Wie viel CO2 emittiert Ihr Autoradio?

Wir fahren über die Autobahn, begleitet von der Melodie unseres Lieblingsliedes. Der Sprachassistent warnt vor einem bevorstehenden Stau – da klingelt das Telefon, wir nehmen den Anruf über die Freisprechanlage entgegen. Alltägliche Szenen, die deutlich machen: Audio-Systeme werden in Fahrzeugen immer wichtiger. Längst haben Radio-, Telefon- und Medien-Wiedergaben Einzug in alle Fahrzeugklassen gefunden – hinzu kommen Concierge-Dienste, Fahrzeug-Warngeräusch Generatoren (AVAS), Notrufsysteme (eCall), In-Car-Communication und vieles mehr. Die Komplexität steigt stetig und mit ihr der Energieverbrauch.

Qualitativ hochwertige Soundpakete sind bei den Verbrauchern gefragt: Sie geben immer mehr Geld für eine wachsende Anzahl an Lautsprechern, Verstärkerkanälen und weitere Leistungen aus. Auf der anderen Seite übergeben die Automobilhersteller aufgrund gesetzlicher Vorgaben und voranschreitender Entwicklungen immer mehr Funktionen an Audio-Systeme – nicht zuletzt steigert die moderne Ausstattung die Attraktivität des Fahrzeugs und bietet interessante Margen im Verkauf.

Wie steht es um den Energieverbrauch?

An den Energieverbrauch denkt im ersten Schritt kaum jemand. Dabei ist dies ein wichtiger Faktor, denn selbst kleine Änderungen elektrischer Lasten (wie bei Audio-Systemen) können sich durch die millionenfache Skalierung in der Fahrzeugflotte auf den Gesamtverbrauch massiv auswirken. Einfach ausgedrückt: Werden nur kleinste Energieeinsparungen im Auto vorgenommen erscheinen diese auf den ersten Blick unbedeutend – hochgerechnet auf alle Autos im Straßenverkehr reduziert sich der CO2-Ausstoß aber mitunter erheblich.

Doch wie lässt sich der elektrische Energieverbrauch von Auto-Systemen wiederholbar, vergleichbar und aussagekräftig messen? Heutzutage werden meist Angaben der reinen Verstärkerwerte in Watt angegeben – ohne jegliche Mess- und Randbedingungen. Das alleine reicht jedoch nicht, um wirklich aussagekräftige Werte für die Entwicklungsarbeiten von Ingenieuren und Technikern zu generieren. Die Lösung bietet hier der auf einem Nutzungsmodell basierende Test Zyklus Automotive Audio Energy Efficiency Test Cycle (AAEETC). In diesem schlägt sich die Nutzung verschiedener Quellen (Entertainment, Telefon, Warnsounds etc.) mit eindeutig definierten Randbedingungen und das Nutzungsverhalten eines durchschnittlichen Nutzers nieder.

Elektroautos sind auf dem Vormarsch

Es gibt eine weitere Entwicklung, die eine Betrachtung des elektrischen Energieverbrauchs von Audio-System interessant macht: Elektroautos. In absehbarer Zukunft wird die Einführung einer Vielzahl von teil- oder vollelektrischen Antriebsträngen in Form von 48V Mild-Hybriden, seriellen und parallelen Plug-In-Hybriden (PHEVs), batterieelektrischen (BEV) und Brennstoffzellen-Wasserstoff Antrieben (FCEV) den Automobilmarkt grundlegend verändern.

Der weltweite Marktanteil von Elektroautos steigt, getrieben durch Subventionierungen und das allgemeine Umweltbewusstsein, das die Kaufentscheidungen der Verbraucher zunehmend beeinflusst. Nachhaltige Produkte zu entwickeln, wird damit immer wichtiger – den Stromverbrauch von Audio-Systemen durch ein standardisiertes Verfahren zu messen, ist hier einer der vielen Enabler. Ingenieure können bei der Produktentwicklung bessere Entscheidungen fällen und somit einen positiven Beitrag in Sachen Nachhaltigkeit leisten.

Jedes zusätzliche Watt geht zu Lasten der Reichweite

Warum bei Elektroautos jedes Watt zählt, offenbart ein Vergleich mit Verbrennungsmotoren: Kraftstoffe für Verbrennungsmotoren können relativ einfach in Behältern aufbewahrt werden. In elektrische Dimensionen umgerechnet, kann ein Volkswagen Golf der achten Generation (Modelljahr 2021) mit dem serienmäßig gelieferten 50 Liter Tank 488 kWh an Energie mit sich mitführen (1 Liter Benzin = 9,76 kWh). Das in Nordamerika bestverkaufte Fahrzeug, der Ford F150, kann in einer optionalen Ausführung des Modelljahres 2021 bis zu 136 Liter mit sich führen. Dies entspricht einer beeindruckenden Menge von 1.327 kWh.

Das sieht bei Elektroautos anders aus: Die aktuell größten verbauten Batterien bieten eine Kapazität von ca. 110 kWh. Zwar überzeugen diese durch einen höheren Wirkungsgrad im Antrieb und in naher Zukunft werden die Kapazitäten der Batterien schnell steigen – die Gesamtmenge der nutzbaren Energie ist jedoch wesentlich geringer als bei Verbrennungsfahrzeugen. Automobilhersteller müssen also bei der Entwicklung der E/E-Komponenten (Elektrik und Elektronik) den Verbrauch der elektrischen Komponenten und deren Effizienz besonders im Blick behalten: Jedes zusätzliche Watt geht zu Lasten der Reichweite und hat direkten Einfluss auf die Nachhaltigkeit des Fahrzeugs über den gesamten Lebenszyklus.

Den jährlichen CO2-Ausstoß einer Kleinstadt einsparen

• 18,03 kWh/100 km: So hoch ist der durchschnittliche Verbrauch der Top Ten in Europa verkauften Elektrofahrzeuge (ohne Ladeverluste)¹.
• 11.964 Kilometer² legt der durchschnittliche Europäer pro Jahr im Auto mit einer Geschwindigkeit von 45 km/h³ zurück.
• Bei der Erzeugung einer Kilowattstunde Energie werden in der EU durchschnittlich 317g CO2 emittiert.

Das bedeutet, dass für den Betrieb eines Elektroautos pro Jahr 2157 kWh (ohne Ladeverluste) benötigt werden – was zu einem Ausstoß von rund 683 kg CO2 pro Jahr führt. Im Jahr 2020 lag die Gesamtflotte der in Europa verkauften E-Fahrzeuge bei 1,4 Millionen⁴. Würden diese ihr Elektrik- und Elektronik-Design so verändern, dass sich die Dauerleistung um nur 1 Watt verringern würde (-0,01235%) ergäbe sich dadurch eine Gesamteinsparung im Betrieb von 118.090 Tonnen CO2 pro Jahr. Zur Verdeutlichung: Dies entspricht immerhin dem Gesamt-Jahresausstoß von 173 Elektrofahrzeugen! Ein weiterer Pluspunkt: Kleine Änderungen lassen sich an den E/E-Komponenten – im Vergleich zu Verbesserungen in der Antriebseffizienz oder an der Aerodynamik – schneller umsetzen und können in bestehende Serien integriert werden.

Vorschlag für den Automotive Audio Energy Efficiency Test Cycle (AAEETC)

Doch zurück zum vorgeschlagenen Test, der die Basis für Verbesserungen bilden kann. Audio-Systeme in Fahrzeugen werden unterschiedlich genutzt: Einige hören Musik sehr laut, andere nutzen das Radio häufig, telefonieren sehr viel oder nutzen vielleicht gar keine Audio-Quellen während der Fahrt. Die Herausforderung für einen standardisierten Nutzungstest war, aus diesen vielen Variablen einen Mittelwert zu bilden. Eine vergleichbare Herausforderung bestand auch bei der Entwicklung und Einbeziehung genormter Prüfverfahren, wie sie der Gesetzgeber für die Bemessung von Verbrauchswerten vorschreibt (NEFZ, WLTP und GB T CLTC). Das Modell bildet hier das Individuum schlecht ab, die Testergebnisse bieten aber eine Vergleichbarkeit zwischen den Marktbegleitern einer Klasse, Aussagekräftigkeit und Wiederholbarkeit zwischen den verschiedenen Testkörpern. Diese Umstände übertragen sich auf den AAEETC. Somit ist es möglich, dass anonym ermittelte Nutzungsdaten von OEMs und Anbietern von Mobilitätsdiensten künftig den Testzyklus weiter verbessern werden.

Testbeschreibung des AAEETC

• System ist gebootet und einsatzbereit
• Falls für einige Quellen spezifische Filter appliziert werden („Tunings“ oder EQ-Sets), müssen diese im jeweiligen Testfall aktiviert sein
• Versorgungsspannung 14,4V
• Strommessgerät mit Logging-Funktion, Logging während des Messdurchlaufs aktiv
• Temperatur: 20°C
• Testdauer: 60 Minuten

Dieses Beispiel zeigt: Nachhaltigkeit kann ein echter Mehrwert für alle sein und zu einem Wettbewerbsvorteil führen. Der Automotive Audio Energy Efficiency Test Cycle (AAEETC) ist ein Werkzeug für Entwickler und ein Vorschlag, um den Energieverbrauch von Audiosystemen zu messen und zu bewerten – wiederholbar und zuverlässig. Darauf aufbauend lassen sich Verbesserungen durchführen. Zudem könnten die Messergebnisse Transparenz für Verbraucher schaffen: Fairere Vergleiche zwischen den Wettbewerben sind hiermit denkbar.

Bei Interesse an diesen Technologien oder an weiteren Anwendungsgebieten hilft Ihnen Thomas Baumgartner, Audio System Engineer, gerne weiter. Laden Sie sich für mehr Informationen das Whitepaper „Wie viel CO2 emittiert mein Autoradio?“ herunter.