Elektromobilität Projekt „Emile": Elektroantriebe neu gedacht

Wie sich Marktchancen von Elektrofahrzeugen verbessern könnten, untersucht das vom BMBF mit rund 10 Millionen Euro geförderte Forschungsprojekt „Emile" unter der Leitung von ZF. Ziel ist es, die Leistungselektronik eines Elektrofahrzeugs direkt in die Antriebsmaschine zu integrieren. Wirkungsgrad und Leistungsdichte nehmen dadurch zu, Fehler lassen sich leichter erkennen und eine Serienproduktion deutlich günstiger realisieren.

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ZF Friedrichshafen AG

In aktuellen Elektrofahrzeugen befindet sich die Leistungselektronik für den elektrischen Antrieb in einem separaten Gehäuse, das über Kabel mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist. Diese Lösung benötigt Platz für die Elektronik, zudem verursachen die notwendigen Kabel zusätzliche Kosten, steigern das Gewicht und erhöhen die Störanfälligkeit. Im Förderprojekt „Elektro-Motor integrierte Leistungs-Elektronik" („Emile") will das Partnerkonsortium unter Leitung der ZF Friedrichshafen AG daher einen Schritt weiter gehen: Die Leistungselektronik soll zu großen Teilen direkt in die Antriebsmaschine integriert werden.

Zusammen mit den Industriepartnern Aix Control GmbH, Infineon Technologies AG, Lenze SE, Robert Bosch GmbH, Siemens AG, TDK-EPC Corporation, Volkswagen AG, dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB und dem Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH Aachen sollen die dafür nötigen Technologien erforscht werden. Die strategische und inhaltliche Basis des Projekts „Emile" entstand in enger Abstimmung mit der Arbeitsgruppe 1 der Nationalen Plattform Elektromobilität.

Kooperation mit vielen Vorteilen

Ziel der Förderung durch das BMBF ist es, durch eine frühe Zusammenarbeit von Forschungseinrichtungen mit deutschen Automobil- und Zulieferunternehmen entlang der ganzen Wertschöpfungskette – vom Bauelement bis zum elektrischen Antriebssystem – den Weg für Kooperation bei möglichen Praxisanwendungen zu ebnen. Zudem soll durch das Projekt ein wichtiger Wissenstransfer rund um das Thema E-Mobilität stattfinden. Wird die Leistungselektronik direkt in die Antriebsmaschine integriert, profitieren davon aber nicht nur Elektrofahrzeuge. Auch in der industriellen Automatisierungstechnik lassen sich die Vorteile gezielt für mehr Effizienz und eine wirtschaftlichere Produktion nutzen.

Direkte Integration der Leistungselektronik

Ist die Leistungselektronik in der Nähe der Antriebsmaschine an den Statorwicklungen platziert, ergeben sich bereits viele Vorzüge: Umrichter, die den Elektromotor mit Strom versorgen, lassen sich über wenige Schnittstellen einbinden. Das reduziert den Bauraum, das Gewicht und wirkt sich positiv auf die Gesamtkosten aus – verglichen mit separaten Einzelsystemen. Zudem entfallen potenzielle EMV-Störquellen (Elektromagnetische Verträglichkeit), da die mit Störströmen belasteten Motorkabel im Fahrzeug vermieden werden. Gleichzeitig steigen jedoch die thermischen und mechanischen Anforderungen an die Leistungselektronik.

Das Projekt „Emile" will aber noch mehr erreichen: Die Partner haben es sich zum Ziel gesetzt, die Leistungselektronik direkt in die Antriebsmaschine zu integrieren. Die Zahl einzelner Schnittstellen und Komponenten lässt sich so noch einmal reduzieren. Nicht zuletzt ergibt das auch die Möglichkeit, vormontierte Einzelsysteme für eine einfachere Produktion zu nutzen. Daneben werden noch weitere Vorteile in den Bereichen Fehlerbeherrschung, Redundanz, funktionale Sicherheit und Systemwirkungsgrad erwartet.

Die Ziele hinter dem Projekt „Emile" sind klar definiert: Um bis zu 50 % soll die Systemleistungsdichte von Umrichter und E-Maschine wachsen – und das bei 40 % geringeren Systemkosten im Vergleich zu separaten Teilsystemen. Diese Verbesserungen sollen sowohl für den Einsatz im Pkw-Bereich als auch für die Anwendung in der Industrie demonstriert werden. (ud)

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