Elektromobilität für den breiten Markt Produktinnovationen und neue Partnerschaften sind gefordert

Funktion und Partitionierung des elektrischen Antriebs

Der Elektromotor ist für die Wandlung der angelegten elektrischen Energie in mechanische Energie zuständig. Je nach Auslegung des Antriebsstrangs findet man einen der folgenden Motortypen: fremd erregter Synchronmotor, Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM), Induktanz- oder Reluktanz-Motor. In die Motorauswahl fließen zahlreiche Kriterien wie Kosten, Effizienz, Regelkomplexität, Sicherheit, Leistungsdichte, Dynamik, Anforderungen hinsichtlich Geschwindigkeit und Drehmoment, Lebensdauer, Wartung oder ein aus der Motorcharakteristik entstehender Bedarf an komplexen Getrieben, ein. Auf Grund der zu erwartenden Marktentwicklung wird die Herstellbarkeit und die sichere Versorgung mit den entsprechenden Rohmaterialien, wie den Seltenen Erden für PMSM, vermehrt diskutiert. Die Wahl des Motors wiederum beeinflusst die Anforderungen an die Leistungselektronik. Diese regelt die von der Batterie zugeführte elek- trische Energie. Die Anforderungen an die Leistungselektronik lassen sich dabei durch unterschiedliche technische Lösungen erfüllen. Schon die Wahl der Umrichtertopologie ist eine komplexe Optimierungsaufgabe. So werden die Vor- und Nachteile eines DC/DC-Wandlers vor dem eigent- lichen Umrichter zur Stabilisierung oder auch zur Anhebung der Batteriespannung genauso intensiv diskutiert wie die Verwendung von Multi-Level-Umrichtern. Wenn durch eine geschickte Wahl der Schaltung ein Teil des Umrichters und des Motors für die Batterieladefunktion im Fahrzeug wiederverwendet werden soll, müssen auch die Anforderungen der Batterieladeeinheit in die Optimierung einfließen. Sind die Topologie und damit die benötigten Elemente festgelegt, stellt sich als nächstes die Frage der mechanischen und thermischen Integration. Am folgenden Beispiel wird die Komplexität dieser Entscheidung verdeutlicht. Die Leistungselektronik kann entweder in einer separaten Box untergebracht oder direkt im Motor integriert sein. Durch eine Integration lassen sich Kabel und Steckverbindungen einsparen. Auch die Platzersparnis und eine Reduktion der EMV-Anfälligkeit sprechen für diese Lösung. Sie erfordert jedoch ein komplett neues Motor-Design, was sich eventuell als unrealistisch für eine mittelfristige Umsetzung herausstellen kann. Darüber hinaus kann eine separate Leistungselektronik unabhängig vom Motor gewartet und eingekauft werden.