Geschäftsbericht 2020

Die nächste Generation E

Der Markt für Elektrofahrzeuge boomt – vom Pedelec über den Pkw bis zum Lieferwagen finden sie immer mehr Kunden. Mit Unterstützung von MAHLE steht bereits die nächste Antriebsgeneration in den Startlöchern: Für E-Fahrzeuge, die noch effizienter und noch alltagstauglicher sein werden. Dafür baut das Unternehmen sein internationales Entwicklungsnetzwerk weiter aus. Einblicke in drei Standorte, an denen die Zukunft vorbereitet wird.
Die nächste Generation E

Aus der Nische in den Massenmarkt: In den pandemiegeplagten Automärkten hat der Elektroantrieb fast überall auf der Welt deutlich zulegen können. So verdoppelten E-Pkw ihren Marktanteil in Europa auf rund vier Prozent. Pedelecs waren 2020 so beliebt, dass für manche Modelle monatelange Lieferzeiten in Kauf genommen wurden wie früher nur für exklusive Sportwagen. Gleichzeitig kündigten große Logistikunternehmen an, ihre Fahrzeugflotte noch schneller zuelektrifizieren. Diesen Schub der Generation Elektro hat MAHLE schon in denletzten Jahren mit eingeleitet. Das Unternehmen steigert mit Motoren und derzugehörigen Leistungselektronik den Fahrspaß und die Effizienz beim Vortrieb – nicht nur bei batterieelektrischen Fahrzeugen, sondern auch bei Hybriden jeder Leistungsstufe. Dazu kommen elektrische Nebenaggregate, Aktuatoren und Ventile, zum Beispiel zur Lenkunterstützung oder Steuerung in Klimakreisläufen. Und nicht zuletzt halten Thermomanagementsysteme den Innenraum warm, während Batterie und Antrieb kühl bleiben. Dazu gehören auch elektrische Kühlmittelpumpen, die für Kühlung von Antriebsmotoren und Batterien sowohl in batterieelektrischen als auch in Brennstoffzellen-Fahrzeugen sorgen.

Und doch ist nichts so gut, dass es nicht besser werden könnte. Deshalb bündelte der Technologiezulieferer im Jahr 2020 dieses für die Zukunft so wichtige Know-how im Geschäftsbereich „Elektronik und Mechatronik“. Deren Entwicklungsnetzwerk arbeitet bereits heute an einer kommenden Generation, die noch besser in das Leben der Menschen sowie zu den Anforderungen der Logistiker passen soll. Das wichtigste Ziel dabei: Ein Elektrofahrzeug soll genauso flexibel zu nutzen sein wie sein Pendant mit Verbrennungsmotor. Anstatt zum Beispiel die Batterie einfach immer größer zu machen, setzen die MAHLE Ingenieure vor allem darauf, die Schnellladefähigkeit der Akkus zu erhöhen.

Künftig soll in 15 Minuten genug Strom für 500 Kilometer Reichweite in die Batteriezellen strömen können. Das gelingt mit einem technischen Doppelschlag: Erstens soll eine neue Batteriegeneration den Wärmestau im Akku verhindern. Dafür werden die Batteriezellen nicht mehr nur über eine Platte von unten gekühlt, sondern in eine Matrix eingebettet, die die Zellen von allen Seiten mit Kühlmittel umströmt. Durch die sogenannte „Immersionskühlung“ kann in kurzer Zeit wesentlich mehr Wärme abgeführt werden; ungedrosseltes, ultraschnelles Laden wird möglich. Zweitens will MAHLE dazu beitragen, den gesamten Antriebsstrang künftiger Elektroautos auf ein Spannungsniveau von 800 Volt zu heben. Doppelt so viel Spannung bedeutet: In den gleichen Leitern kann in der gleichen Zeit doppelt so viel Strom fließen.

Damit alle Kunden weltweit diese Vorzüge nutzen können, vernetzt MAHLE das Wissen tausender Ingenieure aller Standorte. Sie verbinden Mechatronik- und Elektronikkompetenz zu immer neuen Innovationen. Wie? Das verrät ein Besuch an drei Standorten.

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Die Nähe zu großen Autoherstellern in der Region hilft uns dabei, am Puls der Zeit zu bleiben.
Dr. Armin Messerer,
Leiter des Segments Mechatronik, MAHLE in Kornwestheim

Detailarbeit in Kornwestheim


In Kornwestheim – vor den Toren Stuttgarts – befindet sich die neue MAHLE Schaltzentrale für das globale Mechatroniknetzwerk. Rund 100 Ingenieure arbeiten hier in engem Austausch mit Kollegen etwa aus deutschen, spanischen, slowenischen, japanischen und chinesischen Standorten an Lösungen für verschiedene Antriebsarten mit dem Fokus auf die Elektrofahrzeuge der Zukunft. „Die Nähe zu großen Autoherstellern in der Region hilft uns dabei, am Puls der Zeit zu bleiben“, so Dr. Armin Messerer, Standortleiter sowie Leiter des globalen Geschäftssegments Mechatronik. Die 800-Volt-Technik sieht er als globalen Megatrend in der Automobilindustrie. Nicht nur deutsche Premiumhersteller, sondern auch asiatische Kunden zeigten mittlerweile hohes Interesse. Technisch ist die Umstellung der Spannungslage alles andere als trivial. „Damit es nicht zu unerwünschten Spannungsüberschlägen und Kurzschlüssen kommt, müssen wir auf jedes Detail achten“, erläutert Messerer. Dabei geht es genauso um chemische Prozesse wie um eingesetzte Materialien. Teilweise entscheidet sogar eine Lackierung über die elektrische Durchschlagsfestigkeit. All das muss mit modernem Equipment geprüft werden.

Mittlerweile ist das Portfolio für eine 800-Volt-Welt weit vorangekommen. Der von MAHLE selbst entwickelte hoch kompakte und sehr effektiv gekühlte 800V-Traktionsmotor steht in den Startlöchern. Der elektrische Klimakompressor für diese Spannungslage läuft nächstes Jahr in Serie an. Weitere elektrische Nebenaggregate wie zum Beispiel elektrische Kühlmittelpumpen und Lüftermotoren im Spannungsbereich 12V, 24V und 48V hat das Mechatronik-Team in den letzten Jahren erfolgreich in den MAHLE Werken in Slowenien, Japan und China in Serie gebracht.

Wie sehr ein Rädchen ins andere greifen muss, um das Elektroauto zu einer überzeugenden Alternative für viele Menschen zu machen, zeigt ein jüngst entwickelter elektrischer Lüfterantrieb von MAHLE. Diesen einfach vom Verbrennungsmotor in die elektrische Welt zu übertragen, ist nämlich keine gute Lösung. Denn der Verbrenner gibt besonders dann viel Wärme ab, wenn er bei voller Fahrt stark gefordert wird. Die Abwärme des Elektroantriebs fällt aufgrund des hohen Antriebswirkungsgrades deutlich geringer aus. Wird das Fahrzeug allerdings mit 400 Kilowatt und mehr geladen, muss sich der Lüfterantrieb des stehenden E-Fahrzeugs mächtig anstrengen – und genau das soll man möglichst nicht hören. Ein neues, besonders leises Modell, an dem die MAHLE Ingenieure in Kornwestheim derzeit arbeiten, soll genau dies bieten.

Den Blick fürs Detail: Roberto Almeida e Silva, Leiter F&E Automotive Drive Systems.Die drei Experten arbeiten in engem Austausch mit Kollegen aus deutschen, spanischen, slowenischen , japanischen und chinesischen Standorten an Lösungen für verschiedene Antriebsarten.Bernd van Eickels leitet die Entwicklung Aktuatoren & Neben-aggregate bei MAHLE.
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Es war uns bei der Planung besonders wichtig, dass wir die Realität der Straße auf den Prüfstand holen.
Neil Fraser,
Leiter Entwicklung, MAHLE in Aschheim

Systemtests in Fellbach


Damit zusammen passt, was zusammengehört, reicht es nicht, einzelne Komponenten – seien sie auch noch so perfekt – zu entwickeln und anschließend auf Herz und Nieren zu prüfen. Neil Fraser, Entwicklungschef von MAHLE Powertrain Deutschland, führt stolz durch das neue Prüfzentrum, das Ende 2020 in Fellbach, ebenfalls bei Stuttgart, in Betrieb genommen wurde. „Wir besitzen nicht nur das Systemverständnis für einen kompletten elektrischen Achsantrieb, sondern können diesen auch testen“, so Fraser. Dafür besitzt der Prüfstand, der optisch einem Labor für Raumfahrttechnik gleicht, über einen Aufbau, wie man ihn ansonsten nur wenige Male in Europa findet. Der Prüfling, die E-Achse also, wird zwischen zwei elektrische Dynamometer eingespannt. Sie ersetzen die Räder und simulieren so den kompletten Fahrwiderstand für einen bis zu 840 Kilowatt starken Elektroantrieb. Ein kleines, aber wichtiges Detail, das sich aus diesem Aufbau ergibt: Die beiden Dynamos arbeiten völlig unabhängig voneinander, sodass sich auch die unterschiedlichen Drehzahlen und Drehmomente erfassen lassen, die sich bei Kurvenfahrt ergeben. „Es war uns bei der Planung besonders wichtig, dass wir die Realität der Straße auf den Prüfstand holen“, erläutert Fraser.

Dazu gehört auch die Spannungsversorgung des Prüflings, die über einen Batteriesimulator sichergestellt wird. Dieser Batteriesimulator lässt sich wie ein Lithium-Ionen-Akku betreiben. Entsprechend hinterlegte Algorithmen bilden somit das reale Verhalten einer echten Fahrzeugbatterie ab. Der komplette Prüfstand kann Temperaturen zwischen minus 30 und plus 130 Grad Celsius simulieren. Die Prüfzyklen, mit denen die E-Achse getestet wird, entstammen wiederum zahlreichen Prototypen-Versuchen, die MAHLE in der Vergangenheit mit realen Fahrern durchgeführt hatte. Dabei handelt es sich oft um Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor, doch darin sieht Fraser keinen Widerspruch: „Im Gegenteil, wir wollen ja erreichen, dass ein Elektroauto für den Fahrer möglichst wenig Umstellung bedeutet.“ Da MAHLE die Antriebsentwicklung auch als Dienstleistung verkauft, können Fahrzeughersteller den Prüfstand tageweise mieten. „Dann sind wir in der Lage, nahezu jeden mitgebrachten Prüfzyklus ablaufen zu lassen“, verspricht Fraser.

Seit Ende 2020 in Betrieb: das neue Prüfzentrum in Fellbach bei Stuttgart. Jakub Lasica und Neil Fraser regeln jede Feinheit im Kontrollraum. Im Prüfstand dreht sich vieles um Spannung und Stromstärke.Jakub Lasica sorgt als Prüfstands- ingenieur dafür, dass alle Tests reibungslos laufen.
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Viele chinesische Kunden erwarten von uns mehr als nur sehr gute Einzel­komponenten.
Kun Hu,
General Manager, MAHLE in Shanghai, China

Marktnähe in Suzhou


Beim Absatz rein batterieelektrischer Fahrzeuge hat China noch immer die Nase vorn. Es ist also nur konsequent, dass die Elektronik- und Mechatronik-Initiative von MAHLE auch in China zu Neuinvestitionen führt und von dort aus auch Impulse für die europäischen Standorte ausgehen. So wird im Jahr 2021 ein neues Entwicklungszentrum in Suzhou, einer 10-Millionen-Metropole rund 100 Kilometer nordwestlich von Shanghai in Betrieb genommen. Schon Ende 2020 war der Bau fertiggestellt. Hier sollen einmal bis zu 500 Ingenieure arbeiten. „Es gibt in China einen klaren Kurs in Richtung Elektrifizierung“, erläutert Kun Hu. Die General Managerin von MAHLE China verantwortet unter anderem auch die Entwicklung neuer Geschäftsfelder von MAHLE in diesem wichtigen Markt. „Bei den Zulassungszahlen werden schon in wenigen Jahren Autos mit batterieelektrischem oder Hybridantrieb dominieren.“

Die Systementwicklung ist einer der Schwerpunkte in Suzhou, ebenso wie der Aufbau regionaler Entwicklungskompetenz für Elektronik- und Mechatronik-Produkte. „Viele chinesische Kunden erwarten von uns mehr als nur sehr gute Einzelkomponenten“, sagt Hu. „Wir müssen in der Lage sein, komplette elektrische Antriebe zu entwickeln und zu validieren – und zwar hier vor Ort, im engen Austausch mit den Kunden.“ Die Kunden, das sind vor allem chinesische Automobilhersteller, die, so die Einschätzung von Hu, technisch ebenso ambitioniert seien wie die europäischen Traditionsmarken. „Die 800-Volt-Technik ist in China ein genauso wichtiges Thema wie anderorts.“ Mit dem Unterschied, dass ein Zulieferer komplette Lösungen anbieten muss, bis hin zum Thermomanagement. „Wir haben das Know-how im Konzern und holen es nun hierher“, sagt Hu.

Mehr als 8.800 Kilometer Luftlinie beträgt die Entfernung von Suzhou nach Kornwestheim. Und doch verfolgen die Elektronik- und Mechatronik-Pioniere von MAHLE weltweit ein gemeinsames Ziel: Die nächste Generation von Elektrofahrzeugen noch alltagstauglicher zu machen.

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Künftig Heimat für hunderte Ingenieure und neue Ideen: das MAHLE Entwicklungszentrum in Suzhou.
Wir müssen in der Lage sein, komplette elektrische Antriebe zu entwickeln und zu validieren – und zwar hier vor Ort, im engen Austausch mit den Kunden.
Kun Hu,
General Manager, MAHLE in Shanghai, China

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