Continental bietet breites Spektrum an Elektroantrieben für Elektro-Fahrzeuge

Mit der Entwick­lung neuer, effizien­ter Elek­tro­mo­toren mit einem Leis­tungsspek­trum von 5 bis120 kW für Hybrid — und Elek­tro­fahrzeuge unter­stre­icht der inter­na­tionale Auto­mo­bilzulief­er­er Con­ti­nen­tal seine führende Posi­tion bei der Elek­tri­fizierung des Antrieb­sstrangs in Per­so­n­en- und Nutz­fahrzeu­gen.

“Leis­tungs­fähige Elek­tro­mo­toren sind ein inte­graler Bestandteil unseres Baukas­tens aus Leis­tungse­lek­tron­ik, Bat­terie und dem Sys­tem-Know-how zur effizien­ten Steuerung des elek­trischen Antriebs”, sagte Jörg Gro­ten­dorst, Leit­er Busi­ness Unit Hybrid & Elec­tric Vehi­cles, Con­ti­nen­tal Divi­sion Pow­er­train.

Effiziente Elek­tro­mo­toren für Antrieb­skonzepte der Zukun­ft

In Elek­tro- und Hybrid­fahrzeu­gen kom­men über­wiegend Dreiphasen-Drehstrom­mo­toren unter­schiedlich­er Bauart­prinzip­i­en zum Ein­satz. Der Grun­dauf­bau ist dabei, abge­se­hen von den getriebein­te­gri­erten App­lika­tio­nen, häu­fig gle­ich: Die Sta­tor­wick­lung befind­et sich meist außen, ihre Auf­gabe ist es, mit dem, durch sie hin­durch­fließen­den elek­trischen Strom, ein mag­netis­ches Drehfeld zu erzeu­gen. Im Inneren des Motors befind­et sich der Rotor. Bei per­ma­nent erregten Elek­tro­mo­toren (Per­ma­nent Mag­net Syn­chro­nous Machine, PSM) trägt der Rotor Mag­nete, bei fremder­regten Elek­tro­mo­toren (Syn­chro­nous Machine, SM) befind­et sich hier eine Erregerwick­lung, die erst durch den fließen­den Strom mag­netisiert wird. Als drittes Bauart­prinzip ist die Asyn­chron­mas­chine (Asyn­chro­nous Machine, ASM) im Ein­satz. Der robuste und bewährte Asyn­chron­mo­tor zeich­net sich durch ein­fachen Auf­bau und niedrige Kosten aus, beansprucht aber ver­gle­ich­sweise viel Bau­raum und erzielt in bes­timmten Betrieb­s­bere­ichen nur einen niedri­gen Wirkungs­grad. Asyn­chron­mo­toren wer­den deshalb über­wiegend bei kostenop­ti­mierten Hybrid-Sys­te­men zur Unter­stützung des Ver­bren­nungsmo­tors (Boost-Funk­tion) und bei der Rück­gewin­nung von Energie beim Brem­sen (Reku­per­a­tion) einge­set­zt. Für Elek­troantriebe in Voll­hy­bri­den, die auch elek­trisches Fahren ermöglichen, oder für reine Elek­tro­fahrzeuge sind die leis­tungsstärk­eren PSM- oder SM-Tech­niken erforder­lich. Con­ti­nen­tal set­zt dabei auf bei­de Motoren­typen.

Die derzeit auf dem Markt über­wiegend einge­set­zten Motoren mit Per­ma­nent­mag­net (PSM) verbinden dabei die Vorteile der kom­pak­ten Bau­form mit einem hohen Wirkungs­grad, zumin­d­est für weite Teile des geforderten Leis­tungsspek­trums. Durch seine kom­pak­te Bau­form (geringe axi­ale Länge) eignet sich dieses Konzept auch für Motoren, die in die Getriebe­glocke inte­gri­ert wer­den. Als Her­aus­forderun­gen stellen sich jedoch hohe Schlep­pver­luste bei höheren Drehzahlen, der Aufwand zur Absicherung der Mas­chine im Fehler­fall sowie Ver­füg­barkeit und Kosten des Rohstoffs Mag­net dar.

Diese The­men stellen sich beim fremder­regten Syn­chron­mo­tor ℠ nicht. Die län­gere Bau­form dieses Motoren­typs fällt bei der Anwen­dung für elek­trische Achsantriebe weniger ins Gewicht. Gle­ichzeit­ig bietet der SM einen hohen Wirkungs­grad über nahezu alle Betrieb­szustände. Ins­beson­dere bietet er Vorteile im Bere­ich höher­er Drehzahlen, da hier durch die Erregerstrom­regelung die Gegenin­duk­tiv­ität reduziert wer­den kann.
Im Fehler­fall ist die Mas­chine durch die Abschalt­barkeit des Rotor­feldes leicht abzu­sich­ern, es wird keine Span­nung im Sta­tor induziert. Con­ti­nen­tal ist bei der Entwick­lung dieses Motoren­typs weltweit Tech­nolo­gieführer. Zu sein­er Serien­premiere kommt der von Con­ti­nen­tal entwick­elte SM-Motor im kom­menden Jahr, wenn die Elek­troflotte eines europäis­chen Großse­rien­her­stellers ihre Mark­te­in­führung hat.

Durch den Zugriff auf alle drei Motortypen, die durch ihre unter­schiedlichen Län­gen und Bau­for­men sowie Leis­tun­gen indi­vidu­ell an die Ansprüche des Fahrzeugher­stellers angepasst wer­den kön­nen, bietet Con­ti­nen­tal einen mod­u­laren und skalier­baren Motoren-Baukas­ten. Der Ein­satz eines hohen Anteils an Gle­ichteilen in den ver­schiede­nen E‑Mo­tor-Typen ermöglicht Kosten­vorteile sowie Zeit- und Qual­itätsvorteile bei der Entwick­lung neuer Sys­teme.

Umfan­gre­ich­er Baukas­ten für die Elek­tri­fizierung des Antrieb­sstrangs

Con­ti­nen­tal erwartet für das Jahr 2012 weltweit rund zwei Mil­lio­nen Hybrid- und Elek­tro­fahrzeuge. Der inter­na­tion­al operierende Auto­mo­bilzulief­er­er reagiert auf diese Dynamik und hat seit vie­len Jahren in die Forschung und Weit­er­en­twick­lung von Kom­po­nen­ten und Sys­te­men zur Elek­tri­fizierung des Antrieb­sstranges investiert.

Die Elek­tro­mo­toren sind dabei nur ein Baustein in der anspruchsvollen Tech­nolo­gie zur Elek­tri­fizierung des Antrieb­sstrangs. Con­ti­nen­tal Pow­er­train hat die ganze Band­bre­ite kostengün­stiger Antrieb­skom­po­nen­ten und Kom­plettsys­teme entwick­elt und seit 2003 im Serienein­satz. Ziel ist eine möglichst schnelle Mark­t­durch­dringung der umwelt­fre­undlichen Tech­nolo­gie.

Kernkom­po­nen­ten sind unter anderem der Energiespe­ich­er. Diesen hat Con­ti­nen­tal in Form der seit 2008 serien­mäßig weltweit erst­mals einge­set­zten und in Nürn­berg pro­duzierten Lithi­um-Ionen-Bat­terie im Port­fo­lio.

Ras­ante Fortschritte macht auch die Kom­po­nente Leis­tungse­lek­tron­ik. Zu deren Auf­gabe gehört es, den Gle­ich­strom aus der Bat­terie in Wech­sel­strom für den Elek­tro­mo­tor zu wan­deln und umgekehrt die zurück gewonnene Brem­sen­ergie in der Bat­terie zu spe­ich­ern. Con­ti­nen­tal ver­ringert mit sein­er neuen Gen­er­a­tion der Leis­tungse­lek­tron­ik den Platzbe­darf unter der Haube um rund 30 Prozent. “Erre­icht wer­den kon­nte dies durch die Verkleinerung der Kom­po­nen­ten, neue Her­stel­lungs- und Fer­ti­gungsver­fahren und einem ins­ge­samt verbesserten Wirkungs­grad” so Jörg Gro­ten­dorst.

Elek­troantrieb mit großen Vorteilen im inner­städtis­chen Verkehr

Für Kurzstreck­en in Stadt- und stadt­na­hen Bere­ichen wer­den in Zukun­ft Elek­tro­fahrzeuge eine wichtige Rolle spie­len. “Unsere Motoren bieten eine große Leis­tungs­band­bre­ite, hohe Effizienz in real­is­tis­chen Fahrzyklen mit einem Mix aus Stadt- und Über­land­fahrten”, sagt Gro­ten­dorst. Dabei spielt der Elek­troantrieb seine Stärke vor allem auf der Kurzstrecke aus, auf der nach Con­ti­nen­tal Mark­t­stu­di­en rund zwei Drit­tel aller Fahrten stat­tfind­en. “Elek­trisches Fahren wird somit dort am schnell­sten an Bedeu­tung gewin­nen”, sagt Gro­ten­dorst. Aus ökol­o­gis­ch­er Sicht ergibt der Ein­satz von Elektro‑, aber auch Hybrid­fahrzeu­gen in Bal­lungs­ge­bi­eten zusät­zliche Vorteile, weil ger­ade in den Gebi­eten mit hoher Belas­tung durch Kraft­fahrzeugverkehr unmit­tel­bar vor Ort die Emis­sio­nen an Abgasen, aber auch Lärm deut­lich reduziert wer­den kön­nen.