Komponenten für Antriebsstrangelektrifizierung: Schaeffler Kolloquium
Komponenten für Antriebsstrangelektrifizierung: Schaeffler Kolloquium
Komponenten für Antriebsstrangelektrifizierung: Schaeffler Kolloquium
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25 Hybrid- und Elektroantriebe<br />
25 Hybrid- und Elektroantriebe<br />
Hybrid- und Elektroantriebe<br />
25<br />
<strong>Komponenten</strong> für<br />
<strong>Antriebsstrangelektrifizierung</strong><br />
Uwe Möhrstädt<br />
Jörg Grotendorst<br />
Continental AG<br />
25<br />
334<br />
<strong>Schaeffler</strong> KOLLOQUIUM 2010<br />
<strong>Schaeffler</strong> KOLLOQUIUM 2010<br />
335
25 Hybrid- und Elektroantriebe<br />
Hybrid- und Elektroantriebe<br />
25<br />
Einleitung<br />
Die heutige Entwicklung von Fahrzeugantrieben ist<br />
unter anderem stark von der Steigerung der Effizienz<br />
und der Reduzierung von Emissionen getrieben.<br />
Einhergehend damit ist die zunehmende <strong>Antriebsstrangelektrifizierung</strong>.<br />
Das wird zunehmend<br />
auch durch gesetzliche Regelungen unterstrichen.<br />
Im Verbrennungsmotor wird die chemische Energie<br />
des Kraftstoffs in mechanische Energie umgewandelt.<br />
Diese dient zur Beschleunigung bzw. zum halten<br />
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, d. h. zum<br />
Erhalt bzw. der Erhöhung der kinetischen Energie.<br />
Während der Schubphasen oder auch dem Abbremsen<br />
wird diese Energie wesentlich in Reibung<br />
und damit in Wärme umgesetzt. Diese wird an die<br />
Umgebung abgegeben und ist damit für den Antrieb<br />
des Fahrzeugs verloren.<br />
Ein Elektroantrieb kann bei entsprechendem Aufbau<br />
sowohl als Antrieb als auch als Generator arbeiten.<br />
Die Kombination des Verbrennungsmotors mit einem<br />
Elektroantrieb bietet damit die Möglichkeit, die Energie,<br />
welche vorher zur Erhöhung der kinetischen Energie<br />
verwendet wurde, während dem Verzögern des<br />
Fahrzeugs zumindest teilweise wieder zurück zu gewinnen<br />
(Rekuperation). Diese kann für den nächsten<br />
Beschleunigungsvorgang, entweder in Kombination<br />
mit dem Verbrennungsmotor oder auch nur durch<br />
den Elektroantrieb verwendet werden. Die Kombination<br />
bietet also auch einen deutlichen Mehrgewinn<br />
bei der Fahrdynamik. So lassen sich je nach Art des<br />
Hybridantriebes beide Antriebe, Verbrennungsmotor<br />
und Elektromotor, gleichzeitig für die Beschleunigung<br />
des Fahrzeugs einsetzen (Boost) und dies<br />
ohne Mehrverbrauch bzw. ohne mehr Emissionen.<br />
Ein weiterer Schritt ist der alleinige Einsatz des<br />
Elektromotors als Antrieb. Dabei kann der Verbrennungsmotor<br />
deutlich verkleinert werden und dient<br />
nur noch als Backup Lösung (Range Extender) oder<br />
entfällt komplett.<br />
Marktübersicht und<br />
Anforderungen<br />
Die Entwicklung im Bereich der <strong>Antriebsstrangelektrifizierung</strong><br />
ist im Hinblick auf technologische<br />
Anforderungen sehr vielfältig. Dies reicht vom einfachen<br />
Stopp-Start System, zum Teil auch Mikrohybrid<br />
genannt, über Voll- und Pluginhybrid bis zum<br />
reinen Elektrofahrzeug (Siehe Bilder 1 - 3).<br />
Bild 1<br />
Batterie<br />
Inverter<br />
Prinzipskizze Mildhybrid<br />
Getriebe<br />
Kupplung<br />
Elektromotor<br />
Verbrennungsmotor<br />
Als erster OEM-unabhängiger Zulieferer, der bereits<br />
seit 2003 mit einem kompletten Hybridsystem<br />
(Energiespeicher, Elektromotor und<br />
Leistungselektronik) in Serie ist, hat Continental<br />
bereits umfangreiche Erfahrungen in der Entwicklung<br />
und Serienfertigung gesammelt. Um<br />
für alle bzw. einen Großteil dieser Programme<br />
(Bild 4) entsprechende <strong>Komponenten</strong> zu entwikkeln,<br />
bedarf es bei dieser anspruchsvollen Technologie<br />
erheblicher Ressourcen. Dies steht im<br />
Zielkonflikt zum wirtschaftlichen Einsatz und<br />
stellt die Zulieferer vor große Herausforderungen.<br />
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015<br />
Bild 4<br />
50 100<br />
Um diesen Konflikt aufzulösen hat Continental daher<br />
ein modulares Konzept für die <strong>Komponenten</strong><br />
entwickelt, welches bereits seit September 2008<br />
für mehrere OEM’s in Serie gefertigt wird.<br />
Produktportfolio –<br />
modulares Konzept<br />
Im Folgenden finden Sie einen Überblick über das<br />
Produktportfolio (Bild 5). Am Beispiel der Batterie<br />
und der Leistungselektronik soll das modulare Konzept<br />
näher erläutert<br />
werden.<br />
Power<br />
Split<br />
Full<br />
Mild<br />
PHEV / EV<br />
HEV<br />
Programmumfang @ 1000 Stück/Jahr<br />
Farben entsprechen einzelnen OEMS<br />
Variantenvielfalt anhand einer Auswahl von OEM Programmen<br />
Segment Energy Management<br />
Power Net System<br />
Energiespeichersysteme<br />
Leistungselektroniken<br />
Segment Electric Drive<br />
Das Portfolio umfasst<br />
alle Kernkomponenten<br />
eines Elektroantriebes<br />
für Hybrid- und Elektrofahrzeuge.<br />
Die <strong>Komponenten</strong><br />
sind zum Teil<br />
unabhängig von der<br />
verwendeten Architektur<br />
und Funktionalität<br />
des Antriebsstrangs<br />
(Siehe Bilder 1 - 3) einsetzbar.<br />
Elektromotoren<br />
Batterie<br />
Inverter<br />
Getriebe<br />
Kupplung<br />
Elektromotor<br />
Kupplung<br />
Verbrennungsmotor<br />
Batterie<br />
Doppel-<br />
Inverter<br />
Getriebe<br />
Elektromotor<br />
Verbrennungsmotor<br />
Bild 2<br />
Bild 3<br />
Prinzipskizze Vollhybrid/Pluginhybrid (Parallelhybrid links/Powersplit rechts)<br />
Inverter<br />
Batterie<br />
Prinzipskizze Elektrofahrzeug<br />
Getriebe<br />
Elektromotor<br />
Diese Vielfalt spiegelt die unterschiedlichen Einsatzzwecke<br />
der im Markt verfügbaren Fahrzeuge<br />
aber auch den Einsatz durch die Endkunden wider.<br />
In Bild 4 sieht man mehrere OEM’s (Farben der<br />
Kreise symbolisieren verschiedene Fahrzeughersteller)<br />
und z. B. deren unterschiedlichen Ansätze<br />
bezüglich der Leistungsfähigkeit, Funktionsumfang<br />
(HEV, EV, usw.) und Volumen (Stückzahlen – symbolisiert<br />
durch die Größe der Kreise) über die Zeit.<br />
Power Net System<br />
DC/DC + DLC oder Li-<br />
Ionen- Batterie<br />
Funktionen:<br />
Mäßiges regen. Bremsen<br />
Stromversorgung bei<br />
Bedarfsspitzen<br />
Stabilisierung 14V<br />
Bordnetz<br />
Energie auf Anforderung<br />
Bild 5<br />
Überblick Produktportfolio<br />
Batterie<br />
Li-Ionen-Zellen<br />
Batteriemanagementüberwachung<br />
Zellüberwachungsschaltkreis<br />
Integriertes Ladegerät<br />
Funktionen:<br />
Li-Ion Energiemanagement<br />
für HEV/EV<br />
Batteriemanagement<br />
Zellüberwachung<br />
Temperaturmanagement<br />
Elektronische Steuereinheit für<br />
elektrische Antriebssysteme<br />
Einzelner Inverter für<br />
Synchron- & Asynchronmaschinen<br />
Hochleistungs-DC/DC-Wandler<br />
Hybrid- / EV-Regler<br />
Funktionen:<br />
E-Motor-Kontroller<br />
Spannungswandlung vom<br />
Energiespeicher zum Bordnetz<br />
Elektrische Maschinen für<br />
Hybrid- und Elektrofahrzeuge<br />
Induktionsmaschine<br />
(ASM/IM)<br />
Permanent erregte<br />
Synchronmaschine (PSM)<br />
Fremderregte Synchronmaschine<br />
(SM)<br />
Funktionen:<br />
positives oder negatives<br />
Drehmoment<br />
25<br />
336 <strong>Schaeffler</strong> KOLLOQUIUM 2010<br />
<strong>Schaeffler</strong> KOLLOQUIUM 2010 337
25 Hybrid- und Elektroantriebe<br />
Hybrid- und Elektroantriebe<br />
25<br />
Power Net System (PNS)<br />
Die zunehmende Elektrifizierung von Nebenaggregaten<br />
und auch die Zunahme von Verbrauchern für<br />
Komfortfunktionen zum einen, und die Einführung<br />
der Stopp-Start Funktion, wo während der Stoppphase<br />
auch die Energiezufuhr über den Generator<br />
unterbrochen wird, zum anderen, erfordern Maßnahmen<br />
zur Absicherung der Stromversorgung im<br />
heutigen 14 V Bordnetz.<br />
Hier bietet das PNS über einen eigenen Energiespeicher,<br />
in der Regel DLC (Doppelschichtkondensatoren)<br />
in Verbindung mit einem DC/DC Wandler,<br />
die Möglichkeit der temporären Energieversorgung<br />
während Bedarfsspitzen von Nebenaggregaten,<br />
Komfortfunktionen oder auch die komplette<br />
Bordnetzversorgung während der Stoppphasen sicher<br />
zustellen. Die Energie dafür wird in der Regel<br />
während Verzögerungsphasen (Schubbetrieb oder<br />
Bremsen) in den DLCs gespeichert und bietet damit<br />
zusätzliches Potenzial zur Verbrauchsreduzierung.<br />
Energiespeicher –<br />
Li-Ionen Batterien<br />
Die Leistungsfähigkeit des Hybrid- bzw. Elektroantriebs<br />
wird insbesondere durch die Leistungsfähigkeit<br />
der Energiespeicher bestimmt. Damit spielt er<br />
eine entscheidende Rolle für das Kraftstoffeinsparpotenzial<br />
bei Hybridanwendungen und bei der<br />
Reichweite von Elektrofahrzeugen. Gleichzeitig<br />
Lebensdauer<br />
Prozessfähigkeit<br />
Verfügbarkeit<br />
Umwelt<br />
Sicherheit<br />
Energie<br />
Kosten<br />
Leistung<br />
Kaltstart<br />
■ Blei-Säure ■ DLC ■ NiMH ■ Li-Ionen<br />
Bild 6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1 0<br />
liegt die heute geforderte Lebensdauer eines solchen<br />
Energiespeichers bei 10 - 15 Jahren und<br />
160 000 - 240 000 km und damit so hoch wie die<br />
Fahrzeuglebensdauer.<br />
Als Energiespeicher für Hybridanwendungen (ausgenommen<br />
Mikrohybride) kommen heute verschiedene<br />
Technologien zum Einsatz. Dazu gehören<br />
unter anderen Doppelschichtkondensatoren<br />
(DLC) in Verbindung mit Blei-Säure-Akkus, NiMH<br />
(Nickel-Metallhydrid)-Batterien und Li-Ionen (Lithium-<br />
Ionen)-Batterien.<br />
NiMH-Batterien haben sich in den ersten Hybridfahrzeugen<br />
bereits etabliert. Als nächste Generation<br />
zeichnet sich der Einsatz von Li-Ionen-Batterien<br />
ab. Diese zeigen eine nochmalig erhöhte Leistungsund<br />
Energiedichte unter Berücksichtigung der geforderten<br />
Lade- und Entladezyklen (Bild 6).<br />
Auf Grund des Potenzials und des sich abzeichnenden<br />
Einsatzes in Hybrid- und Elektrofahrzeugen hat<br />
sich Continental in der Weiterentwicklung auf Li-<br />
Ionen-Energiespeicher fokussiert.<br />
Übersicht modulares Batteriekonzept<br />
Neben den Zellen, den eigentlichen Energiespeichern,<br />
gibt es in der Batterie als Kernkomponenten<br />
noch die Zellüberwachung (CSC), Schütze, Schalter<br />
und ein Batteriemanagement (BMC).<br />
Blei-Säure<br />
– Geringe Kosten aber<br />
niedrigere Lebensdauererwartung<br />
– Durchschnittliche<br />
Gesamtperformance<br />
DLC<br />
– Hohe Lebensdauererwartung<br />
– Hohe Kosten,<br />
geringer Energieinhalt<br />
NiMH<br />
– Gute Gesamtperformance<br />
Li-Ionen<br />
– Gute Gesamtperformance<br />
verbunden mit hohen<br />
Energiedichten<br />
Beurteilung verschiedener Speichersysteme zur Anwendung im automobilen<br />
Einsatz<br />
Kerngedanke des modularen Konzeptes sind möglichst<br />
viele Gleichteile unabhängig vom Einsatz der<br />
Batterie. Innerhalb der Batterie sind dies im Wesentlichen<br />
die Sicherheitskomponenten<br />
und<br />
Sensoren, Batteriemanagement<br />
und die<br />
Elektronik zur Zellüberwachung<br />
(Bild 7).<br />
Der Einsatz der Batterie,<br />
z. B. im Mildhybrid oder<br />
Elektrofahrzeug, hat<br />
maßgeblichen Einfluss<br />
auf die Auswahl der Zellen.<br />
Zellen sind die eigentlichen<br />
Energiespeicher.<br />
Um diese sicher<br />
und zuverlässig im Automobil<br />
einsetzen zu<br />
können, muss eine Vielzahl<br />
von Parametern,<br />
wie z. B. Ladezustand<br />
(SOC), Alterungszustand<br />
(SOH), Temperatur,<br />
Lade- und Entladeströme<br />
und -spannung,<br />
überwacht und kontrolliert<br />
werden.<br />
„Li-Ionen“ ist als Oberbegriff<br />
vieler Materialienkombinationen<br />
zu<br />
verstehen. Aktuell gibt<br />
es vor allem Zellen auf<br />
Basis Lithium-Cobalt.<br />
Weiterentwicklungen<br />
gehen zu Zellen mit<br />
neuen Kathodenmaterialien<br />
wie Lithium-Kobalt-Nickel-Manganoxid<br />
oder Lithium-<br />
Eisen-Phosphat. All diese Kombinationen haben<br />
Vor- und Nachteile bei der Leistungs- bzw. Energiedichte<br />
und der Sicherheit. Somit bietet sich auch<br />
innerhalb der Komponente Zelle die Möglichkeit<br />
der Wiederverwendung an, solange der Einsatzzweck<br />
die gleichen Anforderungen stellt (z. B. eine<br />
Zelle für bestimmte Leistungsklassen im Bereich<br />
Mildhybrid).<br />
Aktuelle Produkte<br />
Bild 7<br />
Sicherheitskomponenten,<br />
Sensoren<br />
Basis<br />
BMC<br />
+GFD<br />
Bild 8 zeigt eine Auswahl von Batterien, die aktuell<br />
in der Entwicklung bzw. Serienproduktion sind.<br />
C<br />
CSC<br />
CSC<br />
CSC<br />
CSC<br />
Batteriemodule<br />
(Zellmodule)<br />
Die erste und zweite Plattform HEV sind leistungsoptimierte<br />
Batterien für den Einsatz in Hybridfahrzeugen.<br />
Die dritte und vierte Plattform beinhaltet<br />
energieoptimierte Batterien für die Anwendung in<br />
Plugin-Hybriden und Elektrofahrzeugen.<br />
Leistungselektronik<br />
Applikation<br />
Integration<br />
+ Mechanik<br />
+ Kühlung<br />
Modulares Batteriekonzept (unterer Balken Farbe grün Gleichteile „Basic“<br />
– blau spezifische Applikation „Application“)<br />
Die Leistungselektronik übernimmt die Aufgabe<br />
der Steuerung des Energieflusses (Inverter) von<br />
der Batterie zum Elektromotor (z. B. Boosten, elektrisches<br />
Fahren) und umgekehrt vom Motor zur<br />
Batterie (z. B. Rekuperation). Weiterhin stellt sie<br />
Li-Ionen-<br />
Energiespeicher<br />
ELF1-1 ELF2-20 ELA2-40 ELF2-60 ELF2-120 ELF3-105 ELF4-55 ELF4-60<br />
Projektstatus Produktion A-Muster B-Muster B-Muster B-Muster A-Muster A-Muster B-Muster<br />
Max. Entladeleistung<br />
@ 10s / 25°C<br />
19 kW 20 kW 40 kW 60 kW 120 kW 105 kW 55 kW 60 kW<br />
Nennspannung 122 V 126 V 302 V 350 V 774 V 360 V 324 346<br />
Kapazität 6 Ah 5,5 Ah 5,5 Ah 5,5 Ah 5,5 Ah 40 Ah 45 Ah 50 Ah<br />
Volumen ca. 13 l 12 l 45 l 78 l 150 l 120 l 130 l 140 l<br />
Gewicht ca. 26 kg 24 kg 45 kg 70 kg 145 kg 180 kg 160 kg 175 kg<br />
Bild 8<br />
Nutzbarer<br />
Energieinhalt<br />
800 Wh<br />
(250Wh)<br />
Erste Plattform<br />
HEV<br />
Auswahl aktueller Produkte<br />
730 Wh<br />
(290 Wh)<br />
1.700 Wh<br />
(680 Wh)<br />
1.830 Wh<br />
(730 Wh)<br />
3.660 Wh<br />
(1460 Wh)<br />
Zweite Plattform / Familienkonzept<br />
HEV<br />
14.400 Wh<br />
(10.800 Wh)<br />
Dritte Plattform<br />
PHEV/EV<br />
14000 Wh 17300 Wh<br />
Vierte Plattform<br />
EV<br />
25<br />
338 <strong>Schaeffler</strong> KOLLOQUIUM 2010<br />
<strong>Schaeffler</strong> KOLLOQUIUM 2010 339
25 Hybrid- und Elektroantriebe<br />
Hybrid- und Elektroantriebe<br />
25<br />
Bild 9<br />
Inverter mit integriertem<br />
DC/DC-Wandler<br />
EPF2-2<br />
I DC14VNennwert 210A<br />
Separater Inverter<br />
EDF1-2<br />
I DC14VNennwert 115A<br />
Modulares Konzept Leistungselektronik<br />
optional über einen DC/DC Wandler die Verbindung<br />
zwischen herkömmlichem Bordnetz (14 V)<br />
und der Batterie für den Elektroantrieb her. Damit<br />
ist sie das Herz des Elektroantriebs.<br />
Modulares Konzept Leistungselektronik<br />
Plattformkonzept<br />
EPF2-2<br />
I ACNennwert 200A eff<br />
I AC60s 250A eff<br />
ESF1-2<br />
I ACNennwert 160A eff<br />
Leistungsteil für<br />
Einsatz in Invertern<br />
aller Leistungsklassen<br />
Separater DC/DC-Wandler<br />
I AC60s 250A eff<br />
<strong>Komponenten</strong>skalierbarkeit<br />
<strong>Komponenten</strong>kombination<br />
Der Aufbau der Leistungselektronik ist ähnlich<br />
der Batterie so konzipiert, dass sich damit möglichst<br />
viele Anwendungen<br />
mit möglichst<br />
vielen Gleichteilen abdecken<br />
lassen. Dies<br />
wird zum einen durch<br />
den optionalen Verbau<br />
des DC/DC Wandler<br />
im Gehäuse des<br />
Inverters oder auch<br />
einem separaten Gehäuse<br />
erreicht (Bild 9<br />
grün unterlegt).<br />
Zum anderen sind die<br />
Leistungsmodule im<br />
Inverter skalierbar um<br />
verschiedene Leistungsklassen<br />
abzudecken<br />
(Bild 9 orange<br />
unterlegt) um dabei<br />
weitestgehend auch den gleichen Kühler, Gehäuse,<br />
usw. zu verwenden.<br />
Leistungsklassen<br />
Mit den bereits heute verfügbaren Leistungsklassen<br />
werden alle Anwendungsbereiche vom Mildhybrid<br />
bis zum Elektrofahrzeug abgedeckt.<br />
Elektromotoren<br />
Je nach Strategie und<br />
Einsatz des Fahrzeuges<br />
kommen unterschiedliche<br />
Anzahl und Technologien<br />
von Elektromotoren<br />
zum Einsatz. Ziel<br />
K0<br />
ist dabei, die auf den jeweiligen<br />
Einsatz optimierte<br />
Technologie zu<br />
verwenden. Dies kann<br />
durch die Systemkosten,<br />
den verfügbaren Bauraum, geforderte Funktionen<br />
als auch dem Wirkungsgrad bestimmt sein.<br />
Bild 11 zeigt mögliche Einbaupositionen von Elektromotoren<br />
in einem Antriebsstrang. An jeder der<br />
Positionen sind darüber hinaus noch unterschiedliche<br />
Varianten möglich, sodass leicht zu erkennen<br />
ist wie groß die Gesamtzahl der Möglichkeiten werden<br />
kann.<br />
Heute findet man hauptsächlich drei Typen von<br />
Elektromotoren, den Asynchronmotor (ASM), den<br />
permanent erregten Synchronmotor (PSM) und<br />
den fremderregten Synchronmotor (SM).<br />
Übersicht Motoren<br />
Der Asynchronmotor ist sehr robust und kostengünstig.<br />
Demgegenüber steht der nicht optimale<br />
P0 P1 P2 P3 P4<br />
K1<br />
Bild 11 Mögliche Einbaupositionen von Hybridmotoren<br />
P = Position<br />
E-Motor<br />
K = Kupplung<br />
Wirkungsgrad. Daher kommt er vorzugsweise in<br />
Kosten-Nutzen optimierten Mildhybridsystemen<br />
als seitenmontierte Variante zum Einsatz (Bild 12,<br />
Spalte 1 und 2 - Typ IM).<br />
Der PSM eignet sich durch seine vergleichsweise<br />
geringe Baulänge vorzugsweise für die direkte<br />
Integration in die Getriebeglocke. Dazu bietet<br />
er einen punktuell hohen Wirkungsgrad und<br />
wird häufig bei Mild- und Vollhybriden eingesetzt.<br />
Beim reinen Elektroantrieb ist dagegen ein hoher<br />
Wirkungsgrad über einen weiten Bereich von<br />
Drehmoment und Drehzahl wichtig, da dieser eine<br />
optimale Nutzung der Batterie gewährleistet. Daher<br />
kommt hier vorzugsweise der SM in Form eines<br />
Achsantriebes (Bild 12, Spalte 3 - Typ SM) zum Einsatz.<br />
Inverter<br />
ESF1-x<br />
EPF2-2<br />
EPF2-3<br />
EPF2-4<br />
In Kooperation mit ZF<br />
Projektstatus<br />
Dauerspannung AC<br />
Stromspitze AC @ 0,5s<br />
DC/DC-Wandler<br />
Dauerstrom<br />
Stromspitze DC<br />
Volumen / Gewicht<br />
Kühlungsart<br />
SOP<br />
160 - 330A rms<br />
210 - 420A rms<br />
EDF1-1<br />
150A rms<br />
180A rms<br />
7,4l / 9kg<br />
Flüssig<br />
B-Muster C-Muster C-Muster<br />
175A rms<br />
235A rms<br />
245A rms<br />
265A rms<br />
355A rms<br />
440A rms<br />
Eine von drei verschiedenen DC/DC-Wandlern integriert<br />
150A rms<br />
180A rms<br />
210A rms<br />
180A rms<br />
210A rms<br />
240A rms<br />
5 - 5,5l / 7,5kg<br />
6l / 11kg<br />
Flüssig<br />
Flüssig<br />
Flüssig<br />
Elektromotoren-Typen IM IM SM PSM PSM PSM<br />
Projektstatus C-Muster B-Muster B-Muster C-Muster SOP B-Muster<br />
Nennspannung 115 V 150 V 300 V 230 V 120 V 310 V<br />
Maximale Drehzahl 17.000 rpm 16.000 rpm 12.000 rpm 14.000 rpm 6.000 rpm 7.500 rpm<br />
Maximales Drehmoment 66 Nm 50 Nm 225 Nm 290 Nm 160 Nm 250 Nm<br />
Dauerstrom 5 kW 5 kW 35 kW 74 kW 8 kW 35 kW<br />
Maximale Leistung 17 kW 10 kW 70 kW 105 kW 15 kW 50 kW<br />
Kühlungsart Flüssig Flüssig Flüssig Flüssig Flüssig Flüssig<br />
25<br />
Separater Inverter<br />
und DC/DC-Wandler<br />
Integrierter Inverter & DC/DC-Wandler<br />
Seitenmontierter<br />
Starter-Generator<br />
Achsantrieb<br />
Antriebsstrangintegriert<br />
Bild 10 Leistungsklassen: Inverter - DC/DC<br />
Bild 12 Auswahl aktueller Elektromotoren<br />
340 <strong>Schaeffler</strong> KOLLOQUIUM 2010<br />
<strong>Schaeffler</strong> KOLLOQUIUM 2010 341
25 Hybrid- und Elektroantriebe<br />
Hybrid- und Elektroantriebe<br />
25<br />
Chancen und Risiken<br />
(OEM/Zulieferer)<br />
Der stark wachsende Markt der <strong>Antriebsstrangelektrifizierung</strong><br />
findet nicht allein im Auto statt. Gerade<br />
Pluginhybrid und Elektrofahrzeuge werden an der<br />
Steckdose aufgeladen. Mit der Verknüpfung mit dem<br />
herkömmlichen Stromnetz (vehicle to grid) ergeben<br />
sich neue Aufgaben bzw. Herausforderungen an die<br />
Technik als auch zukünftige Geschäftsmodelle.<br />
Dass das Thema <strong>Antriebsstrangelektrifizierung</strong> erst<br />
am Anfang steht zeigen die Potenziale bei der Batterieentwicklung.<br />
Dies verdeutlichen ein paar Fakten.<br />
Heutige Li-Ionen-Batterien erreichen eine Energiedichte<br />
von 120 – 150 Wh/kg. Theoretisch sind<br />
6000 Wh/kg (Li-Flour) und mehr erreichbar und<br />
praktisch werden immer noch Werte von 2000 Wh/kg<br />
erwartet.<br />
Auf Grund der deutlich besseren Wirkungsgradkette<br />
des Elektroantriebes und der Möglichkeit Energie<br />
zurück zu gewinnen, geht man heute davon<br />
aus, dass bereits bei Energiedichten von ca.<br />
500 Wh/kg vergleichbare Reichweiten wie bei<br />
Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor erreicht werden<br />
können.<br />
1<br />
3 Emissionsfreie Elektrofahrzeuge (EV) (langfristig)<br />
2 Ersatz des Verbrennungsmotors durch Elektromotor (mittelfristig)<br />
Steigerung der Effektivität des konventionellen Antriebstranges (kurz- und mittelfristig)<br />
00 %<br />
Fossile Kraftstoffe<br />
Erneuerbare Kraftstoffe<br />
Anzahl der produzierten Fahrzuge<br />
1<br />
Kraftfahrzeug<br />
(Verbrennungsmotor)<br />
(Elektromotor)<br />
0 % ZEIT<br />
Bild 13 Die Bedeutung der Elektrifizierung wird steigen<br />
Energie vom Netz<br />
2<br />
Hybrid Fahrzeug<br />
(Verbrennungsmotor<br />
+ Elektromotor)<br />
Elektrofahrzeug<br />
3<br />
25<br />
342 <strong>Schaeffler</strong> KOLLOQUIUM 2010<br />
<strong>Schaeffler</strong> KOLLOQUIUM 2010 343
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