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Unterschiedliche Wege zu mehr Reichweite

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Tags: Elektromobilität, #MobilityLifeBalance

Damit E-Autos weiter fahren, ist es zu kurz gedacht, nur die Batteriekapazität zu erhöhen. ZF dreht an mehreren Stellschrauben des Antriebsstrangs, um aus einer Batterieladung die maximale Kilometerleistung herauszuholen.
Kathrin Wildemann, 30. September 2019
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Kathrin Wildemann gehört seit 2016 zum festen Autorenteam bei ZF. In On- ebenso wie in Offline-Beiträgen beschäftigt sie sich bevorzugt mit Elektromobilität und anderen Nachhaltigkeitsthemen.
Gefragt nach den Hauptgründen, die den Umstieg aufs Elektromobil verhindern, antworten Autofahrer zumeist mit den deutlich höheren Anschaffungskosten sowie mit der im Vergleich zum Verbrennungsantrieb zu geringen Reichweite der Stromer. Während der erste Kritikpunkt mit steigenden Fahrzeugstückzahlen erst nach und nach verschwindet, ist ZF bereits dabei, das zweite Hemmnis zu beseitigen. Dazu verfolgen die Entwickler des Technologieunternehmens mehrere Wege.

Perfekt aufeinander abgestimmte Antriebskomponenten

Perfekt aufeinander abgestimmte Antriebskomponenten

Natürlich lässt sich die Reichweite durch Einbau einer größeren Batterie erhöhen. Die Folgen davon sind jedoch weniger Platz für Passagiere und Gepäck, ein höheres Fahrzeuggewicht sowie höhere Anschaffungskosten. Sinnvoller ist es, alle Komponenten des Antriebsstrangs so gut wie möglich zu gestalten und perfekt aufeinander abzustimmen. Diesen Weg schlägt ZF ein. So bringen auch vermeintlich kleine Optimierungen in Summe einen spürbaren Effizienzgewinn. Dazu Bert Hellwig, Leiter des Systemhauses E-Mobility bei ZF: „Für den Alltagsnutzen von E-Autos ist es wichtig, so viel Reichweite wie möglich aus einer Batterieladung zu gewinnen. Jedes Prozent mehr Effizienz im Wirkungsgrad mündet in zwei Prozent mehr Reichweite.“
Beispielsweise trägt ein gut auf den Antrieb abgestimmter Wechselrichter samt Leistungselektronik dazu bei, die vorhandene Energie optimal zu nutzen. Diese Komponenten steuern unter anderem die Energierückgewinnung (Rekuperation) beim Bremsen.
„Für den Alltagsnutzen von E-Autos ist es wichtig, so viel Reichweite wie möglich aus einer Batterieladung zu gewinnen. Jedes Prozent Effizienz im Wirkungsgrad mündet in zwei Prozent mehr Reichweite.“
— Bert Hellwig, Leiter des Systemhauses E-Mobility bei ZF

Widerstandsärmere Leistungselektronik für mehr Kilometer

Widerstandsärmere Leistungselektronik für mehr Kilometer

Auf diesem Feld profitiert ZF von seinem Engagement im Rennsport, wo der Innovationsdruck besonders hoch ist: In der Formel E ist Effizienz der entscheidende Faktor. Für die Saison 2018/2019 hat ZF den kompletten Antriebsstrang des Teams Venturi entwickelt. Um die Maximalleistung zu erzielen, setzten die Ingenieure erstmals Siliziumkarbid statt des üblichen Siliziums als Halbleiter in der Leistungselektronik ein. Mit Siliziumkarbid lassen sich Chipsätze zehnmal dünner auslegen. Dies ist vorteilhaft, weil der Innenwiderstand der Leistungselektronik sinkt, Wirkungsgrad und Reichweite des Fahrzeugs steigen. Dies Innovation plant der Konzern nun auch in seine Serientechnologie zu übernehmen.
Halbleiter aus Siliziumkarbid in der Leistungselektronik senken den Widerstand im Vergleich zu herkömmlichen Silizium-Halbleitern: Effizienz und damit Reichweite von E-Antrieben steigen.
Leistungselektronik: Reichweitenplus von bis zu 10 Prozent durch Siliziumkarbid.

Mehrfachnutzen durch E-Motor plus Getriebe

Mehrfachnutzen durch E-Motor plus Getriebe

Ein weiterer Ansatz, in der E-Mobilität die Effizienz zu steigern, baut auf dem großen Getriebe-Knowhow des Konzern auf: Die Entwickler von ZF haben einen neuen, kompakten elektrischen Pkw-Antrieb mit einem Zweiganggetriebe ausgestattet. „Mit zwei Gängen erreichen wir eine bessere Beschleunigung und eine höhere Maximalgeschwindigkeit. Ein weiterer Grund für das Zweiganggetriebe war, die Effizienz des Antriebs zu steigern“, sagt Dr. Stephan Demmerer, Head of Advanced Engineering E-Mobility, und ergänzt: „Mit dieser Kombination aus einem speziellem E-Motor und Zweiganggetriebe erreichen wir ein Systemoptimum mit dem höchsten Wirkungsgrad.“
Der neue 2-Gang-Elektroantrieb mit einer Maximalleistung von 140 Kilowatt lässt einen Personenwagen bei höheren Geschwindigkeiten deutlich energieeffizienter fahren im Vergleich zu herkömmlichen E-Fahrzeugen. Gleichzeitig büßt das E-Mobil bei niedrigeren Geschwindigkeiten nicht an Zugkraft ein. Zusammen mit der integrierten Leistungselektronik sorgt der E-Antrieb mit Schaltelement für ein Reichweitenplus von bis zu fünf Prozent.
Elektrischer 2-Gang-Antrieb von ZF: mehr Effizienz und Reichweite durch Getriebe.

Vielseitiger Einsatz des elektrischen 2-Gang-Antriebs von ZF

Vielseitiger Einsatz des elektrischen 2-Gang-Antriebs von ZF

Dieser Antriebsstrang von ZF eröffnet Automobilherstellern unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten: So können sie bei gleicher Batteriegröße Fahrzeuge mit größerer Reichweite anbieten. Dies wirkt den Hauptbedenken vieler Kunden entgegen. Durch den Effizienzgewinn lässt sich der Antrieb aber auch mit einer kleineren Batterie kombinieren, was Geld, Bauraum und Gewicht spart. Davon profitieren besonders preissensitive Klein- und Stadtwagen. Ebenso wendet sich der modular angelegte 2-Gang-Antrieb an Hersteller, bei denen die Performance im Vordergrund steht. Die mussten sich bisher bei elektrischen Antrieben zwischen einem hohen Anfahrdrehmoment und einer hohen Endgeschwindigkeit entscheiden. Zusammen mit einer leistungsstarken E-Maschine von bis zu 250 Kilowatt bringt das neue Antriebskonzept genug Power, damit der Fahrer von sportlichen oder schweren Fahrzeugen weder beim Anfahren noch bei der Endgeschwindigkeit Abstriche machen muss.
Schaltet bei 70 km/h in den zweiten Gang: der 2-Gang-Antrieb für Pkw.

#MobilityLifeBalance

Mit einer Initiative stellt ZF den Menschen in den Mittelpunkt von Mobilitätsangeboten und zeigt Lösungen, wo und wie dies am besten gelingt.

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