Turboladung fürs Elektrofahrzeug

Bosch-Vorstand Bernd Bohr warnt auf der IAA vor einem "E-Hype" und spricht davon, dass die Elektromobilität "noch in einem embryonalen Zustand" sei. Kein Wunder: Ein echter Durchbruch ist lange noch nicht abzusehen – bei den hohen Preisen, die ein Elektroauto bisher kostet, und der eingeschränkten Reichweite des batteriegespeisten Antriebs. Selbst mit neuesten Lithium-Ionen-Akkus kommen die meisten Elektrofahrzeuge pro Batterieladung derzeit höchstens 120 bis 150 Kilometer weit.

Diese Werte erreicht ein Fahrzeug aber auch nur unter Idealbedingungen. Heizung, Klimaanlage und Infotainment-Komponenten, die am Akku zapfen, schränken die Kilometerleistung zusätzlich ein. Auf Batterien mit wesentlich höherer Speicherkapazität wird die Industrie voraussichtlich noch bis weit ins nächste Jahrzehnt hinein warten müssen. Also versuchen die Hersteller auf andere Art, die Energieausbeute der Fahrzeuge zu verbessern und so den Aktionsradius der Stromer zu vergrößern.

Renault hat zwei bereits bekannte Serien-Stromer zur IAA gebracht, den Kangoo Z.E. und den Fluence Z.E. Doch der Elektromotor, der sich unter der Haube befindet, unterscheidet sich von denen, die derzeit verwendet werden. Bislang nutzen nahezu alle Hersteller sogenannte permanenterregte Synchronmotoren für ihre Elektro- und Hybridfahrzeuge. Bei diesen arbeitet das Antriebselement mit integrierten, hochwertigen und Dauermagneten. In den beiden Renault-Modellen steckt hingegen ein fremderregter Synchronmotor, von Continental entwickelt. Bei ihnen erfolgt die Magnetisierung des Rotors, der elektrische Energie in Bewegungsenergie umwandelt, durch Stromzufuhr von außen.

Das fremderregte Aggregat sei effizienter und könne die Reichweite von Elektrofahrzeugen erhöhen, behaupten die Conti-Ingenieure. Der technische Grund: Anders als beim Permanentmagneten kann hier die Stärke der Magnetisierung gesteuert werden. Je nach Fahrerwunsch kann das Steuergerät das erforderliche Drehmoment vorgeben und so Energiefluss und Fahrverhalten regeln.

Wie sehr das Elektro-Aggregat die Reichweite des Stromautos steigern kann, hänge im Wesentlichen vom jeweiligen Fahrprofil ab, so die Conti-Entwickler. Bei Start-Stopp-Fahrten biete der fremderregte Motor weniger Vorteile als bei Fahrten mit konstanter Geschwindigkeit. Der innovative Motor soll demnächst erstmals in hohen Stückzahlen für den Serieneinsatz gefertigt werden.

Schwungrad für mehr Reichweite

Derweil hat sich Enstor Technologies auf eine effiziente Art der Bremsenergie-Rückgewinnung konzentriert: Ein Schwungradspeicher soll die Leistung von Hybrid- und batteriegestützten Elektroantrieben steigern. Das neue Produkt des Augsburger Zulieferers besteht aus einem Schwungrad, einem Elektromotor, der dazugehörigen Leistungselektronik und einer integrierten Steuerung. Bremst das Fahrzeug, wird die Schwungmasse hochgedreht und so Rotationsenergie gespeichert. Sobald der Wagen wieder beschleunigt wird, führt der Rekuperator die gepufferte Energie auf den Antriebsstrang zurück.

So steigert der Schwungradspeicher die Fahrdynamik und reduziert gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch. Der Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeugs benötige so 20 Prozent weniger Kraftstoff, sagt der Forschungschef von Enstor Technologies, Djordje Zagorac. Ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug erhöhe damit die Reichweite um rund 25 Prozent. Porsche hat die Technologie schon erfolgreich auf dem Nürburgring in seinem 911 GT3 R Hybrid 2.0 getestet. Enstor hofft auf den Einsatz in Großserien.

Kühlung mit Kohlendioxid

Um die Optimierung des Wärmemanagements in Autos geht es am Stand des Bad Homburger Zulieferers Ixetic. "Nach Untersuchungen des TÜV verringert sich die Reichweite eines Elektroautos um etwa 50 Prozent, wenn es im Winter bei minus sieben Grad Celsius gefahren wird und die Heizung läuft", sagt Willi Parsch, Entwicklungsleiter bei Ixetic. "Deshalb haben wir ein batterieschonendes Heiz-Kühl-Modul entwickelt." Das kaum zehn Kilogramm schwere Teil übernimmt die gesamte Thermo-Steuerung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs – die Kühlung des Elektromotors und der Lithium-Ionen-Batterie ebenso wie die Klimatisierung der Fahrgastzelle.

Das Heiz-Kühl-Modul, Herzstück des Temperaturmanagers, funktioniert nach dem Prinzip einer Wärmepumpe, mit Kohlendioxid als Kältemittel. Das System sei serienreif und lasse sich schon heute in jedes Großserienfahrzeug integrieren, betont Parsch. Die Wirksamkeit sei kürzlich in einem Mitsubishi i-MiEV nachgewiesen worden. Demnach büßte das Elektroauto im Winterszenario bei minus 7 Grad lediglich 18 Kilometer seiner maximalen Reichweite ein – ohne den Thermomanager wäre der Akku schon nach 60 Kilometern leer gewesen.

Ein umfassenderes Konzept für eine höhere Reichweite zeigen Daimler und BASF in ihrer gemeinsam entwickelten Studie Smart Forvision. Leichtbauweise und Thermo-Management sollen in dem Elektrofahrzeug dafür sorgen, dass die mit einer Akkuladung fahrbare Strecke sich um bis zu 20 Prozent verlängert. Mit aktueller Akkutechnik wären damit fast 150 Kilometer Reichweite möglich.

Hightech-Materialien verringern das Fahrzeuggewicht den Entwicklern zufolge um 120 bis 150 Kilogramm, vor allem bei der Tridion-Sicherheitszelle. Felgen aus Kunststoff und besonders leichte Sitzschalen im Inneren reduzieren das Gewicht weiter. Besonders stolz sind die Entwicklungsteams von Smart und BASF auf das Thermomanagement. Dazu zählt eine neuartige metallfreie Folie im doppellagigen Glas der Scheiben. Sie reflektiert Infrarot-Strahlung und lässt somit Hitze draußen. Zudem trägt das Entwicklungsfahrzeug einen besonders hitzeabweisenden Lack.

Zusätzliche Energie erhält der Wagen aus organischen Photovoltaik-Zellen, die ins Sandwichdach eingelassen sind. Der Strom aus dem Solardach dient unter anderem zum Betrieb von drei Ventilatoren, die im Inneren des Wagens die Klimaanlage unterstützen. Steht das Fahrzeug in der prallen Sonne, wird die Lüftung mithilfe der Photovoltaik dauerhaft betrieben und das Auto laufend gekühlt. Wann welche der Innovationen in Serie gehen sollen, hat Daimler allerdings nicht verraten.