Hocheffiziente Antriebsstränge der nächsten Generation
Derzeit entfalten Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeuge ihre volle Effizienz – etwa 95 % – innerhalb eines Geschwindigkeitsbereichs, der typischerweise einem Viertel oder einem Drittel der maximalen Drehgeschwindigkeit entspricht. Bei einer Vielzahl an Antriebszyklen arbeitet der Motor jedoch in einem größeren Geschwindigkeitsbereich und unter Teillast, was wiederum zu einer geringeren Gesamteffizienz führt. Das EU-geförderte Projekt „Materials and drives for high & wide efficiency electric powertrains“ (HI-WI) nahm sich dieser Nichtübereinstimmung zwischen dem Hocheffizienzbereich und dem großen Bereich eines häufigen Betriebs durch Fortschritte im Hinblick auf das Design und die Herstellung von Antriebssystemen an. Im Fokus stand die Optimierung der Antriebssystemleistung über den gesamten Antriebszyklus, anstelle einer bestimmten Selle. Die HI-WI-Mitglieder zeigten, dass die Effizienz des gesamten Systems über die Verwendung eines verteilten Antriebsstrangs mit unterschiedlicher Maschinentechnik im vorderen und hinteren Bereich gesteigert werden kann. Zur Erzielung einer höheren Effizienz über einen großen Betriebsbereich müssen die Motoren für eine der Achsen eine hohe Effizienz aufweisen, während die Motoren für die andere Achse einen geringen Schlupfverlust zeigen. Eine weitere Errungenschaft des Projekts lag in der Entwicklung intelligenter Energiesysteme, um eine hochintegrierte, energieeffiziente Energieumwandlung unter Verwendung von Technologien zu ermöglichen, die Energieverluste und potenzielle Störungen reduzieren, welche andere elektronische Komponenten beeinträchtigen könnten. Um eine Effizienzsteigerung zu erreichen, wurden im Zuge des HI-WI-Projekts zudem neuartige Entwurfsansätze mit Entwicklungen magnetischer Werkstoffe kombiniert. Fortschritte bei der Herstellung im Nanobereich führten zur Entwicklung von Dauermagneten, die über ideale Geometrien, eine geringere Größe und ein geringeres Gewicht sowie ein verbessertes mechanisches Verhalten und Wärmeverhalten aufweisen. Um ein hochleistungsfähiges Design und die Herstellung magnetischer Werkstoffe zu erzielen, untersuchten die Forscher die Synthese neuartiger magnetischer Verbundstoffe zur Verwendung als vorgeformte Ballastkomponenten und modellierten deren Eigenschaften und Verhalten. Eine Verwendung derartiger Stoffe sorgte für eine geringere Abhängigkeit von Seltenerd-Elementen, reduzierte den Dysprosium-Gehalt um ca. 80 % und verbesserte das Motordrehmoment. Die durch das Projekt erzielten Fortschritte im Hinblick auf die Magnetmodellierung und die Simulationswerkzeuge sollten intensive Untersuchungen nanostrukturierter Stoffe und von Nanoverbundstoffen sowie eine entsprechende Berechnung der Maschineneffizienz ermöglichen. Es wird damit gerechnet, dass die HI-WI-Ergebnisse zur Entwicklung einer europäischen Technologieplattform beitragen, die als Standardreferenz für Entwürfe von Elektrofahrzeugen verwendet werden kann. Die Plattform wird Architekturen, Modelle, Methoden und Werkzeuge für die Entwicklung, Verifizierung, Validierung und das Testen eines eingebetteten Echtzeit-Systems beinhalten.
Schlüsselbegriffe
Antriebsstränge, Elektromotoren, Antriebssysteme, Seltenerd-Werkstoff, Elektrofahrzeug
