48-V-Motoren mit Hunderten von kW Neue Antriebskonzepte revolutionieren E-Mobilität

Ein Motor der vierten Generation von Volabo

Die 48-V-Motoren werden die E-Mobilität revolutionieren. Davon sind zwei Startup-Unternehmen – die finnische Toroidion und die in Ottobrunn bei München ansässige Volabo – überzeugt.

Das Konzept ist einfach: Anstatt den Strom durch drei Phasen in den Motor zu schicken, wird die Anzahl der Phasen einfach erhöht, sodass sich die Strombelastung auf die vielen Phasen aufteilt und so die Stromtragfähigkeit pro Phase nicht überschreitet. Die Fortschritte in der Leistungselektronik haben das schon vor Jahren möglich gemacht. »Die eigentliche Hürde bestand für uns aber in etwas anderem. Über Jahrzehnte hat sich selbst unter Experten aufgrund der Erfahrungen aus dem Bereich der Überlandnetze die feste Überzeugung gebildet: Hohe Leistungen können nur bei hoher Spannung effektiv übertragen werden. Das ist aber ein Trugschluss, wenn die Leistung über kurze Distanzen – wie in einem Auto – übertragen werden soll«, sagte Prof. Dieter Gerling im Interview mit Markt&Technik.

Aus seinem Lehrstuhl an der Universität der Bundeswehr in Neubiberg ist Volabo hervorgegangen, die zwei seiner ehemaligen Mitarbeiter – Florian Bachheibl und Adrian Patzak – 2016 gegründet haben. Prof. Gerling konnte schon 2014/15 an einem ersten Prototypen zeigen, dass sein Konzept prinzipiell funktioniert. Dann ging es Schlag auf Schlag – 2016 erreichte der zweite Prototyp bereits eine Leistung von 150 kW. Hier war die Leistungselektronik allerdings noch extern verbaut. 2017 folgte der dritte Prototyp, in dem die Leistungselektronik erstmals im Motor selber integriert werden konnte, und im Frühjahr 2019 ist es Volabo gelungen, die Baugröße der Leistungselektronik noch einmal um über die Hälfte zu senken. Ergebnis ist ein Motor, der 110 kW erreicht, und das mit einer Länge von nur 33 cm inklusive der zugehörigen Elektronik, also dem Umrichter mit Steuereinheit. »Wir konnten ihn problemlos in die Vorderachse eines Touran integrieren«, freut sich Adrian Patzak. Zudem fährt bereits ein zweites mit einem Partner gebautes Auto mit dem Antrieb von Volabo.

»Wir können also live demonstrieren, dass das alte Mantra „hohe Leistung geht nur mit hoher Spannung“ nicht stimmt«, so Prof. Gerling. Denn von der Batterie bis zum Motor im Auto sind nur kurze Strecken zu überwinden, da können ohne weiteres Ströme von 1000 A, 4000 A und darüber hinaus ohne hohe Leitungsverluste übertragen werden.

Das Gleiche dachten sich auch Pasi Pennanen und Vesa Lehtinnen, Gründer der finnischen Firma Toroidion. Ihnen schwebte nichts Geringeres vor, als einen elektrischen Rennwagen zu entwickeln, der das 24-Stunden-Rennen von Le Mans gewinnen könnte. Sie statteten den ersten Prototypen mit vier Motoren – einen für jedes Rad – aus, die insgesamt auf eine Leistung von 1 MW kommen – bei einer Spannungsversorgung von ebenfalls 48 V. Auch sie teilen den Motor in viele Phasen auf, durch die dann relativ kleine Ströme fließen. Toroidion hat dazu auch gleich die passende Power-Management-Elektronik und die passenden Batterien (nur die Zellen werden zugeliefert) für ihren Antrieb entwickelt. Die Reichweite des Sportwagens erreicht laut Pennanen mit einer 65-kWh-Batterie 650 km.

Die niedrige Spannungsversorgung von 48 V, die sich als Standard für künftige Autogenerationen etablieren wird, bietet zahlreiche Vorteile. Alle aufwändigen Schutzmaßnahmen, die bei den heute üblichen Motor-Spannungen in E-Autos zwischen 400 und 800 V erforderlich sind, können wegfallen. Weder beim Bau noch bei der Wartung und Reparatur der 48-V-Autos sind besonders geschulte Mitarbeiter und besondere Sicherheitsvorkehrungen erforderlich.