzeugen hat. Und mit Preis meine ich immer die Vollkosten über vier Jahre gerechnet. Mit Wiederverkaufswert, kompletten Betriebskosten, Steuer, Versicherung, Kraftstoff etc.

Sind Sie da immer noch als Zielmarke bei 340 oder 350 Euro?
Wir sind nach derzeitigem Stand darunter. Wir haben das mit unseren Wirtschafts- und Finanzleuten durchgerechnet und kommen auf Kosten unter denen für Verbrennungsfahrzeuge in der Kleinstwagenklasse.

Sie landen also unter dem sehr günstigen Kostenniveau eines Smart?
Genau. Der Verkaufspreis des Mute müsste zwar höher liegen als der für einen Smart mit Verbrennungsmotor, dafür käme der Mute in den Betriebskosten deutlich günstiger. Das rechnet sich für den Kunden.

Es war schon einmal von 13.000 Euro die Rede als Kaufpreis …
Die Zahl ist falsch kommuniziert worden. Wir haben alles immer nur auf Vollkosten gerechnet über die gesamte Lebensdauer.

Bei welcher Stückzahl?
Wenn Sie ein Auto in Serie bringen wollen mit den heutigen Sicherheits- und Qualitätsanforderungen, dann haben Sie überhaupt keine Chance, wenn Sie unter 25.000 bis 50.000 Autos pro Jahr anfangen wollen. Sie haben Entwicklungskosten, Werkzeugkosten, Fabrikkosten und so weiter. Um ein Fahrzeug in Serie zu bringen, brauchen Sie mindestens 300 bis 500 Millionen Euro, eher mehr. Und wenn sich das über die Laufzeit des Fahrzeugs amortisieren soll, dann brauchen Sie eine gewisse Mindeststückzahl, sonst geht das überhaupt nicht. Das ist auch genau der Grund, warum wir sagen: Wir als TU, wir haben eine Idee, wir haben einen Vorschlag, wir haben ein Konzept gemacht, wir bauen einen ersten Prototypen, der das alles mal zeigt, was wir meinen. Aber die Industrialisierung, die muss ein Automobilhersteller machen, ein finanzkräftiger Partner, der diese Hunderte Millionen Euro auch bereit ist zu investieren.

Aber wenn Sie von den Gesamtkosten sprechen und 350 Euro nennen, dann müssen Sie da ja so etwas wie den Anschaffungspreis errechnet haben.
Ja, klar. Wir kennen natürlich unsere Materialkosten, unsere Fertigungskosten. Wir wissen, was die Batterie, das Batteriemanagement, der Elektromotor, die Leistungselektronik und das alles kostet. Aber ich denke, es ist generell falsch, bei Elektroautos über einen Anfangs-Verkaufspreis zu reden. Damit sehen Elektroautos immer schlechter aus als normale Fahrzeuge.

Rechnen Sie denn deutlich mit Einsparmaßnahmen, was Wartung und solche Dinge angeht? Ich meine, der kritische Punkt ist ja wahrscheinlich eher der Wertverlust, nicht die Wartung. Mit Elektroautos ist es doch wahrscheinlich wie mit Computern. Einen fünf Jahre alten PC will keiner mehr kaufen.
Das sehe ich anders. Wir haben ein Elektrofahrzeug konzipiert, was als Werkstoff zum Großteil Aluminium voraussetzt. Das heißt, wir sind quasi korrosionsfrei. Ein Elektromotor ist komplett wartungsfrei und hat fast eine unbegrenzte Lebensdauer. Die Batterie wird über fünf Jahre abgeschrieben. Die ist dann nicht kaputt, aber von der Kapazität so weit abgesunken, dass wir sagen, okay, die muss man ersetzen. Aber man kann sie noch irgendwo anders weiterbenutzen, stationär vielleicht, irgendwo im Haus, bei einer Solaranlage. Aber der Kunde braucht jetzt eine neue Batterie. Das ist in den Kosten mit drin. Unser Auto ist eigentlich deutlich langlebiger als heutige Autos. Ein heutiges Fahrzeug ist etwa zwölf Jahre über in Betrieb.

Aber die Steuerung und solche Dinge, die entwickeln sich alle massiv weiter – deswegen der Vergleich zu den Computern …
Der Kollege Dudenhöfer hat gesagt: „Elektroautos haben einen irren Wertverlust.“ Ich sehe das aber völlig anders. Es geht ja nichts mehr dran kaputt! Der Motor hält 20 Jahre. Eine Leistungselektronik verschleißt eigentlich auch nicht. Da ist nur die Batterie, die nach fünf Jahren ersetzt werden muss. Das eingerechnet landen wir trotzdem unter diesen 340 Euro.

Sie glauben also, ein fünf Jahre altes Elektroauto würde im Wettbewerb mit einem nagelneuen Elektroauto gar nicht so schlecht aussehen?
Die großen Verbesserungen werden kommen über die Batterie. Die Batterie wird kostengünstiger, leichter und leistungsfähiger werden. Aber die tauschen wir nach fünf Jahren aus. Das heißt, wir können nach fünf Jahren eine aktuelle Batterietechnologie in das Fahrzeug hineinnehmen.

Dann brauchen Sie aber auch ein neues Batteriemanagement, oder?
Nein. Im Wesentlichen werden das die Zellen sein, die Zellchemie, die sich verbessern wird. Das Batteriemanagementsystem kann verschiedene Zelltypen überwachen. Das ist nicht das Problem. Wo noch ein großer Schritt erfolgen wird, das ist im Bereich der Leistungselektronik. Die wird kleiner und billiger werden, aber auch nicht besonders viel leistungsfähiger. Quantensprünge werden nurmehr bei der Batterie möglich sein.
In unserem Fahrzeug ist Technik vorgesehen, die das Auto immer wieder jung macht. Wenn Sie heute in ein Auto einsteigen, das drei Jahre alt ist und schalten das Navigationssystem an, dann haben Sie einen uralten Stand dort drin: Altes Kartenmaterial, alte Oberflächen, kleine Displays, keine vernünftige Touch-Funktionalität, geschweige denn irgendwelche Touch-Funktionalitäten wie beim iPhone. Das Zoomen und so weiter, das gibt’s alles nicht.
Wir haben bei uns ein hochwertiges Display- und Bedienfeld eingeführt, zur Zeit ist das ein iPad, und verbinden sämtliche Navigations-, Informations- und Entertainment-Aufgaben sowie Sonderfunktionen mit einem Server. Von dort holen wir uns die Daten, die Berechnungen, die neuesten Programme. Das heißt, das Auto wird nicht alt. Wir verlagern die Innovation einfach auf einen Server und belassen im Auto nur die Grundfunktionalitäten. Dazu gehören auch das ESP oder die Motorsteuerung. Aber das, wo die Innovationen im Moment geschehen, das halten wir immer auf dem neuesten Stand.

Das Elektroauto ist bekanntlich am besten für Pendler geeignet. Wie geeignet ist es für Städter?
Das sage ich jetzt mal ganz brutal, selbst wenn ich einen Lehrstuhl für Fahrzeugtechnik habe: In der Stadt Auto zu fahren macht keinen Sinn, dort fahre ich U-Bahn. Ich kriege fürs Auto keinen Parkplatz, ich stehe im Stau. In der U-Bahn kann ich noch gemütlich Zeitung lesen oder den Laptop aufklappen zum Arbeiten. In der Großstadt, noch mehr einer Megacity wird der öffentliche Nahverkehr in Zukunft eine viel größere Rolle spielen müssen, weil es einfach nicht anders geht.
Wir haben aber auch noch ein weiteres Problem in der Innenstadt: Viele sind Laternenparker, und als Laternenparker hast du einfach keine Chance ein Auto aufzuladen. Auf dem Land haben die Leute in der Regel zwei Autos und eine Garage. Die können problemlos laden. Übrigens ist das Elektroauto gerade für Pendler finanziell attraktiv, weil man durch die niedrigen Stromkosten über die Kilometer Geld sparen kann.

Das Megacity-Vehikel ist also keineswegs die Lösung für das Verkehrsproblem in Großstädten?
Es ist ein Teil der Lösung. In China beispielsweise spielen lokale Emissionen eine unheimlich große Rolle. Da kann das Elektroauto schon einen Beitrag leisten. Und immerhin gibt es in modernen Großstädten Tiefgaragen oder Arbeitgeber-Parkhäuser. Die könnte man alle mit Ladepunkten ausrüsten. Das Elektroauto ist auch sinnvoll im innerstädtischen Werksverkehr, im Taxi- und Lieferverkehr. Die Post fährt Strecken von 50, 60 Kilometer pro Tag. Bei einem Postauto können Sie nach 30.000 Kilometer Getriebe und Motor wegschmeißen, weil die Komponenten gar nicht dafür ausgelegt sind. Da ist das Elektroauto sofort attraktiv. Ich glaube, man muss immer sehr genau hinschauen, welches Einsatzgebiet man meint.

Im Sommer fanden die ersten Testfahrten statt mit dem Mute. Wie fährt er sich? Beschreiben Sie es mal!
Sehr handlich, sehr sicher im Gebrauch, also wie ein… ich will mal sagen, wie ein kleiner Sportwagen.

Also nicht wie ein Polo…
Nein!

…sondern eher wie ein Mini?
Ja, ich glaube, das trifft vom Fahrverhalten recht gut zu. Also sehr kompakt, sehr handlich, sehr sportlich, sehr berechenbar.

Ist er denn auch schnell? Nicht wirklich, oder?
Ich würde das mal so ausdrücken: Er wirkt schnell.

Trotzdem sind die Beschleunigungswerte, wenn man sich die mal genauer anguckt, nicht gut.
Nein, die sind nicht prall. Aber wir haben den Vorteil, dass ein Elektromotor nach 100 Millisekunden da ist – viel schneller als jeder Verbrenner. Das heißt, er wirkt einfach sportlich. So bis 50, 60 Kilometer pro Stunde haben Sie den Eindruck, das ist ein richtig flottes Auto. Und je schneller Sie werden, desto lahmer wird das eigentlich.

Kann man mit dem Mute einen Lastwagen überholen?
Wir überlegen, ob wir dafür nicht mal kurzfristig eine etwas höhere Motorleistung brauchen könnten. Wir haben ja diese 15 kW, die wir auch zulassungsbedingt halten müssen.

Wäre ein solches Boosten mit den Zulassungsbeschränkungen für Leichtfahrzeuge der Klasse L7E, in die der Mute eingestuft wird, vereinbar? Regelungstechnisch könnte man das ja hinkriegen, nehme ich an.
Ja, klar. Wir haben jetzt 15 kW Dauerleistung installiert, das Auto kann stundenlang 15 kW fahren. Das hält die Batterie aus, die Leistungselektronik und der Motor. Kurzfristig gibt der Motor auch mal das Doppelte dieser Leistung her. Allerdings bekommen wir dann ein Temperaturproblem. Das heißt, wir können mal für ein, zwei Minuten das Doppelte abrufen, und dann erhitzen die Bauteile, und dann muss man wieder abkühlen. Aber das ist technisch kein großes Problem.

Das reicht für einen Überholvorgang.
Genau. Und deshalb werden wir demnächst noch mal verhandeln. Wir sind erheblich sicherer, als es die Zulassungsklasse erfordert. Ich glaube, das Thema kann man klären.

Gibt es sonst etwas am Mute, mit dem Sie noch nicht zufrieden sind?
Da gibt’s tausend Dinge, mit denen wir noch nicht zufrieden sind. Zufrieden sind wir mit dem Fahrverhalten, auch der Komfort war beeindruckend gut. Das Auto fährt sich wie eine Klasse höher. Was noch anspruchsvoll wird, ist das Thema Akustik und Geräusche. Das wird bei leichten Autos immer ein Problem sein. Denn ein Verbrennungsmotor maskiert viele Geräusche. Im Elektroauto kommen Geräusche hoch, die wir sonst gar nicht gehört haben. Was auch eine große Herausforderung ist in dieser Gewichtsklasse: die Sicherheit. Das ist viel, viel Feinabstimmung und Feinarbeit, das in so einer Klasse zu realisieren.

Sicherheit ist ein gutes Stichwort, gerade wenn Sie mit dem ADAC reden. Hat es Crash-Versuche gegeben?
Wir haben Versuche gemacht mit einzelnen Komponenten. Einen „Crash-Versuch“ werden wir mit diesem Auto aber garantiert nicht machen. Das soll viel fahren und erst mal nicht gegen die Wand. Da sind einfach sehr hohe Geldsummen erforderlich, die Sicherheit im Realversuch zu bestätigen. Virtuell kann man eine ganze Menge machen. Wir haben zum Beispiel die ganze Aerodynamik virtuell gerechnet. Wir haben keinen einzigen Windkanal-Versuch bisher gemacht. Wir haben das Fahrwerk komplett virtuell durchgerechnet. Und dann sind wir das erste Mal gefahren und hatten einen Stand, der ein Volltreffer war. Wir sind hier an der Uni nämlich sehr stark im Bereich der Simulation. Kleinwagen haben Crashlängen, die sich im Bereich bis etwa 300 Millimeter bewegen. Auf dieser Länge müssen Sie die ganze Geschwindigkeit abbauen. Wir haben beim Mute etwa einen halben Meter, vorn wie hinten. Das sind Längen in so einer Klasse, von denen jeder Crashexperte träumt. Von der Fahrzeugkonzeption her sind die Grundbedingungen sehr gut.

Dass die Zink-Luft-Batterie – beim Mute in der Funktion als Range-Extender – vorne im Crash-Bereich liegt, irritiert allerdings etwas. Ist das nicht gefährlich?
Wir haben unsere Lithium-Ionen-Batterie sicher wie in Abrahams Schoß verpackt. Direkt hinter dem Fahrer und dem Beifahrer, in einem Käfig, den Sie wahrscheinlich nicht kaputt kriegen werden. Also… das ist der sicherste Platz, den man finden kann für eine Batterie. Bei der Lithium-Ionen-Batterie haben wir ganz großen Wert darauf gelegt, dass die sehr sicher untergebracht ist, weil die nicht deformieren darf. Die Zink-Luft-Batterie dagegen ist sehr träge, die kann problemlos crashen, das macht überhaupt nichts.

Ist da kein Elektrolyt drin?
Es ist Kalilauge drin, das ist relativ ungefährlich. Und die Zink-Platten, die mit Luft reagieren, reagieren sehr langsam. Im Crash-Fall wird diese Batterie niemals explodieren oder irgendwelchen anderen Blödsinn machen.

Auch nicht brennen?
Nein. Wir halten die Zink-Luft-Batterie für völlig ungefährlich, so dass wir die bewusst dort platziert haben. Einmal aus Gründen des Packages und der Gewichtsverteilung, und im Crash-Fall haben wir sogar noch, ich sage mal, ein Deformationselement.

Zuguterletzt kommen wir noch einmal zu der Lithium-Ionen-Batterie. Dem Herzstück eines jeden Elektroautos. Für welche Lithium-Ionen-Batterie haben Sie sich entschieden? Und aus welchen Gründen?
Also wir haben uns ungefähr 2.000 verschiedene Zellen und Zelltypen angeschaut. Pouch-Zellen…

2.000?
Ja. Also rein von den Werten her, die uns bekannt waren, um zu gucken…

Wie viele gibt’s denn?
Ach, es gibt zigtausend verschiedene. Ungefähr 2.000 haben wir uns angeschaut. Flachzellen, prismatische Zellen, Rundzellen, große und kleine Zellen. Größe, Form, Zellchemie, Leistungsfähigkeit – alles haben wir uns angeschaut. Aus Gründen des Gewichts wollten wir eine hohe spezifische Energiedichte. Wir haben gleichzeitig aber Glück, weil wir keine so hohe Leistung benötigen. 15 kW ist nicht besonders viel. Das heißt, wir brauchten keine Hochleistungszellen. Wir brauchten Hochenergiezellen. Und Hochenergiezellen sind in der Regel leichter. Das ist der Vorteil. Wer mit 100 kW fahren will, der braucht ganz andere Zellen. Zum anderen haben wir großen Wert darauf gelegt, dass wir kleine Einheiten schaffen, unter 40 Volt, die nicht in den Hochvoltbereich reinkommen, und damit potenziell gefährlich sind. Das heißt, unser einzelnes Modul hat unter 40 Volt, so dass wir dort im Niederspannungsbereich arbeiten können. Transport, Handhabung und alles ist sehr problemlos. Wir komplettieren diese Module zum Batteriepack und erst mit einem Schalter, der umgelegt wird, kommen wir dann auf diese 400 Volt.
Das hat uns am Ende zu einer Zelle geführt, die recht klein ist. Sie hat die Form einer Laptop-Batterie, also ungefähr daumengroß. Es ist eine 18650-Zelle, das heißt, sie hat 18 mm Durchmesser bei 65 mm Länge. Weil die Oberfläche groß ist im Verhältnis zum Volumen, können wir die Zellen gut kühlen. Wir haben eine Luftkühlung im Auto. Wir wollten eine Zelle haben, die sehr sicher ist, sehr erprobt und in einer soliden Massenfertigung hergestellt wird, so dass wir keine Qualitätsprobleme zu erwarten haben. Diese sogenannten 18650-Zellen werden in Millionen Stückzahlen hergestellt, da gibt es Fertigungsanlagen, die sind kostengünstig und die sind sicher. Wir haben es bis heute nicht geschafft, die Zelle, die wir jetzt ausgewählt haben, in einem Test zu zerstören.

Gibt es ein Testlabor für Batterien hier am Institut?
Wir nutzen Umfänge von „LION Smart“ und von dem TÜV Süd, die haben ja ein Gemeinschaftslabor hier in Garching-Hochbrück. Dort haben wir verschiedenste Tests gemacht. Uns ist es bisher nicht gelungen, diese Zelle zum Brennen zu bringen oder sie zu zerstören.

Wer ist der Lieferant der Zelle?
„Sanyo“. Wobei Sanyo von „Panasonic“ aufgekauft worden ist. Nach unserer Einschätzung einer der besten Zellhersteller weltweit. Wir haben die Spannungen vermessen von mehreren hundert Zellen, die liegen im Millivolt-Bereich auseinander. Das zeugt von einer extrem hohen Fertigungsqualität. Damit war dann die Entscheidung gefallen.

Das Interview führte ADAC Motorwelt-Redakteur Wolfgang Rudschies