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E-Autos: schneller, weiter, effizienter

Die E-Mobilität ist die Zukunft. Dies zeigt ein Blick auf die Neuheiten der Autozulieferer. Die haben bereits einiges im Köcher, was unsere Elektroautos in Zukunft noch attraktiver machen wird.

Bereits seit 2019 baut Continental seine E-Achse in Serie (Foto: Continental)

Bereits seit 2019 baut Continental seine E-Achse in Serie (Foto: Continental)

Derzeit wächst die Zahl von Modellen mit einer Kombination aus Verbrenner- und Elektroantrieb rasant, auch Plug-in-Hybride oder PHEV genannt. Der Anteil am Verkaufskuchen dürfte in den kommenden Jahren noch weiter steigen, da auch ihre Attraktivität zunehmen dürfte. 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 SP und 450 Newtonmeter Drehmoment bereitstellen können. Außerdem sollen die elektrischen Reichweiten auf 100 Kilometer oder mehr steigen. Smart: Damit der künftige PHEV-Antrieb kompakter baut, 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 völlig neue Freiheitsgrade unter anderem 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 unter anderem dabei, Kosten zu sparen, da man mit der Bündelung der Komponenten auf viele Kabel und Stecker verzichten kann. Ob Kleinwagen, Kompakter, Sportwagen oder Nutzfahrzeug - E-Achsen lassen sich zudem in sehr vielen 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 außerdem noch Allradantrieb.

800-Volt-Architektur

Die meisten Antriebssysteme der am Markt verfügbaren batterieelektrischen Fahrzeuge werden mit 400 Volt Spannung betrieben. Künftig setzen zunehmend mehr Zulieferer parallel verstärkt auch auf 800-Volt-Systeme, die vornehmlich in performanten 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, an entsprechenden Ultra-Schnellladesäulen mit bis zu 350 kW Spitzenladeleistung die Batterie zu befüllen. Eine 80-%-Aufladung wird dann in einer Viertelstunde möglich sein.

Siliziumkarbid-Halbleiter
In modernen Autos werden in größerer Zahl Mikrochips verbaut. Auch in der Leistungselektronik von E-Autos, also der Schaltzentrale des A-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. Mit den SiC-Chips sollen sich weitere Energiesparpotenziale heben lassen. Bosch verspricht zudem Einsparpotenziale bei Gewicht und Kosten von E-Autos und außerdem 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 die Entwicklungsarbeit an neuen Getriebesystemen für konventionelle Verbrennerantriebe eingestellt und stattdessen ein 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, was es einem Autohersteller wiederum erlaubt, kleinere Batterien zu bauen. Statt wie bei E-Fahrzeugen mit Eingang-Getriebe, die entweder antrittsstark oder auch auf hohe Endgeschwindigkeit ausgelegt werden, kann dieser beides und das mit Motorleistungen bis 250 kW/340 PS. (SP-X)