Zukunftsaufgabe „Elektromobilität“: Der steile Weg von der Vision zur Wirklichkeit

Zukunftsaufgabe „Elektromobilität“: Der steile Weg von der Vision zur Wirklichkeit

Kein anderes Thema wird in der Automobilbranche zur Zeit so intensiv und auch kontrovers diskutiert wie die Elektromobilität.

Jetzt Informationen nachladen ‒ beim 16. CTI Symposium in Berlin

Mehrere Vortragsreihen stehen ganz im Zeichen der Elektromobilität. Zahlreiche Fachvorträge vermitteln Fakten aus erster Hand. Auch bei den Plenarrednern nimmt die E-Mobilität breiten Raum ein. So stimmt Wolf-Hennig Scheider, Vorsitzender der Geschäftsführung und CEO des Mahle Konzerns, die Teilnehmer mit seiner Keynote auf das Thema „Systementwicklungen für den elektrischen Antriebsstrang“ ein.

Wie schnell lassen sich über hundert Jahre Entwicklungsgeschichte aufholen?

Der Verbrennungsmotor steht seit seiner Erfindung für eine unvergleichliche Erfolgsstory. Bis heute prägt er eine einzigartige Epoche der Mobilität des Menschen. Moderne Automobile vermitteln Fahrspaß und nutzen zugleich jeden Tropfen Kraftstoff mit höchster Effizienz.

Der Elektroantrieb hingegen hat noch Nachholbedarf. Gerne lenken Kritiker den Blick auf gravierende Probleme bei Technik, Akzeptanz und Infrastruktur. Dagegen heben die Fürsprecher nicht nur die ökologische Notwendigkeit hervor, sondern sie verweisen auch auf das geradezu atemberaubende Tempo beim technischen Fortschritt mit extrem kurzen Entwicklungszyklen. Ganz nach dem Motto: „Was heute denkbar ist, kann morgen schon machbar sein!“

Kann der Elektroantrieb seine Rolle als Hoffnungsträger für die Mobilität von morgen erfüllen? Wie schnell lassen sich die vorhandenen technischen Hürden überspringen? Das 16. CTI Symposium in Berlin bietet reichlich Gelegenheit, um Informationen zu sammeln, zu diskutieren und sich ein Urteil zu bilden.

Elektromobilität: Der Neubeginn als Chance!

Die Entwicklung eines batterieelektrischen Fahrzeugs erfordert ein komplettes Umdenken. Zu gravierend sind die Unterschiede zum konventionellen Antrieb. In seinem Fachvortrag begründet Dr. Fabian Schüppel von der IAV GmbH diese These im Detail.

Beim E-Antrieb sind beispielsweise die Temperatur und der Ladezustand der Batterie zentrale Einflussgrößen in Bezug auf die Leistungsverfügbarkeit. So benötigt die E-Maschine um die volle Leistung zu erbringen, eine zu 80 % bis 100 % aufgeladene Batterie und Temperaturen zwischen 10 und 30 Grad Celsius. Außerhalb dieses Spektrums sinkt die Leistung zum Teil dramatisch ab. Ein weiterer Aspekt: die speziellen Anforderungen bei Schnellladesystemen mit hohen Ladeleistungen oberhalb von 150 kW. Die Forderung lautet daher: Die Entwicklungsprozesse in zentralen Bereichen wie Antriebsstrang, Bremssystem oder Temperaturmanagement sollten „komplett revolutioniert“ und „restrukturiert“ werden ‒ damit „Chancen für eine wettbewerbsfähige und zukunftssichere Langstrecken-Elektromobilität“ entstehen.

Die 800-Volt-Technologie: Laden in der Kaffeepause

Dass sich Elektrofahrzeuge im Stadtverkehr und auf Kurzstrecken hervorragend bewähren, steht längst außer Frage. Zwar konnten mit der etablierten Technik bereits respektable Verbesserungen bei der Reichweite realisiert werden. Generell gelten Elektromobilität und Langstrecke aber weiterhin als Widerspruch.

Die Lösung sieht Dr. Klaus Küpper von der AVL List GmbH in der 800-Volt-Technologie, da sie das Schnellladen der immer größer werdenden Batteriekapazitäten ermöglicht. Sein Vortrag benennt die Vorteile und zeigt die technischen Herausforderungen auf, die mit dem Einsatz dieser Schlüsseltechnologie verbunden sind. Entscheidend ist vor allem das Thermomanagement der Batterie, da das Schnellladen zu signifikanten Belastungen der Zellen führt. Zugleich gilt es, den Antriebsstrang in allen Komponenten für den 800-Volt-Betrieb tauglich zu machen. Beim Inverter beispielsweise dürfte dabei die Siliciumcarbid-Technologie (SIC) eine wichtige Rolle spielen.

Mit 800-Volt-Batterien als Energiespeicher und einer entsprechenden Ladeinfrastruktur lässt sich der Zeitverlust durch Ladestopps signifikant verkürzen. Das eröffnet dem Elektroantrieb auch bei mittelschweren Nutzfahrzeugen interessante Perspektiven.

Drehzahl 30.000 U/min ‒ Getriebetechnologie am Limit

Benötigt ein Elektroantrieb überhaupt ein Schaltgetriebe, könnte man ketzerisch fragen. Die Antwort ist ein klares „ Ja“! Denn E-Maschinen entwickeln zwar in allen Fahrsituationen ein hohes Drehmoment, doch auch sie laufen ‒ wie jeder andere Motor ‒ mit dem passenden Getriebe effizienter. Das Ziel ist es, die E-Maschine so oft wie möglich im Optimalbereich zu betreiben: ob im urbanen Stop-and-go, auf der Autobahn oder an starken Steigungen.

Um die Leistungsdichte weiter zu verbessern, wird die Verwendung von extrem hochdrehenden E-Maschinen angestrebt. Der Umgang mit einer maximalen Eingangsdrehzahl von 30.000 U/min stellt für die Getriebetechnologie eine besondere Herausforderung dar.

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat im Rahmen des Projekts Effect 360° im Cluster Elektromobilität Süd-West und in Zusammenarbeit mit Bosch und Daimler einen Highspeed Antriebsstrang mit lastschaltfähigem dreigängigem Getriebe entwickelt. Beim softwaregestützten Entwicklungsprozess zur Ermittlung des wirkungsgrad- und bauraumoptimierten Getriebes wurden spezifische Randbedingungen wie die Fahrzeugklasse oder die Eigenschaften weiterer Teilsysteme (E-Maschine, Leistungselektronik, Batteriesystem) berücksichtigt.

Die Ergebnisse des Forschungsprojekts werden von Dipl. Ing. Uwe Reichert in einem Fachvortrag präsentiert. Die Kombination von E-Maschine mit einer maximalen Drehzahl von 30.000 U/min und dreigängigem Getriebe erwies sich als vorteilhaft. Im Vergleich zu einem eingängigen Referenzantrieb mit niedrigerer Maximaldrehzahl wurde eine Erhöhung der Leistungsdichte bei kompetitivem Gesamtwirkungsgrad erzielt.

Der Elektroantrieb als System: Es wächst zusammen, was zusammen gehört.

Die Einzelkomponenten des Elektroantriebs nicht nur als Gesamtsystem zu denken, sondern auch mechanisch in einer kompakten Antriebseinheit zusammenfassen, das steigert die Effizienz, es spart Raum und Gewicht.

In seinem Beitrag präsentiert Peter Janssen von der FEV Europe GmbH eine hochintegrierte EDU (Electric Drive Unit), bei der E-Motor, Radsatz, Differential, Dual-Inverter und Kühlung in einem Gehäuse zusammengefasst sind. Der kompakte Radsatz ist als hohlradloser Planetensatz ausgeführt. Diese innovative, axial- und radialkraftfreie Lösung trägt zu einem exzellenten NVH-Verhalten bei. Das Konzept sieht auf der ersten Entwicklungsstufe eine Wasserkühlung für Inverter und E-Motor-Strator vor. Auf der zweiten Stufe kann durch den Einsatz moderner Siliciumcarbid-Technologie (SIC) beim Inverter komplett auf einen Wasserkreislauf verzichtet werden. Die EDU zeichnet sich durch zahlreiche Neuerungen aus, die in Summe zu einer außerordentlichen Leistungsdichte auf System-Ebene und stark verbessertem NVH-Verhalten führen.

Einen außergewöhnlichen Weg verfolgt das von der Technischen Universität München betriebene Forschungsprojekt „Speed2E“. Bei diesem Konzept sorgen zwei Hochdrehzahl-E-Maschinen mit zwei parallelen Teilgetrieben, von denen eines schaltbar ausgeführt ist, für den Antrieb. In seinem Vortrag präsentiert Teamleiter Martin Sedlmair die neuesten, sowohl simulativ als auch experimentell am Prototyp gewonnen Erkenntnisse. Von Interesse waren insbesondere die Effekte höchster Drehzahlen bis 30.000 U/min. Untersucht wurden außerdem zwei unterschiedliche Betriebsstrategien, je nachdem ob vorrangig eine Optimierung des NVH-Verhaltens oder des Wirkungsgrades angestrebt wurde. Die Messergebnisse belegen das enorme Potential eines solch innovativen Hochdrehzahl-Antriebsstrangs und können in der Serienentwicklung von Elektrofahrzeugen zur Steigerung von Effizienz und Komfort Anwendung finden.

Zündende Ideen auch beim Verbrennungsmotor!

Der Fortschritt bei der Antriebstechnik geht in allen Bereichen mit ungebremster Dynamik weiter. Schauen Sie sich das umfangreiche Programm des 16. CTI Symposiums in Berlin mit rund 100 Fachvorträge im Plenum und in 16 parallelen Vortragsreihen an. Lassen Sie sich von der enormen Vielfalt an Themen inspirieren und lassen Sie sich begeistern vom Ideenreichtum der Ingenieure. Wir freuen uns darauf, Sie in Berlin begrüßen zu dürfen.

Alle Informationen zu den Vorträgen auf dem 16. CTI Symposium finden Sie in unserer Broschüre:

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