Geringere Menge an seltenen Erden nötig
Continental-Sensor misst erstmals Temperatur im E-Auto-Motor
Der E-Motor-Rotor-Temperatursensor eRTS bietet eine präzisere Alternative zur algorithmusbasierten Temperatursimulation in permanenterregten Synchronmotoren. Das Ziel: ein kosteneffizienterer Einsatz seltener Erden sowie eine höhere Motorleistung.
Continental hat eine neue Sensortechnologie entwickelt, die die Temperatur innerhalb von permanenterregten Synchronmotoren erstmals direkt am Rotor misst. Der E-Motor-Rotor-Temperatursensor (eRTS) liefert deutlich präzisere Messergebnisse als die aktuell gängige softwarebasierte Temperatursimulation – mit einem von 15 °C auf nur noch 3 °C reduzierten Toleranzbereich.
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Damit können Fahrzeughersteller die Menge an seltenen Erden verringern, um die Magneten innerhalb der Rotoren hitzebeständiger zu machen und die potenzielle Motorleistung steigern. Das zahlt auf die Nachhaltigkeitsbilanz des Motors ein. Der eRTS ist eine von mehreren Sensortechnologien für Elektrofahrzeuge, die vom Produktcenter E-Mobility Sensors (EMS) entwickelt wurden.
»Mit einem geringeren Ressourcenverbrauch und niedrigeren Kosten ist die eRTS-Sensortechnologie gegenüber den derzeitigen Lösungen im Vorteil«, sagt Bin Huo, Leiter des Segments Passive Safety and Sensorics (PSS) im Unternehmensbereich Automotive von Continental. »Die Innovation zeigt, dass es richtig war, Ressourcen und Fachwissen in unserem Produktzentrum zu konzentrieren. Wir werden unser Portfolio in diesem Bereich kontinuierlich ausbauen.«
Höhere Messgenauigkeit, weniger seltene Erden
Rotoren in E-Fahrzeugmotoren arbeiten unter extremen Bedingungen: Dort können Temperaturen von bis zu 150 °C auftreten. Deshalb ist eine Überwachung der Temperaturentwicklung von entscheidender Bedeutung. Die aktuell gängigen Lösungen messen sie nicht direkt, sondern berechnen sie auf der Grundlage von Informationen des Statortemperatursensors, der Phasenstrommessungen sowie von Umgebungsvariablen.
Die Simulation hat allerdings einen Toleranzbereich von bis zu 15 °C.
Um den Magneten vor Entmagnetisierung durch zu hohe Temperaturen zu schützen, werden teure seltene Erden verwendet – in einer Menge, die den gesamten Toleranzbereich abdeckt und die Wärmebeständigkeit des Magneten sicherstellt. Die eRTS-Sensortechnologie liefert dank direkter Messung der Temperatur einen deutlich präziseren Temperaturwert: Der Toleranzbereich bei der Messung liegt hier nur noch bei 3 °C.
Automobilhersteller erschließen sich daher beim Bau von permanenterregten Synchronmotoren neue Möglichkeiten und mehr Planungsfreiheit: Ein Teil der seltenen Erden, die normalerweise aus Sicherheitsgründen den höheren Toleranzbereich überschreiten müssten, kann eingespart werden. Reizt man die Grenzen des Toleranzbereichs aus, kann zudem die Motorleistung gesteigert werden.
Ultraschalltechnologie für Energieversorgung und Kommunikation
Der eRTS besteht aus zwei Komponenten: der Temperatursensoreinheit (Mote) und der Sende-Empfangseinheit (Transducer). Die kabellose Temperatursensoreinheit misst die Temperatur unmittelbar im Zielbereich und so nah am Magneten wie möglich. Sie wird von der kabelgebundenen Sende-Empfangseinheit mit Energie versorgt und übermittelt ihr die Messdaten.
Die Sende-Empfangseinheit ist außerhalb des Elektromotors am Chassis befestigt. Sie ist mit der Invertersteuerung verbunden und überträgt an diese die Temperaturmessdaten über eine Kommunikationsschnittstelle. Kabellose Energieversorgung und Kommunikation zwischen den beiden Einheiten sind mithilfe von Ultraschall mit Piezo-Komponenten möglich.
Ausbau des Sensorportfolios für E-Fahrzeuge
Das traditionsreiche Segment Passive Safety and Sensorics (PSS) im Unternehmensbereich Automotive von Continental besitzt umfassende und langjährige Erfahrung im Bereich Sensortechnologien. Mit rund fünfzig verschiedenen Sensoren, die wichtige Informationen über eine ganze Reihe von Fahrzeugzuständen liefern, deckt das Portfolio von PSS eine Vielzahl von Einsatzzwecken ab – etwa zur Reifendrucküberwachung, Fahrwerkspositionsbestimmung, Raddrehzahlerfassung und Crash-Sensing. Vor mehr als zwei Jahren wurde das Produktcenter E-Mobility Sensors speziell für den Bereich E-Fahrzeug-Sensorik eingerichtet. Seither wächst das Sensorportfolio für E-Fahrzeuge stetig.
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