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Antriebstechnik
Vorreiter: Der Elektromotor der A-Klasse E-Cell entwickelt eine Spitzenleistung
von 70 Kilowatt, eine Dauerleistung von 50 Kilowatt sowie ein maxi-
males Drehmoment von 290 Newtonmetern, das bereits von der ersten
Umdrehung an zur Verfügung steht.
und dem Elektromotor. Problem: der mechanische Antrieb fehlt
bei der elektrischen Fahrt und wirkt sich negativ aus. So sorgt zum
Beispiel der elektrische Antrieb der Nebenaggregate für einen
schlechten Gesamtwirkungsgrad und hohe Kosten. Auch fehlt das
eigentlich „negative“ Nebenprodukt des Verbrennungsmotors,
nämlich die Wärme, was im Winter ein ernsthaftes Problem darstellt.
Es muss elektrisch geheizt werden, das heißt, das Elektroauto
muss die Wärme aus der Batterie erzeugen. Problem: Die Energie
der Batterie ist begrenzt – diese wäre aber für Effizienz oder rekuperatives
Bremsen notwendig. Ergo: Das Fahrzeug hat weniger Kapazität
und damit eine kleinere Reichweite. Und dabei sind Front-
und Heckscheibenheizung noch nicht mit eingerechnet.
Weiterer Gesichtspunkt: Die Umweltfreundlichkeit. Das Elektro
auto gilt als umweltfreundlich, weil es emissionsfrei ist. Allerdings
ist das eine Milchmädchenrechnung. Schließlich kommt der
Strom nicht einfach nur aus der Steckdose, sondern muss auch irgendwie
erzeugt werden. Solange der Strom dabei aus regenerativen
Quellen kommt, ist die Welt noch grün. Wird er aber im Kohlekraftwerk
erzeugt, ist die Umweltfreundlichkeit gleich Null. Dem
Klima ist es schließlich egal, wo die Kohlenstoffdioxid-Emissionen
entstehen. So ist es nicht unmöglich, dass ein Elektroauto mehr
CO 2 -Emissionen verursacht als ein Auto mit Verbrennungsmotor.
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Bild: Daimler
Struktur der Stromversorgung eines Elektroautos: Die DC/DC-Wandler
passen die Spannung der Energiespeicher an die Spannung des HV-Busses
an. Die Wechselrichter erzeugen aus der Gleichspannung des HV-Busses
sinusförmige Drehfelder für die Antriebsmotoren. Die Anbindung an das Netz
geschieht über ein Ladegerät, das die Netzspannung gleichrichtet.
Beim derzeitigen Strommix in Deutschland gehen Experten derzeit
davon aus, dass eine entsprechende Versorgung aus regenerativen
Energiequellen nicht möglich ist.
Die Leistungselektronik pushen
Die bei vollwertigen Elektroautos benötigten Antriebsleistungen
liegen jenseits von 20 Kilowatt. Um die dabei auftretenden Ströme
– insbesondere hinsichtlich Kabel, Stecker, Kontaktierungen und
Halbleiterkosten – in einem handhabbaren Rahmen von bis zu einigen
hundert Ampere halten zu können, ist ein lokales Versorgungsnetz
mit erhöhter Spannung (HV-Bus) notwendig. Für Elektrofahrzeuge
mit Antrieben bis etwa 100 Kilowatt kommen Spannungen
bis zu 400 Volt zum Einsatz, weil sich so überall verfügbare
600-Volt-Leistungshalbleiter nutzen lassen. Im Fall höherer Antriebsleistungen,
wie sie bei Sport- und Nutzfahrzeugen vorkommen,
finden sich auch darüber hinausgehende HV-Busspannungen,
die jedoch Leistungskomponenten mit höherer Sperrfähigkeit
erfordern, zum Beispiel 1200 Volt.
In jedem Fall zieht mit einem elektrifizierten Antriebsstrang in
breitem Umfang Hochvolt- und Hochleistungselektronik in die
Fahrzeugtechnik ein. Das HV-Bordnetz muss dabei aus Sicherheitsgründen
vollständig doppelt galvanisch isoliert sein, das heißt
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78 elektronikJOURNAL 02/2011
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Bild: VDE