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Das Elektroauto muss neu formuliert werden – getriebelos zu mehr Energieeffizienz : Ausgabe 02/2017, 04.10.2017

Drehmoment statt Drehzahl

Während die Batterie bei einem konventionellen Auto nur Hilfsenergie bereitstellt, bezieht ein E-Fahrzeug seine ganze Energie daraus. Je höher die Geschwindigkeit, desto höher der Stromverbrauch und desto schneller entlädt sich die Batterie. Aktuelle elektrische Antriebssysteme belegen dies mit relativ kurzen Reichweiten. Effiziente Fahrzeuge erfordern darum ein Umdenken in der Automobilindustrie.

Bilder: HTDS

Eine Schwachstelle beim Elektroauto ist der eingeschränkte Aktionsradius, verbunden mit einer langen Ladezeit der Batterie. Es gibt viele Verbesserungskonzepte, aber kein System hat bisher vollständig überzeugt. Nun hat das Entwicklungsprojekt «HTDS exteme» den Elektromotor neu formuliert – für eine Generation von Elektrofahrzeugmotoren mit Eigenschaften, die für die Elektro­mobilität der Zukunft unumgänglich sind.

Zielführend ist beispielsweise eine höhere Effizienz, die sich etwa mit Direct Drive – der Direktantrieb pro Rad ohne Verluste durch ein Getriebe – steigern lässt. Wichtig ist auch, den Leistungsbedarf der Fahrsituation anzupassen, um die Reichweite zu optimieren. Auch ein konsequentes Zurückspeisen der Verzögerungsenergie (Rekuperation) ist ein Erfolgsfaktor, und im Idealfall lässt sich das System mit Brennstoffzelle oder Range Extender kombinieren – für noch mehr Reichweite.

Motor mit transversaler Flussführung – lange bekannt und jetzt Realität

Leichtbau ist seit Anbeginn der e-Mobility ein wichtiges Thema – und bleibt es auch. Heute geht es zudem um kompakte Bauformen oder eine hohe Systemintegration, weil sich dadurch die Anzahl der Bauteile markant reduziert. Das situationsangepasste Ein- und Ausschalten von Front- oder Heckantrieb oder 4×4 ohne Achse und Differenzial bringt weitere Vorteile. Oder ABS und ESP bis hin zu Selbstfahrfunktionen und Ausweichmanövern, die sich mit dem Synchron Direct Drive integrieren lassen.

Zudem steht getriebelos mehr Innenraum zur Verfügung, das eröffnet neue Perspektiven bei der Gestaltung von Raumkonzepten. Potenzial steckt auch in den Steckdosen, sobald sie flächendeckend zu Tankstellen werden. Zu den Nachteilen des Elektroantriebs gehören Getriebe, Geräusche, eine hohe Massenträgheit, Reibungsverluste und mechanische Schäden durch Überlast. Jede Getriebestufe reduziert den Wirkungsgrad. Die Firma High Torque Drive Systems HTDS und seine Hochleistungsmotoren geben darauf eine einfache Antwort: getriebeloser Universalantrieb. Der neue und hochpolige Elektromotor bietet dazu die optimale Grundlage.

Die hohe Polanzahl ergibt ein hohes Drehmoment bei niedriger Drehzahl. Die Grundlagen und die Vorteile für den Motor mit transversaler Flussführung kennt die Fachwelt seit vielen Jahren. Universitäten und Antriebsspezialisten sind seit Langem von dieser Motorenart begeistert. Bis heute war jedoch die industrielle Umsetzung das Hauptproblem. HTDS hat sich intensiv mit der Fertigungstechnologie und dem Aufbau des hochpoligen Motors auseinandergesetzt und hat eine Lösung für die serienfähige Fertigung gefunden.

Elektrofahrzeuge sind viel mehr als einfach Fahrzeuge mit Strom

P = U × I bedeutet: Viel Leistung im Betrieb erfordert hohe Ströme. Dies entlädt die Batterie rasch und verringert die Reichweite rasant. HTDS-Antriebe sind extrem sparsam, im Leerlauf zieht der Motor inklusive Steuerung nur sehr wenig Strom. Das erlaubt Werte, die mit einem Getriebemotor durch die höhere Reibung im System nicht realisierbar sind. Wirkt eine Last auf den Antrieb, erhöht sich der Stromverbrauch proportional. Damit wird nur Energie verbraucht, wenn der Motor belastet wird. Das hohe Anlaufmoment wird bei niedrigen Drehzahlen erzeugt. Die benötigte Batterieleistung zum Anfahren ist also klein. Die hohe Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugbetriebes steht mit dem Antriebssystem im Vordergrund. Als Direktantrieb setzt das HTDS neue Massstäbe für eine alltagstaugliche und saubere Mobilität.

HTDS-Antriebskonzept erlaubt kompakte und leichtere Fahrzeuge

Das HTDS-Antriebskonzept verzichtet auf Verbrennungsmotoren, Achsen, Getriebe, Kupplung und Differenzial. Der gewonnene Platz kann damit für die Fahrgastzelle oder den Laderaum genutzt werden. Die Fahrzeuge werden kompakter, kleiner und damit leichter, ohne dass Komfort oder Sicherheit eingeschränkt werden. Das Antriebskonzept leistet damit einen wesentlichen Beitrag zu einer Hauptanforderung für elektrische Fahrzeuge: Weniger Gewicht für eine höhere Reichweite.

Ein weiterer Vorteil des getriebelosen Einzelradantriebs ist der synchrone Lauf. Das ermöglicht selbstfahrende Funktionen. Durch präzise Ansteuerung des Direktantriebs über die integrierte Sensorik, lassen sich mit aktiven Steuerbewegungen (unterschiedliche Raddrehzahl) Ausweichmanöver, Parkvorgänge, Spurhaltefunktionen bis hin zum selbstfahrenden Auto, neue Sicherheitsfunktionen verwirklichen. Vorteile, wie die Integration von ABS und ESP in der Motorsteuerung oder ein kleineres Bremssystem auf Grund der Motorbremse, sind weitere Bausteine für ein kostengünstiges Fahrsystem der Zukunft.

Fazit

Direct Drive, alternative Fahrsysteme und Sicherheitskonzepte, reduziertes Gewicht durch kompakte Motorbauweise, markant reduzierter Energieverbrauch und höhere Reichweite, verbessertes Batteriemanagement und Rekuperation der Bremsleistung in Verbindung mit neuen Perspektiven in der Innenraumnutzung: Dies ist die Zukunft der Elektromobilität, vereint im neuen Multipolmotor von HTDS. 

Infoservice

High Torque Drive Systems Polska S.A.
Eisenbahnstrasse 5, 3604 Thun
Tel. 033 533 80 30
www.hightorquedrivesystems.com



Ein Aston Martin DBC – Concept by Samir Sadikhov – wäre ein idealer Repräsentant für den Einsatz der modernen HTDS-Antriebslösungen


Drehmomentverlauf eines HTDS-extreme-Antriebs gerechnet für einen Einzelradantrieb

High Torque Drive Systems

In Zusammenarbeit mit erfahrenen Partnern bietet HTDS kundenorientierte Gesamtlösungen mit BLDC-Motoren, Controller, Batterie- und Ladetechnik, um vorhandene Fahrzeugflotten oder neue Fahrzeuge vollelektrisch auszurüsten. Dazu setzen sie auf Fachwissen, Erfahrung und ein Netzwerk mit kompetenten Partnern für individuelle Kundenlösungen. Zu den Aktivitäten gehört auch ein begleitendes Entwicklungsprojekt mit dem Ziel, die heute eingesetzten BLDC-Zentralantriebe mit Getriebe durch kompakte und getriebelose Einzelradantriebe zu ersetzen. Dazu entwickeln sie Lösungen für Controller, Batteriemanagement und Ladetechnik konsequent weiter und passen sie an die neue Motorentechnologie an. Auf dem Weg zu einer neuen Generation von Antrieben für die Automotive-Industrie werden die Prozess-und Qualitätssysteme konsequent auf ISO/TS 16949 ausgerichtet und aufgebaut. Es ist das erklärte Ziel, im Jahre 2020 eine erste Serienlösung mit Einzelradantrieb im Auto zu realisieren.