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12.03.2012

Mit elektrischen Antrieben emissionsfrei in die mobile Zukunft?

​Den Elektromotor gibt es schon lange. Der Grundstein für den Gleichstrommotor wurde 1832 gelegt, der für den Drehstrommotor 1889. Im hybriden und vollelektrischen Auto der Zukunft spielt der Elektromotor neben Energiespeicher und Steuerung eine zentrale Rolle.

Obwohl der Elektromotor für den mobilen Betrieb gut geeignet ist, hat er noch Entwicklungspotenzial.
Obwohl der Elektromotor für den mobilen Betrieb gut geeignet ist, hat er noch Entwicklungspotenzial.
© Ingo Bartussek - Fotolia.com

Da Batterien Gleichstrom speichern und liefern, wurden Elektroautos früher von Gleichstrommotoren angetrieben. Mit Einführung der Leistungselektronik und digitaler Regelungstechnik ist der Einsatz von Drehstrommotoren mit elektronischer Drehzahlregelung heute Stand der Technik. Die Umwandlung von Gleichstrom in Drehstrom stellt kein Problem mehr dar.

Der elektrische Antrieb von heute hat, getrieben von der Automatisierung und immer neuen Herausforderungen aus den industriellen Produktionstechnologien¬, einen hohen Entwicklungsstand erreicht. Er bietet für nahezu alle Antriebsaufgaben, auch solche mobiler Art, Lösungen an. Dabei nimmt die deutsche Antriebsindustrie in Technologie und Exportwert schon seit Jahrzehnten eine internationale Spitzenposition ein.

In Nutzfahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen  kommen Elektromotoren alleine oder in hybrider Anordnung schon seit vielen Jahren zur Anwendung. Dazu zählen unter anderem Busse, Gabelstapler, mobile Bau- und Landmaschinen. Auf diesen Einsatzfeldern halten sowohl deutsche Maschinenbauer wie auch deutsche Antriebshersteller Spitzenpositionen. Wichtige Innovationen, wie die Einführung von Direktantrieben, wurden hier entscheidend mit geprägt.

Neue Herausforderungen für den Elektromotor

Allerdings unterscheiden sich die technischen Anforderungen an den elektrischen Antrieb von Autos teilweise erheblich von denen industrieller Antriebe. Zum Beispiel stehen ein geringes Gewicht und höchster Wirkungsgrad über einen breiten Bereich von Drehzahlen und Drehmomenten stärker im Fokus. Andere Themen sind das Geräusch- und Vibrationsverhalten, Drehmomentpendelungen gerade bei kleinen Drehzahlen, zum Beispiel bei der Bordstein-Auffahrt, strenge Sicherheitsanforderungen bei Kurzschluss, Stromausfall bei hoher Geschwindigkeit oder die hohen Bordnetzspannungen im Antriebsstrang.

Für das mobile Massengeschäft auf der Straße hat die Arbeitsgruppe Antriebstechnologien der Nationalen Plattform Elektromobilität u.a. folgende ergänzende Anforderungen an Elektroantriebe definiert:

  • Die Kosten für das Antriebssystem müssen um 2/3 gesenkt werden.
  • Die Leistungsdichte (kW/l) und das Leistungsgewicht (kW/kg) sind zu verdoppeln.
  • Der durchschnittliche Wirkungsgrad im Betrieb ist um mehr als fünf Prozentpunkte zu steigern.

Die geforderten Kostenziele werden vermutlich zu einer hohen Integration von Motor, Getriebe und Leistungselektronik in einem Gehäuse führen.
Obwohl der Elektromotor von heute hinsichtlich des Leistungsgewichts und der Energieeffizienz für den mobilen Betrieb bereits gut geeignet ist, hat er natürlich noch weiteres Entwicklungspotenzial. Naturgegeben sind dem Elektromotor ein hohes Drehmoment und sehr gute Regeleigenschaften. Und im "Leerlauf" braucht er keine Start/Stoppautomatik. Er ist also der ideale Antrieb für das Automobil. Die Frage pro oder kontra Elektroauto stellt sich nicht über den Elektroantrieb. Hier stehen für den Nutzer Batteriekapazität, Ladeinfrastruktur und Ladedauer im Vordergrund.

Entwicklungsperspektiven der integrierten Antriebstechnik

Das Massengeschäft für den Straßenverkehr eröffnet dem mobilen Elektroantrieb ganz andere und teilweise auch neue Entwicklungsperspektiven. Die Nationale Plattform Elektromobilität identifizierte Themen wie Standardisierung, Großserientauglichkeit, Funktions-, Lebensdauer- und Qualitätssicherung, Verbrauchsoptimierung, Leichtbau, Ressourcenschonung, Recyclingfähigkeit, Komponenten- und Systemintegration, flexible Fertigungstechnologien, hoch automatisierte Wickelverfahren mit hohen Nutfüllfaktoren, neue Kühlverfahren und thermische Ausnutzung der Materialien, Entwicklung und Optimierung robuster und gewichtsreduzierter Lagerkonzepte für hohe Drehzahlen.

Die Bundesregierung hat das Ziel gesetzt, dass bis zum Jahr 2020 eine Million lokal produzierte Elektroautos auf den deutschen Straßen fahren. Das ist sowohl von der Produktionskapazität als auch von der Rohstoffversorgung her zu verkraften. Wenn aber der Durchbruch mit Massenfertigungen kommt, werden weltweit auf der Rohstoffseite insbesondere hinsichtlich der Versorgung mit Kupfer, Aluminium und Seltene Erden neue strategische Betrachtungen notwendig. Alleine in Deutschland werden jährlich etwa 3 Millionen Drehstrommotoren für den stationären Bereich produziert. Für den Automobilbereich könnte noch ein Mehrfaches hinzukommen. Der ZVEI begleitet die Entwicklungen im Strategiekreis Mobile Elektroantriebe.

Ansprechpartner

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Emissionsfreie Mobilität