Innovatives Super-Hochdrehzahl-Mehrgang-Konzept für den elektrifizierten automobilen Antriebsstrang für höchste Effizienz und höchsten Komfort (ATEM Speed2E)

Das Gesamtziel von Speed2E ist die Entwicklung, Optimierung und der Aufbau eines Hochdrehzahl-Antriebsstrangs für die Anwendung in elektrifizierten Automobilen. Eine Steigerung der Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine bietet das Potenzial, die Leistungsdichte der E-Maschine (EM) und die gesamte Effizienz des Fahrzeugs erheblich zu steigern. Bei den heutigen Antriebstopologien elektrifizierter Fahrzeuge sind Drehzahlen bis maximal 15.000 U/min üblich, verwendet werden jedoch meist nur bis zu 10.000 U/min, da die Antriebe mit höheren Drehzahlen im Fahrzeug hinsichtlich Betriebsfestigkeit, Lagerung, Wirkungsgrad und Akustik noch nicht sicher beherrscht werden. So lassen sich durch eine Verdreifachung der Motordrehzahl auf 30.000 U/min gegenüber dem heutigen Standard das Motorvolumen und die Motormasse in etwa halbieren und die Motorkosten um ca. 30% senken und somit die Leistungsdichte, Effizienz und Wirtschaftlichkeit elektrifizierter automobiler Antriebsstränge steigern.

Im Rahmen des Projekts Speed2E soll ein neuartiges Antriebsstrangkonzept aus dem Projekt „Doppel-e-Antrieb“ der BMWi-Ausschreibung Antriebstechnologien für die Elektromobilität auf Basis von zwei elektrischen Antriebseinheiten und einem Getriebe mit zwei parallelen Teilgetrieben betrachtet werden, wobei eines der beiden Teilgetriebe schaltbar ausgeführt wird.

Bei extrem hoch drehenden Antrieben (30.000 U/min) sind besondere Maßnahmen umzusetzen, um den Gesamtwirkungsgrad und das akustische Verhalten des Antriebsstranges anforderungsgerecht zu optimieren:

• Verluste der Luftströmung, in den Dichtkontakten und in den Halbleitern der Leistungselektronik spielen eine zunehmende Rolle und müssen durch eine sorgfältige Wahl und Auslegung der mechanischen und elektrischen Systeme begrenzt werden.

• Das Durchfahren von Resonanzen der Zahnradstufen ist praktisch unvermeidbar. Die Schwingungsanregung durch den Zahneingriff im Getriebe zusammen mit potentiell hochfrequenten Anregungen durch die elektromagnetischen Kräfte der E-Maschine bzw. durch die Leistungselektronik können ein nicht zu unterschätzendes Hindernis werden. Mit den vorgesehenen Untersuchungen soll Speed2E genau dazu Antworten liefern.

• Es ist zu klären, inwieweit Induktionsmotoren aufgrund ihrer bei hohen Drehzahlen guten Eigenschaften eine Alternative zu den sonst üblichen permanenterregten Synchronmotoren sind.

• Die topologische Besonderheit der Mehrsträngigkeit und die Überlastfähigkeit der elektrischen Traktionsmaschine ermöglichen die Untersuchung zugkraftunterbrechungsfreier Gangwechsel auf Basis formschlüssiger Schaltelemente.

• Ein innovatives Getriebemanagement mit entsprechenden Regelungsstrategien setzt die Potentiale der Komponenten hinsichtlich Akustik und Wirkungsgrad optimal um.

Durch die praktische Erprobung der entwickelten Komponenten sind eine direkte Überprüfung der Ergebnisse und ein Vergleich mit bisherigen Antriebssystemen unmittelbar möglich und vorgesehen.