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48-V-Motoren mit Hunderten von kW: Neue Antriebskonzepte revolutionieren E-Mobilität

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Sicherheit bei E-Autos

Gerling_Dieter Bildquelle: © Thomas Benz/just imagine

Prof. Dieter Gerling, Voalbo: »Wir können live zeigen, dass das alte Mantra „hohe Leistung geht nur mit hoher Spannung“ im Auto nicht stimmt.«

Am Wichtigsten: Auch Rettungsmannschaften haben bei einem Unfall gefahrlos Zugang zum Auto und können Verletzte bergen. »Ich wäre nicht überrascht, wenn sich eine dem Dieselgate-Skandal ähnelnde Diskussion rund um die mangelnde Sicherheit für E-Autos entwickeln wird, die der E-Mobilität insgesamt schwer schaden könnte«, erklärte Pasi Pennanen gegenüber Markt&Technik.

Ein weiterer großer Vorteil: Bei der niedrigen Versorgungsspannung können relativ günstige Leistungshalbleiter Einsatz finden, Schutzschaltungen fallen weg.
Das hat auch Continental überzeugt. Das Unternehmen hat seinen neuen, sechsphasigen 48-V-Motor auf Basis „gesteckter Wicklungen (Hairpin)“ aufgebaut. Konkret handelt es sich dabei um feste Drähte, die in Nuten des Stators eingelegt und anschließend verschweißt werden. Der 6-Phasen-Motor erreicht Spitzenleistungen bis 30 kW und kann in verschiedenen Topologien (P2, P3, P4) eines Hybridfahrzeugs integriert werden. Im Demofahrzeug von Continental sitzt der Motor zwischen Verbrenner und Getriebe – also in einer sogenannten P2-Topologie. Damit wird rein elektrisches Fahren mit bis zu 90 km/h, vor allem in innerstädtischen Bereichen, möglich. Der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebs steigert sich gegenüber herkömmlichen 48-V-Systemen um 10 Prozent. Beim Rekuperationsvorgang werden so die Verluste im Elektroantrieb halbiert. Insgesamt ergibt sich eine Treibstoffersparnis von 20 Prozent gegenüber dem entsprechenden Verbrenner.

Ein großer zusätzliche Vorteil: Die Spulen herzustellen ist sehr aufwändig, sie durch gesteckte Wicklungen zu ersetzen spart Kosten drastisch ein. »Zusammen mit der Batterie und der Leistungselektronik haben wir damit ein System geschaffen, dass ein Hochvolt-Vollhybrid-System wirtschaftlich sinnvoll ersetzen kann«, erklärte Stefan Lauer, Projektleiter bei Powertrain Technology and Innovation von Continental, gegenüber Markt&Technik. Im Moment sei mit der Vorentwicklung der erste Schritt abgeschlossen, Vorserienprojekte sind geplant. Wenn das Interesse besteht, könnte in etwa vier Jahren bereits die Serienproduktion aufgenommen werden. An Interesse mangele es nach seinen Worten nicht: »Praktisch alle OEMs schauen sich derzeit die 48-V-Technik sehr genau an. Unser Motor passt auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten sehr gut in Hybridfahrzeuge.« Derzeit untersucht Continental, ob sich die 48-V-Motoren auch für den Einsatz in Plug-in-Hybriden eignen würden.

Auf die Spitze getrieben hat das spulenlose Prinzip Volabo. Der „Intelligent Stator Cage Drive“ – kurz ISCAD – besteht nur noch aus Aluminiumstäben, die die Phasen bilden. Weil die Phasen und die zugehörige Leistungselektronik die Grundmodule bilden, aus denen sich verschiedene Motortypen für unterschiedliche Leitungsklassen aufbauen lassen, können diese Module in hohen Stückzahlen kosteneffektiv produziert werden.

»Doch wir ersetzen die Spulen nicht nur, was allein schon die Produktionskosten deutlich senkt, wir schaffen neue Funktionalitäten«, erklärt Dieter Gerling. Denn die Phasen lassen sich beliebig ein- und ausschalten. Beim Beschleunigen können alle Phasen eingeschaltet werden; rollt das Auto auf ebener Strecke vor sich hin, so werden nur wenige Phasen benötigt und die Übrigen können abgeschaltet werden. Das erhöht nochmals den Wirkungsgrad.