Die Qual der Antriebstechnik-Wahl: Lösungsansätze für Elektromobilität

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Maxon Motor GmbH

ATE Antriebstechnik und Entwicklungs GmbH & Co. KG

Unitek Industrie- Elektronik GmbH

Gleichzeitig sind die Geschwindigkeiten im Einsatz auf der Straße mit bis zu 140 km/h höher als in Industrieanwendungen. Daneben müssen bei Fahrzeugen für den Straßenverkehr die entsprechenden gesetzlichen Vorschriften beachtet werden (Bild 2). Zudem wird gefordert, dass die eingesetzten Komponenten unempfindlich sind gegen Schmutz, Wasser, Vibrationen und hohe Temperaturschwankungen.

Je nach Einsatzbereich sind gerade auch Umgebungstemperaturen eine kritische Größe. In zeitweise kalten Ländern muss das Fahrzeug klimatisiert werden. Die in Wärme gewandelte Verlustenergie ist beim elektrischen Antrieb jedoch so gering, dass sie nicht zum Heizen des Fahrgastraums ausreicht. Bei Temperaturen unter 5 °C muss auch die Batterie geheizt und bei Temperaturen über 60 °C aktiv gekühlt werden. Und schließlich hat das Einsatzland einen Einfluss auf die geforderten Zulassungen der eingesetzten Komponenten. Somit bestimmt das Einsatzfeld maßgeblich die Konstruktion und Antriebsleistungen eines Fahrzeugs und damit den Fahrzeug- bzw. Antriebspreis. Die Spanne ist dabei breit, beim PKW reicht sie beispielsweise von Kleinstfahrzeugen mit geringen Geschwindigkeiten und 5 kW Antriebsleistung bis zu Fahrzeugen der Mittelklasse mit bis zu 150 kW.

Jahrelange Erfahrungen

Umfangreiche Erfahrung mit Lösungsansätzen für die Elektromobilität haben die Reglerspezialisten von der Unitek GmbH, die bereits mehrere Hundert, ganz unterschiedliche Fahrzeuge in kleinen und mittelgroßen Serien für vielfältige Anwendungen aus- oder umgerüstet haben. Dabei unterstützen sie ihre Kunden nicht nur mit den passenden Batterie-Motorreglern (Kastentext 1), sondern bieten auch umfangreiche Beratung. „Aus technischer Sicht ist ein Elektroantrieb relativ primitiv“ sagt Gerhard Körber, Geschäftsführer Unitek GmbH (Bild 3). „Softwareseitig ist beim Umrüsten aber einiges zu beachten. So erwartet der Bordcomputer Signale vom Benzinmotor, um zuverlässig zu arbeiten. Baut man diesen aus, müssen die Signale entsprechend simuliert werden. Bei der Kommunikation mit dem Computer ist es aber wichtig, dass man nicht in sicherheitskritische Software eingreift, damit keine Fehlfunktionen auftreten und sich das Fahrzeug im Fehlerfall nach wie vor richtig verhält. Die Sicherheitsanforderungen sind in diesem Bereich immens.“

Die richtige Antriebsart

Das Herz eines Elektrofahrzeugs bildet natürlich der eingesetzte Motor mit zugehörigem Motorregler (Bild 4). Sinnvolle Optionen sind bei derzeitigem Entwicklungsstand entweder Drehstrom-Asynchron-Motoren oder Drehstrom-Synchron-Motoren (Tabelle 1). Entscheidender Vorteil des Synchron-Motors ist seine geringe Größe: Bei gleicher Leistung ist er halb so groß und auch nur halb so schwer wie ein Asynchron-Motor. Damit eignet er sich ideal für den Einsatz in Hybridfahrzeugen. Daneben überzeugt er durch einfachere Regelung und besseren Wirkungsgrad. Von Nachteil ist jedoch das hohe Bremsmoment bei einer Störung also beispielsweise einem Kurzschluss im Motor oder Umrichter. Weil der Antrieb getriebelos arbeitet, kann in einem solchen Fall nicht einfach ausgekuppelt werden. Ein weiterer Nachteil ist der Einsatz teurer und wegen des chinesischen Monopols immer schlechter verfügbaren Selten-Erden-Magnete. Synchron-Motoren werden in der Regel bei Hybrid- und Radnaben-Antrieben eingesetzt. Es stehen drei Bauformen zur Verfügung: der Synchron-Standard-Motor, der Synchron-Torque-Motor und der hochdrehende Synchron-Motor (Kastentext 2).

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