Zulieferer stellt Konzeptauto mit neuem Elektroantrieb vor

Elektromobilität erfordert ganzheitliches Denken. Ein sparsamer Elektromotor ist schön und gut, ein Akku mit hoher Ladeleistung auch, ebenso ultraleichte Werkstoffe. Aber erst in der Kombination und der harmonischen Abstimmung aller Komponenten aufeinander wird ein Optimum an Wirtschaftlichkeit erreicht, die maximale Reichweite im Elektroauto ermöglicht. Das zeigt das Konzeptauto mit gänzlich neuem Antriebssystem vom Motor bis zur Kühlung. Es setzt laut Hersteller nicht nur bei der Effizienz, sondern auch bei Gewichtseinsparung und Platzbedarf Maßstäbe.

Der "EVbeat" ist schon als Serienauto Porsche Taycan eine beeindruckende Erscheinung. Doch die Ingenieure des Zuliefergiganten ZF, bekannt vor allem als Getriebespezialist, haben dem sportlichen GT ein komplett neues Antriebskonzept verpasst. "Unser Ziel war es, diesen Antrieb bei hoher Fahrdynamik so kompakt und leicht wie möglich zu machen und die Reichweite im realen Betrieb zu erhöhen", sagt Otmar Scharrer, ZF-Entwicklungsleiter für elektrische Antriebssysteme. Der neue Antriebsstrang EVsys800 wiegt nur 75 Kilogramm und ist damit rund ein Drittel leichter als ein vergleichbarer aktueller ZF-Serienantrieb.

In Verbindung mit einem kompakten Reduziergetriebe und einer neuen Wicklungs-Technologie spare die Antriebseinheit außerdem 50 mm Bauraum in der Breite. Das bringt signifikante Platzersparnis. Neuartig ist auch die Motorkühlung: Am Stator, also dem feststehenden Teil des elektromagnetischen Antriebs, fließt Öl zur Kühlung direkt in die Kupferstäbe. Genau dort also, wo im Betrieb die größte Wärme entsteht.

Diese spezielle Kühlung erhöht die Leistungsfähigkeit der Maschine. Darüberhinaus kann auf den Einsatz Seltener Erden verzichtet werden. Das spart Kosten, verbessert die Umweltbilanz und die Abhängigkeit von China als wichtigstem Erzeugerland. Überdies werden zehn Prozent Kupfer eingespart. Auch den Wechselrichter, der Gleichstrom aus der Traktionsbatterie in Wechselstrom umwandelt, hat ZF überarbeitet. Ergebnis auch hier: weniger Gewicht und Platzbedarf. Ab 2026 werden Teil der Antriebskonzepts auf dem Markt verfügbar sein.

Ein großer Wurft ist auch das Heiz- und Kühl-System: Es bündelt die Klimatisierung von Fahrgastraum und Antrieb in ein- und demselben System. Damit gelingt es ZF, Erwärmung bzw. Abkühlug zugleich für die Insassen eines Elektroautos ebenso wie für den Akku und den Antrieb bereitzustellen. Das zentrale Thermomanagementsystem "TherMaS" steuert mit intelligenter Software alles, was die Temperatur an Bord betrifft.

Die Aufgabe, alle drei Bereiche mit der gewünschten Heizung und Kühlung zu versorgen, übernimmt eine Wärmepumpe im Elektroauto. Sie läuft ebenfalls mit 800-Volt-Spannung, was die Reaktionsgeschwindigkeit und den Energieaufwand verringert. Die Klimamaschine bedient drei Kreisläufe: den wartungsfreien Kältemittelkreislauf, der als Kältemittel Propan nutzt. Obwohl nur die Hälfte des sonst üblichen Kältemittel-Volumens eingesetzt wird, soll die Kühlleistung sich laut ZF verdoppeln.

An dem zentralen Kühlkreislauf setzen zwei externe Wasser-Kreisläufe an. Einer für die relativ hohen Temperaturen der E-Maschine, der andere für die übrigen Aufgabenbereiche. Die Klimatisierung des Innenraums kann je nach Belieben über einen der beiden Wasserkreisläufe erfolgen. Das neue Design ist kompakt und einfach strukturiert, das erleichtert den Einbau. Dank TherMaS soll die Reichweite des Elektroautos im Winter um bis zu 30 Prozent höher sein, als bei konventionellen Anlagen.

Wie bei einem Orchester können die einzelnen Teile in ihrem Zusammenspiel nur so gut funktionieren, wie sie dirigiert werden. Der Dirigent ist beim Elektroauto die Steuerungssoftware. Auch hier hat ZF Hand angelegt: Der Zulieferer hat eine Antriebssoftware entwickelt, die alle Komponenten von EVbeat vernetzt und nach außen mit der ZF Cloud verbindet.

Die Antriebssoftware von ZF ist lernfähig: Sie entwickelt aus dem Verhalten des Fahrers ein Profil, so dass sich zukünftige Fahrdynamik prognostizieren lässt. Damit ist es dem Computerprogramm möglich, vorausschauend Antriebssysteme vorzubereiten, zum Beispiel vor einer Beschleunigung zu kühlen. Erkennt das System, dass der Wagen eine Kurzstreckenfahrt unternimmt, reduziert es dieKlimatisierung des Innenraums und die Systemkühlung und spart somit Energie.

Der ZF-Vorstandsvorsitzende Dr. Holger Klein vor dem Konzeptauto EVbeat, einem umgebauten Porsche Taycan, in dem die neue Technik gebündelt ist.

Bild: ZF

Auf dieser Grundlage kann das Assistenzsystem den Fahrerinnen und Fahrern auch Energiespartipps fürs Fahren geben. Damit lässt sich auch die voraussichtliche Reichweite vor Fahrtbeginn präzieren. Insbesondere bei Langstreckenfahrten im Elektroauto ist das für die Reiseplanung hilfreich, um Ladestopps voraus zu berechnen.