Elektro-Macan: Porsches Ausblick auf die PPE

Es war ganz anders geplant. Eigentlich hätten wir jetzt – Ende 2023 – schon längst ausführliche Fahrberichte zum Porsche Macan und weiteren PPE-Stromern veröffentlicht gehabt. Wenn denn der ursprüngliche Zeitplan eingehalten worden wäre, denn dann wären der Macan und Audi-Modelle wie der Q6 e-tron und der Dienstwagen-Klassiker A6 e-tron schon auf dem Markt oder kurz vor ihrer Premiere. Mit den diversen Verzögerungen gibt es auch Ende 2023 noch kein finales Serienmodell. Es zeichnet sich nur ab, dass Porsche nach der erneuten Verzögerung bei Audi mit der Weltpremiere des Macan vor dem Q6 e-tron dran sein wird. Welches der beiden SUV tatsächlich früher beim Kunden ist, ist offiziell noch nicht bekannt.

Im Vorfeld der Weltpremiere hatten die Zuffenhausener zu einem Technologie-Workshop nach Leipzig geladen, wo der kommende Elektro-Macan parallel zum bestehenden Verbrenner-Modell gebaut werden wird. Dabei haben die Ingenieure einen Ausblick auf die Technik ihres ersten PPE-Modells gegeben – und damit auch auf die Plattform an sich. So viel vorab: Porsche hat sich bemüht, vorrangig über den Macan zu sprechen und das neue Modell anzuteasern – und nicht so sehr die Unterschiede zu Audi-Modellen hervorzuheben.

Der Antrieb

Steigen wir direkt beim Antrieb ein: Porsche setzt dabei ausnahmslos auf permanenterregte Synchron-Elektromaschinen (PSM), auch an der Vorderachse kommt keine Asynchronmaschine oder stromerregte Synchronmaschine zum Einsatz. Die Vor- und Nachteile wurden dabei genau abgewogen, wie Antriebsentwickler Antoon Janssen erklärt. Die Permanentmagnete im Rotor sorgen zwar für höhere Kosten, die Vorteile der hohen Energiedichte (ermöglicht ein kompakteres Design), die hohe Effizienz (für eine hohe Dauerleistung) und das gute Thermo-Verhalten (gleichbleibende Leistung und Lebensdauer) haben am Ende für Porsche aber überwogen.

Auch der Taycan hat auf das PSM-Prinzip gesetzt, bereits damals debütierten Features wie die Hairpin-Wicklungen im Stator. Diese haarnadelförmigen Kupferstäbe anstelle von Spulen aus gewickeltem Kupferdraht erhöhen den Kupfer-Füllgrad im Stator – und damit die Energiedichte. Für die Macan-PSM wurden aber zahlreiche Punkte verbessert. Der sogenannte Doppel-V-Blechschnitt, also die Anordnung der Magnete innerhalb der Rotoren, wurde ebenso optimiert wie die Wassermantelkühlung für eine maximale Leistungsdichte.

Im Ergebnis stehen für das erste PPE-Modell von Porsche drei Antriebseinheiten für die zunächst zwei Varianten: Das Basismodell nutzt an der Vorderachse einen Motor mit 210 Millimetern Durchmesser und einer „aktiven Länge“ von 100 Millimetern – das Gehäuse selbst ist länger als jene zehn Zentimeter. An der Hinterachse kommt ein Motor mit ebenfalls 210 Millimetern Durchmesser zum Einsatz, die aktive Länge beträgt aber 200 Millimeter. Die stärkere Macan-Variante nutzt den gleichen Frontmotor, an der Hinterachse ist aber ein stärkeres Aggregat verbaut. Diese PSM kommt auf 230 Millimeter Durchmesser und 210 Millimeter aktive Länge.

Die finale Leistung und Modellbezeichnungen will Porsche erst bei der Weltpremiere veröffentlichen. Bis dahin bleibt es bei der bereits bekannten Angabe, dass die Systemleistung bei „rund 450 kW“ liegen wird und das maximale Drehmoment „über 1.000 Nm“ betragen wird. Das gilt natürlich für das Top-Modell, das sich mit seinen umgerechnet 612 PS wohl den bei Porsche auch in der Elektro-Welt genutzten Namenszusatz „Turbo“ verdient. Da sich die Motoren bei dem „Entry-level model“ nicht allzu stark von dem „Top model“ unterscheiden, könnte diese Variante in der Porsche-Logik als Macan 4S debütieren.

Unabhängig welche PSM verbaut ist: Der Kraftfluss auf die Räder erfolgt an Vorder- und Hinterachse jeweils über ein zweistufiges Eingang-Getriebe. Statt mit einem großen Zahnrad wird die Übersetzung dort mit zwei kleineren Rädern realisiert, daher zweistufig. Das ermögliche „eine besonders kompakte Bauweise“. Einen Unterschied gibt es aber bei der Heckmaschine des Topmodells: Hier ist der Motor im sogenannten „Performance-Hinterwagen“ eingebaut – und zwar nicht auf, sondern hinter der Achse. Diese Positionierung sorgt nicht nur für eine bessere Gewichtsverteilung von 48:52, sondern schafft auch Platz für die aktiv geregelte Quersperre im Differenzial – gleich mehr dazu beim Fahrwerk.

Gab es beim Taycan noch im sogenannten „Range“-Modus die Möglichkeit, dass das Fahrsystem in bestimmten Geschwindigkeitsbereichen aus Effizienzgründen nur die vordere PSM nutzt (und es somit ein Porsche mit Frontantrieb war), ist das beim Macan nicht mehr vorgesehen – der komplette „Range“-Modus wurde gestrichen. Zwar spricht Porsche davon, dass das Antriebsmoment vollvariabel zwischen Vorder- und Hinterachse verteilt werden könne, dabei wird nun bei geringer Last der hintere Elektromotor bevorzugt. Der einfache Hintergrund: Der Inverter (oder Pulswechselrichter, wie es Porsche nennt) an der Hinterachse arbeitet mit Halbleitern aus Siliziumkarbid und ist damit deutlich effizienter. An der Vorderachse kommt weiterhin Silizium zum Einsatz. Sprich: Bei moderaten Fahrbedingungen ist der Elektro-Macan ein Hecktriebler. Die Vorderachse läuft in diesem Fall passiv mit und kann bei Bedarf sofort wieder Antriebsmoment stellen.

Die vordere PSM kommt im Alltag wohl weniger beim Fahren, sondern vor allem bei der Rekuperation zum Einsatz. Bis zu circa 240 kW können im Macan zurückgewonnen werden, je nachdem, wie stark der Fahrer das Bremspedal betätigt, und abhängig unter anderem von Temperatur und Ladezustand der Batterie (SoC). Das entspricht einer Verzögerung von rund 4,3 m/s2. Für das Porsche-übliche Fahrverhalten haben die Ingenieure übrigens auf ein One-Pedal-Driving verzichtet – je nach Wunsch des Fahrers segelt der Macan oder die sogenannte „Schub-Rekuperation“ verzögert mit etwa 0,6 m/s2, wenn der Fahrer vom Fahrpedal geht – was in etwa der Verzögerung der Motorbremse beim Verbrenner entspricht. Erst beim Tritt aufs Bremspedal wird stärker rekuperiert. Ist eine stärkere Verzögerung gefordert, wird die hydraulische Scheibenbremse für den Fahrer unmerklich zugesteuert.

Übrigens: Die PPE ist nicht an die PSM von Porsche gebunden. Die Zuffenhausener bauen die Elektromotoren für den Macan in Stuttgart, während Audi seine E-Maschinen im eigenen Motorenwerk im ungarischen Györ herstellt. Die Plattform ist also flexibel genug, um unterschiedliche Motoren aufzunehmen – auch mit Blick auf die Zukunft eine interessante Eigenschaft.

Die Batterie

Beim Antrieb gibt es zwar zwei Varianten, bei der Batterie aber (vorerst) nicht. Alle Macan kommen mit einer im Unterboden verbauten Lithium-Ionen-Batterie mit rund 100 kWh brutto – den genauen Wert soll es auch hier erst zur Weltpremiere geben. Das Batteriesystem wird (wie beim Taycan) von Dräxlmaier im Auftrag für Porsche montiert. Der Zulieferer hat hierfür eine eigene Anlage in Leipzig hochgezogen. Dort werden jeweils 15 prismatische NCM811-Zellen in ein Modul verbaut und zwölf Module dann in das Gehäuse integriert – mit einer Kühlplatte und einem Unterfahrschutz aus Glasfaserverbundwerkstoff, der den Akku vor mechanischen Beschädigungen von unten schützen soll. Das Gesamtgewicht der Batterie liegt bei 570 Kilogramm.

Die Zellen selbst bezieht Porsche von CATL – aber nicht aus China, sondern dem ersten Europa-Werk der Chinesen nahe Erfurt. Die Zellen nutzen an der Kathode Nickel, Mangan und Kobalt im Verhältnis 8:1:1, was nicht nur rund 60 Prozent weniger Kobalt bedeutet, sondern laut Porsche auch eine um rund 30 Prozent höhere Energiedichte. Auch die Reparaturfähigkeit der Batterie ist wohl verbessert worden. Was sich die Porsche-Entwickler auch auf explizite Nachfrage nicht entlocken lassen wollten, ist eine Aussage zur Anode. Beim Taycan wurde hier ein gewisser Silizium-Anteil dem Grafit beigemischt. Ob das beim Macan ebenfalls so ist oder aus Kostengründen auf das Silizium verzichtet wurde, ist also nicht bestätigt.

Die aus dem Taycan bekannten „Fußgaragen“ (vor der Rücksitzbank wurde auf Batteriemodule verzichtet, um einen angenehmeren Kniewinkel für die Passagiere zu ermöglichen) gibt es beim Macan nicht – in dem SUV gibt es ohnehin eine andere Sitzposition. Die Module sind zwar flach im Batteriegehäuse verbaut, ganz eben ist die Batterie aber nicht: Am hinteren Ende, also unter der Rücksitzbank, ist das Batteriemanagement auf dem Batteriedeckel verbaut. Das von Porsche BMCe genannte System überwacht nicht nur die Zellspannungen und den gesamten Stromfluss im Hochvolt-System, sondern verteilt die elektrische Leistung auf die Elektromotoren sowie die Hochvolt-Nebenverbraucher und ermöglicht ein DC-Laden mit 800 und 400 Volt. Auch die Sicherheitssysteme für die Batterie, also Schmelzsicherungen und ein pyrotechnisches Trennelement sitzen dort. Bei Überspannungen, Kurzschlüssen und bei einem Unfall kann so die HV-Batterie in Sekundenbruchteilen vom Rest des Fahrzeugs elektrisch getrennt werden.

Neu ist übrigens auch, dass sich die Batterie bei zu hohen Temperaturen im Stand selbst schützt. Wird das Fahrzeug mit hohem Ladestand in einer heißen Umgebung abgestellt und die Zellen erwärmen sich aufgrund der Sonneneinstrahlung in den Bereich von 35 bis 45 Grad und bleiben dort über viele Stunden, aktiviert sich die Batterie-Konditionierung – siehe Bild 4 in der Galerie. Dann werden die Zellen nicht nur aktiv gekühlt, sondern durch den Energieverbrauch sinkt auch der Ladestand – was den Stress auf die Zellen weiter mindert. Bei einem Ladestand von unter 50 Prozent bleibt der Stress für die Zellen auch bei hohen Temperaturen im Rahmen, sodass die Konditionierung dann nicht aktiviert wird – man hat also immer noch genügend Strom, um bis an die nächste Ladesäule zu kommen.

Das Ladesystem

Von der Batterie kommen wir zum Stichwort DC-Laden: Das ist im Macan mit bis zu 270 kW möglich, in weniger als 22 Minuten kann die Batterie von zehn auf 80 Prozent geladen werden. Das klingt im Vergleich zum vier Jahre alten Taycan zunächst nach keiner großen Verbesserung – hier hatte Porsche von fünf auf 80 Prozent 22,5 Minuten angegeben. Allerdings ist die Batterie im Macan auch etwas größer. Die Ladekurve der PPE-Batterie mit rund 100 kWh ist auf der Grafik in Blau zu sehen – und dürfte also auch auf die Audi-Modelle übertragbar sein.

Genau hier wäre es nun interessant zu wissen, ob im Macan an der Anode noch Silizium eingesetzt wird oder nicht. Sollte Porsche die 270 kW mit einer mutmaßlich flacheren Ladekurve ohne Silizium erreicht haben, wäre das eine nicht zu verachtende Verbesserung – vor allem mit dem Blick auf die Kosten. Denn vom Porsche-Bestseller Macan dürften deutlich mehr Fahrzeuge gebaut werden als vom Elektro-Vorreiter Taycan.

Bereits bekannt ist, dass die Macan-Batterie das sogenannte „Bank-Laden“ unterstützt. Dabei wird die Batterie mit Hochvolt-Schaltern in zwei Blöcke geteilt, wenn die Ladestation nur 400 Volt bietet. Die zwei 400-Volt-Batterien anstelle einer 800-Volt-Batterie sollen parallel mit bis zu 150 kW geladen werden können.

All das wird in der unter den Rücksitzen platzierten BCMe-Einheit geregelt. Aufgrund dieser Einbaulage haben sich Porsche und Audi übrigens dafür entschieden, die Ladeports wieder über der Hinterachse zu positionieren – und nicht mehr wie bei ihren Erstlingen Taycan und e-tron quattro zwischen Vordertüre und Vorderachse. Der DC-Anschluss sitzt auf der linken Fahrzeugseite, rechts ist ein reiner AC-Anschluss. Dank eines neuen Steuergeräts (Smart Actuator Charger Interface Device, SACID) ist Plug&Charge an beiden Ladedosen möglich.

Neben der BCMe ist noch die sogenannte Integrated Power Box (IPB) verbaut, die den AC-Onboard-Charger, den Hochvolt-Heizer und den DC/DC-Wandler in einem Gehäuse vereint. Diese zum Patent angemeldete Lösung ist nicht nur kompakter, sondern mit 19 Kilogramm auch drei Kilo leichter als konventionelle Komponenten. Da der Onboard-Charger nicht mehr unter der Fronthaube sitzt, konnte so auch der Frunk größer werden. „Bei der Markteinführung des Macan“ wird der Onboard-Lader eine Leistung von elf kW haben, so Porsche – eine Formulierung, die Luft nach oben lässt.

Der Hochvolt-Heizer der IPB leistet sechs Kilowatt und dient dazu, die Batterie zu erwärmen. Damit kann der Akku vorkonditioniert werden, damit die Zellen für den Fahrbertieb und das Schnellladen jeweils im optimalen Temperaturfenster sind – etwa zwischen 20 und 25 Grad. Über 30 Grad und unter 20 Grad steigt die Ladedauer spürbar an.

Das System wird wie gehabt über den Porsche Charging Planner aktiviert, also die Lade-Routenplanung im fest integrierten Navi. Hier wurden etwa die Suchfilter verfeinert, dass die Kunden für die Routenplanung nicht nur je nach Ladeleistung, sondern auch gezielt nach Ladebetreibern suchen (oder gezielt ausschließen) können.

Die Software

Der Charging Planner ist der Übergang zur Software. Auf den ersten Blick sehen die Bedienelemente auf dem Touchscreen (oder den Touchscreens mit dem optionalen Beifahrer-Display) vertraut aus, doch die Technik im Hintergrund ist eine gänzlich andere. Die neue PCM-Generation nutzt Android Automotive OS als Betriebssystem. Wichtig: Es handelt sich dabei um das Betriebssystem und das Software-Ökosystem, nicht aber Google-Dienste. Mit diesem Betriebssystem hat Porsche seine eigene Lösung programmiert, um die eigene Nutzeroberfläche und Menüführung zu erhalten.

Für das Navi mit dem Lade-Routenplaner heißt das: Dank monatlicher Karten-Updates und der Online-basierten Laderoutenberechnung soll sich das Nutzererlebnis deutlich verbessern. Die Navi-App kann so „in Sekundenschnelle“ die Route mit Ladestopps planen – und zwar laut Porsche „egal ob es nach Berlin oder Barcelona gehen soll“. Dabei sollen auch die jeweiligen Kunden-Präferenzen von Ladesäulentypen und -Anbietern berücksichtigt werden. Wir freuen uns schon auf die ersten Tests des finalen Softwarestands im Fahrzeug – denn wenn das Fahrzeug im Funkloch hängt oder eine eingeplante Ladesäule doch offline ist, sollte ein teurer Porsche für seine Nutzer dennoch eine Antwort haben.

Ein weiterer Vorteil des Wechsels auf Android Automotive: Porsche hat nun ein eigenes App Center, über das die Kunden Apps von Drittanbietern installieren können – das Angebot soll stetig steigen. Zum Start sind auf den europäischen Märkten die Musikdienste „Spotify“, „Amazon Music“ und „TuneIn Radio“, die Streaming-Plattformen „YouTube“ und „DAZN“, das Konferenzsystem „Cisco WebEx“ sowie Spiele wie „Beach Buggy Racing“ und die Smarthome App „Home Assistant“ verfügbar. Sprich: Man kann seine Spotify-Playlists künftig auch in der Porsche-Umgebung nutzen und muss nicht z.B. über Apple CarPlay oder Android Auto ausweichen. A propos CarPlay und Android Auto: Nutzt man eines dieser Systeme zur Navigation, kann künftig auch die Karte von Apple bzw. Google Maps im Kombiinstrument angezeigt werden – bisher war was nur mit der Porsche-eigenen Navigation möglich.

Mit dem neuen Betriebssystem konnte auch ein besserer Sprachassistent umgesetzt werden. Dieser soll nicht nur schneller reagieren, sondern auch sechs weitere Sprachen verstehen – insgesamt sind es 23. Dank zweier Mikrofone kann der Assistent auch ermitteln, ob Fahrer oder Beifahrer das „Hey Porsche“ zum Aktivieren des Systems gesagt haben – das System zeigt im Zentraldisplay und über das „Kommunikationslicht“ an, wem es zuhört.

Dabei handelt es sich um eine serienmäßige Ambientebeleuchtung im vorderen Bereich, bestehend aus 56 LEDs. Dieses farbige und animierbare Lichtband visualisiert verschiedene Fahrzeugzustände wie zum Beispiel den Ladevorgang und begrüßt die Passagiere beim Einstieg mit einer Inszenierung. Aber auch die Launch Control oder der Wechsel der Fahrmodi können hier hervorgehoben werden, auch Assistenzsysteme haben darauf Zugriff – der Spurwechsel-Assistent kann etwa vor einem Fahrzeug oder Fahrrad im toten Winkel warnen.

Als Sonderausstattung ist zum ersten Mal bei Porsche auch ein Head-up-Display mit Augmented-Reality-Technologie erhältlich. Das Bild des Head-up-Displays erscheint in einer Entfernung von zehn Metern und entspricht der Größe eines 87-Zoll-Displays. Damit sei dieses Head-up-Display „eines der größten aktuell angebotenen im Wettbewerb“, so Porsche. Mit den speziellen Anzeigen, die auch die Umgebungsdaten und Position des Fahrzeugs nutzen, soll der Fahrer Hinweise und Informationen schneller und einfacher erfassen können.

Das Fahrwerk

Kurz zurück zur Hardware, aber zu einem Part, der nicht direkt mit der Elektromobilität zu tun hat. Auch beim Fahrwerk für seinen PPE-Erstling hat Porsche einige Veränderungen eingeführt, nicht nur mit dem „Performance-Hinterwagen“ des Topmodells. Grundsätzlich wurde das Fahrwerk so ausgelegt, um eine größere Bandbreite zwischen Alltags-Komfort und Sportwagen-Verhalten zu bieten.

Ab Werk nutzt das Fahrwerk Stahlfedern, die aber auch mit der elektronischen Dämpferregelung PASM (Porsche Active Suspension Management) aufgerüstet werden können. Die ebenfalls optionale Luftfederung verfügt immer über das PASM. Neu im PASM sind Dämpfer mit Zweiventil-Technik. Dank größerem Dämpferkennfeld fällt hier die Spreizung zwischen Komfort und Performance deutlicher aus, Zug- und Druckstufe lassen sich getrennt regeln. Im Vergleich zur Einventil-Technologie ist das Kraftpotenzial im Druckbereich deutlich größer – das sorgt für eine hervorragende Nick- und Wankabstützung sowie weniger Bewegungen im Fahrzeug.

Das neue Packaging an der Hinterachse ermöglicht zudem erstmals den Einbau einer Hinterachs-Lenkung. Beim Rangieren schlagen die Hinterräder bis zu fünf Grad gegenläufig ein, was den Macan handlicher macht – der Wendekreis liegt dann bei 11,1 Metern. Zudem lenkt der Macan so dynamischer in Kurven ein. Bei Geschwindigkeiten oberhalb von rund 80 km/h lenken die Hinterräder gleichsinnig zur Vorderachse ein. Die Folge: eine virtuelle Radstand- verlängerung und damit eine nochmals erhöhte Fahrstabilität. Mit der Hinterachslenkung geht übrigens auch eine um 15 Prozent direktere Lenkübersetzung an der Vorderachse einher.

Wie sich das anfühlt? Rasant. Porsche hat zwar im Zuge des Technologie-Workkshops auch Taxifahrten auf der werkseigenen Teststrecke und dem Offroad-Kurs angeboten – allerdings waren die Entwicklungsingenieure am Steuer speziell auf der Rundstrecke auf einem Niveau unterwegs, das wenig mit dem normalen Straßenverkehr zu tun hat. Auch die Offroad-Fähigkeiten des Macan an Steigungen und Gefällen werden in der Praxis wohl nur selten benötigt. Allerdings ist auf den holprigen Strecken des Offorad-Parkours aufgefallen, dass die Luftfederung des Vorserien-Wagens die ganzen Stöße erstaunlich gut weggefedert hat.

Das Werk

Der elektrische Macan wird, wie die erste Generation (die eine Zeitlang weiter im Angebot bleibt) in Leipzig gebaut. Das Unternehmen hat rund 600 Millionen Euro in die inzwischen fünfte Erweiterung des Standorts investiert, wo 2002 die ersten Cayennes gefertigt wurden. Erst seit 2013 mit dem ersten Macan wird in Leipzig eine Vollfertigung betrieben, beim Cayenne und der ersten Panamera-Generation (seit 2009) wurden die Karossen noch zugeliefert.

Die Endmontage des alten und neuen Macan sowie der zweiten Panamera-Generation findet auf einer Linie statt – bis zu 550 Fahrzeuge am Tag. Nur am Anfang der Linie unterscheiden sich die Prozesse: Wo die Verbrenner eine kleine Extra-Schleife drehen, um Antriebe und Abgasanlagen zu montieren, übernimmt beim elektrischen Macan ein Roboter die Montage der schweren Batterie. Die restlichen Schritte durch die Montagehalle sind aber gleich.

Die sechste Ausbaustufe in Leipzig für die Elektro-Zukunft ist übrigens schon im Bau: Auf der ehemaligen Grünfläche südlich des bestehenden Werks rollen bereits die Bagger und Baumaschinen. Hier wird die Montage für das intern K1 genannte Elektromodell hochgezogen.