Innovative Elektromobilität für die Städte der Zukunft
Um den steigenden Anforderungen an städtische Mobilität und Nachhaltigkeit gerecht zu werden, sind sicherere und zuverlässigere Anwendungen für elektrische Fahrzeugarchitekturen gefragt. Im EU-finanzierten Projekt TELL(öffnet in neuem Fenster) kommen nun Hersteller der derzeit leistungsfähigsten europäischen Ausrüstung für Nieder- und Mittelspannungsanwendungen, Hochschulen und ein auf urbane Elektromobilität spezialisiertes KMU zusammen. Das Team entwickelte optimierte Lösungen für Elektrofahrzeuge im kleinen bis mittleren Segment, Hybrid-Elektrofahrzeuge mit zusätzlichem Niederspannungs-Elektroantrieb sowie leichtere Fahrzeuge für den städtischen Verkehr. „Neues Wissen wird zum Beispiel in Produktionsprozessen, die sich an Kundenbedürfnissen orientieren, sowie Bildungsprozessen und Weiterentwicklungen in Folgeprojekten umgesetzt, etwa dem Projekt Multi-Moby(öffnet in neuem Fenster)“, so Projektleiterin Irene Karitnig.
Leistungsstarke Module
Mit der bahnbrechenden Silizium-MOSFET-Technologie, die in allen Automobilsegmenten eingesetzt werden kann, sind der innovative Galliumnitrid-Transistor mit hoher Elektronenmobilität sowie Si-MOSFET-Wechselrichter speziell für städtische Verkehrsszenarien(öffnet in neuem Fenster) konzipiert. Vor allem kann so ein durchschnittlicher Wirkungsgrad von mehr als 96 % im Geschwindigkeitsbereich 0-40 km/h erreicht werden. Der Wechselrichter fungiert als hochmoderner feldorientierter Regelalgorithmus für Elektromotoren mit Permanentmagneten bei optimiertem Motorflussmodell und verbessertem Feldschwächungsbetrieb. Dies war nur durch den Einsatz eines neuen, hochpräzisen Positionssensors und die Optimierung des Winkelnachführungsalgorithmus möglich. Durch genaue Messungen an Maschinenprototypen konnten Regelgrößen feinabgestimmt und Wirkungsgrad sowie Dynamik unterhalb der Grunddrehzahl und in Feldschwächungsbereichen optimiert werden. Zudem wurden Leistungsverluste deutlich reduziert und der Durchbruchstrom auf eine Endleistungsdichte von 19,3 kVA/l erhöht.
Niedrige Kosten bei höchstem Wirkungsgrad
Ein Schwerpunkt lag auf der Kostensenkung durch Design und Fertigung, wobei die Konzepte von Industrie 4.0(öffnet in neuem Fenster) sowohl bei der Produktion des elektrischen Antriebsstrangs als auch im gesamten Fahrzeug angewendet wurden. In der Mikrofabrik wurden die Fahrzeuge aus Vollstahl gefertigt und bestanden anspruchsvolle Crashtests, sodass sie in die Klassen M1 der Kraftfahrzeuge für Personenbeförderung und N1 für Güterbeförderung bis 3,5 Tonnen eingestuft werden konnten. Der Antriebsstrang verzichtet auf externe Filter im Leistungs- und Steuerkreis, damit die Normen der elektromagnetischen Verträglichkeit eingehalten werden. Zudem sind dank des sehr hohen Wirkungsgrads bei niedriger Spannung des angepassten Wechselrichters und Motors weder teure, sperrige zwangsbelüftete Vorrichtungen oder Regelkreise noch Vorrichtungen zur Flüssigkeitskühlung erforderlich. Mit der Integration des neuen Antriebsstrangs in das Chassis von Elektrofahrzeugen wurde eine hohe Thermalisierung des Batteriepakets erreicht und die Reichweitendifferenz bei Außentemperaturabweichungen reduziert. Die höhere Effizienz der Antriebseinheiten geht mit größeren Reichweiten beim Reisen und weniger Ladestopps einher und gilt damit als positiver Faktor für urbane Mobilität.
