Energie Schweiz

Schneller, weiter, effizienter

Die E-Mobilität ist die Zukunft. Dies zeigt bereits der Blick auf die Neuheiten der Autozulieferer. Die haben einiges parat, das Elektroautos und Teilzeitstromer in Zukunft noch attraktiver machen wird.

Naürlich reden alle von Tesla, vom neuen VW ID.3, dem Mercedes-Benz EQC, Porsche Taycan oder den E-Erfolgen von Renault. Doch weil die Autozulieferer heute entwickeln, was die Autobauer morgen auf die Strasse bringen, haben wir uns die Pläne von ZF, Bosch und Co. angeschaut und entdeckt, dass einige Entwicklungen schon in ein paar Jahren für deutlich leistungsfähigere, günstigere und vor allem alltagstauglichere E-Autos und elektrifizierte Fahrzeuge sorgen.

Die Plug-in-Hybride
Derzeit wächst die Zahl von Modellen mit einer Kombination aus Verbrenner- und Elektroantrieb, Plug-in-Hybride oder PHEV genannt, rasant. Laut Experten soll ihre Attraktivität weiter zunehmen. Daran glaubt man zumindest bei ZF, die jüngst ein PHEV-Antriebssystem der vierten Generation angekündigt haben, welches 2022 in Serienfahrzeugen zum Einsatz kommen soll. Dieser neue Plug-in-Hybridantrieb ist kompakter und leichter und verspricht außerdem grössere Elektroreichweiten. Zudem wird die elektrische Antriebskomponente nicht mehr nur Hilfsantrieb sein. Laut ZF wird allein der E-Motor bis zu 160 kW/218 PS und 450 Newtonmeter Drehmoment bereitstellen können. Ausserdem sollen die elektrischen Reichweiten auf 100 Kilometer oder mehr steigen. Smart: Damit der künftige PHEV-Antrieb kompakter ist, hat ZF die bislang separat im Fahrzeug untergebrachte Leistungselektronik für den E-Antrieb in das Getriebegehäuse integriert, ohne dabei die Baugrösse des Getriebegehäuses zu verändern.

E-Achsen
Apropos integrieren: Viele der grossen Autozulieferer haben bereits sogenannte E-Achsen entwickelt, bei denen E-Motor, Getriebe, Leistungselektronik und Achse in einem Bauelement vereint werden. Im Vergleich zu konventionellen Verbrennungsmotoren benötigen diese Lösungen nur rund ein Drittel des Bauraums, was viel mehr Freiheit beim Fahrzeugdesign erlaubt. Seit vergangenem Jahr produziert Continental ein nur 80 Kilogramm schweres E-Antriebssystem, das wahlweise 120 kW/163 PS oder 150 kW/204 PS leisten kann. Diese besonders kompakten Antriebe helfen dabei, Kosten zu sparen, da man mit der Bündelung der Komponenten auf viele Kabel und Stecker verzichten kann. Zudem lassen sich die E-Achsen in fast allen Fahrzeugtypen einbauen. Reicht die Leistung einer E-Achse nicht, können alternativ auch zwei eingebaut werden – je eine an Vorder- und Hinterachse. Dann bieten die Fahrzeuge neben doppelter Leistung auch noch Allradantrieb.

800-Volt-Architekturen
Die meisten Antriebssysteme der am Markt verfügbaren Stromer werden mit 400 Volt Spannung betrieben. Künftig setzen zunehmend mehr Zulieferer auch auf 800-Volt-Systeme, die vornehmlich in leistungsstarken Fahrzeugen zum Einsatz kommen sollen. Mit der höheren Spannung ist auch mehr Leistung unter anderem in Hinblick auf die Batterie möglich. Beim Sportwagen Taycan baut Porsche als erster Hersteller überhaupt ein 800-Volt-Batteriesystem ein, welches vom Zulieferer Dräxelmaier kommt. Voraussichtlich 2021 will Porsche den Nutzern des Taycan ermöglichen, die Batterie an entsprechenden Ultra-Schnellladesäulen mit bis zu 350 kW Spitzenladeleistung zu befüllen. Eine 80-%-Aufladung wird dann in einer Viertelstunde möglich sein.

Porsche Taycan

Siliziumkarbid-Halbleiter
In modernen Autos werden in grösserer Zahl Mikrochips verbaut. Auch in der Leistungselektronik von E-Autos, also der Schaltzentrale des Antriebs. Künftig wollen Zulieferer wie Bosch in dieser eine neue Generation von Halbleiter-Chips einsetzen, bei denen in die Kristallstruktur des sonst hochreinen Siliziums Kohlenstoff-Atome eingearbeitet werden. Diese neuen SiC-Mikrochips sorgen dank einer besseren elektrischen Leitfähigkeit unter anderem dafür, dass in der Leistungselektronik 50 Prozent weniger Energie in Form von Wärme verloren geht. Bosch verspricht zudem Einsparpotenziale bei Gewicht und Kosten von E-Autos und mehr Reichweite.

Getriebe
Bislang sind bei Elektroautos vornehmlich starre Übersetzungen, sozusagen Eingang-Getriebe üblich. Verfügen E-Antriebe über Alternativ-Übersetzungen, kann das Vorteile mit sich bringen. Getriebespezialist ZF hat zum Beispiel einen Zweigang-Antrieb für E-Motoren entwickelt, der einen kompakten E-Motor mit Getriebe und Leistungselektronik kombiniert. Dank Zweigang-Getriebe erlaubt dieses System eine erhöhte Steigfähigkeit am Berg und eine bessere Beschleunigung sowie höhere V-Max bei gleichzeitig verbessertem Wirkungsgrad. Entsprechend wird der zweite Gang ab etwa 70 km/h eingelegt. Die Technik ist für Fahrzeuge attraktiv, die auch auf längeren Strecken und bei höherem Tempo gefahren werden. Mit dem Zweigang-Getriebe lassen sich laut ZF Reichweitesteigerungen um 5 Prozent erreichen.