Die nächsten Generation von Elektrofahrzeugen in Fahrt bringen
Im Rahmen des Kyoto-Protokolls ist die EU dazu verpflichtet, die Treibhausgasemissionen (Greenhouse Gas, GHG) bis 2020 um 20 % unter das Niveau von 1990 und bis 2050 um 80 bis 90 % zu senken. Um dieses Ziel zu erreichen, will der Transportsektor seine Emissionen bis 2050 um 60 % senken. Die meisten dieser Reduktionen wird man wahrscheinlich im Straßenverkehr realisieren, der heute für 7 Milliarden Tonnen CO2/Jahr verantwortlich ist, was einem Fünftel der gesamten Treibhausgasemissionen der EU entspricht. Will man Emissionen im Straßentransport senken, ist das Elektrofahrzeug weiterhin eine mögliche Lösung. Deren Emissionen im Lauf eines Lebenszyklus summieren sich auf etwa die Hälfte von denen aus Benzin- und Dieselfahrzeugen. Nun muss nur noch die Öffentlichkeit die erheblichen Fortschritte der Fahrzeugindustrie in Bezug auf das Elektro- und Hybridfahrzeug wahrnehmen und die Elektrofahrzeugtechnik als eine brauchbare Alternative betrachten. „Obwohl Elektrofahrzeuge bereits auf dem Markt sind, steckt ihre Einführung immer noch in den Kinderschuhen“, sagt SYRNEMO-Projektkoordinator Michele De Gennaro. „Bevor diese Elektrofahrzeuge die mit fossilen Brennstoffen fahrenden Autos ersetzen, müssen sie bessere Reichweite und Energieeffizienz mit leichtem Design und geringeren Kosten vereinen.“ Hindernisse, die Verbesserungen im Wege stehen In den Elektrofahrzeugen von heute stecken Motoren, bei denen man von Seltenerdmetallen zur Herstellung der Permanentmagnete abhängig ist. Obgleich sie ein Schlüsselbaustein für diese Motoren sind, stellen diese Metalle gleichermaßen die höchste Barriere dar, die dem Erreichen der notwendigen Verbesserungen hin zu einer stärkeren Einführung von Elektrofahrzeugen im Wege stehen. Tatsächlich stammt die überwiegende Mehrheit dieser Metalle aus China, was nicht nur die Kosten der Elektrofahrzeuge erhöht, sondern auch die Fahrzeugindustrie zunehmend in Gefahr bringt. „Hier besteht die Gefahr, dass die Geopolitik die Lieferung von Permanentmagneten aus China an europäische Fahrzeughersteller beeinflussen könnte“, wie De Gennaro erklärt, „was wiederum die Fertigung und Lieferung von Elektrofahrzeugen in Europa lahmlegen könnte.“ Entfernt man aber die Magneten aus dem Motor, verliert er drei Viertel seiner Leistung. De Gennaro dazu: „Somit besteht unsere größte Herausforderung darin, alternative Wege zu finden, um diesen erheblichen Verlust zu kompensieren – und genau das will SYRNEMO erreichen.“ Die SYRNEMO-Lösung Das SYRNEMO-Projekt konnte diese Aufgabe lösen, indem eine seltenerdfreie, permanentmagnetunterstützte Synchron-Reluktanzmaschine (permanent magnet assisted synchronous reluctance machine, PMaSYRM) konzipiert, anhand von Prototypen entwickelt und getestet wurde. „Diese Maschine wurde speziell dafür entwickelt, die Verwendung von Seltenerdmaterialien in Magneten durch den Einsatz von Ferriten zu vermeiden“, sagt De Gennaro. „Deshalb haben wir die Entwicklung von anderen Motorkomponenten wie etwa einer neuartigen Haarnadelwicklung für den Stator und einer innovativen leichten Modulbauform für den Rotor vorangetrieben.“ Zusätzlich zu dem Motor stellte das Projekt außerdem den Entwurf für einen vollständigen Antrieb mit integrierter Leistungselektronik und einem luftgekühlten Gehäuse bereit. Den Testresultaten zufolge verfügt das endgültige Antriebsdesign über eine maximale Drehmomentleistung von 133 Nm bei 3 600 U/min und eine maximale Leistung von 52,9 kW bei 4 300 U/min. Die SYRNEMO-Bauform wird auf Stufe 5 der technologischen Reife (Technology Readiness Level 5; d. h. in der jeweiligen Umgebung validierte Technologie), geeignet für die Fertigung bei mittlerem Produktionsvolumen in der Größenordnung von zehntausenden Einheiten pro Jahr und vollständig anpassbar an verschiedene Fahrzeugsegmente geliefert. Das SYRNEMO-Design wird auf Grundlage von zweien der relevanten Richtwerte für Elektromotoren, der Maschinenkonstante der mechanischen Leistung und den Drehmomentdichtewerten, bewertet, die eine Verbesserung von +45 % und +25 % gegenüber den besten Richtwerten von 2016 aufweisen. „SYRNEMO ist somit beiden Kriterien zufolge die beste seltenerdfreie Synchronmaschine ihrer Klasse“, ergänzt De Gennaro.
Schlüsselbegriffe
SYRNEMO, Elektromotor, Elektrofahrzeug, Klimawandel, Treibhausgas, CO2-Emissionen
