Vom Ökomobil zur Stromschnelle
Technik Kühlung ist ein Thema, und Leistung allein reicht auch nicht: Wie Ingenieure aus einem Elektroauto einen echten Sportwagen machen
Pfeifende Turbolader oder röchelnde V8-motoren: Leistungsstarke Motoren fallen meist durch einen ganz besonderen Sound auf. Künftig muss das nicht mehr sein. Bei starken Elektromotoren ändert sich der Sound kaum - dafür der Vortrieb. Wie ticken die sportlichen Stromer und was sagen Entwickler?
Nach Meinung von Experten arbeitet ein Elektromotor grundsätzlich sehr dynamisch, bietet die volle Leistung ab Leerlaufdrehzahl. Die Leistung hängt in der Regel mit der Größe des Motors und mit der Drehzahl zusammen. Die jedoch kann nicht ohne Weiteres erhöht werden, weil sonst andere Bauteile in Mitleidenschaft gezogen werden. Heutige Antriebe liegen schon bei Drehzahlen von 18 000 Umdrehungen pro Minute und mehr. Darüber hinaus wird es komplex.
Professor Martin Doppelbauer sieht die Hauptunterschiede bei besonders sportlichen Elektrofahrzeugen neben der höheren Leistung des E-motors in der Kühlung. Für mehr Leistung benötigen die Antriebe ein leistungsfähiges Kühlsystem, das auch bei hohem Dauerbetrieb Motor und Batterie ausreichend kühlt und nicht nur bei kurzen Leistungsspitzen wie beim Beschleunigen. „Anders als bei Verbrennungsmotoren, wo die Wärme größtenteils als Abgas durch den Auspuff entweicht, kann ein E-motor die entstehende Arbeitswärme nur bedingt abgeben“, erklärt der Professor für Hybridelektrische Fahrzeuge (HEV) am Karlsruher Institut für Technologie (KIT).
Einige Hersteller nutzen daher spezielle Kühlsysteme, um beim E-motor die Arbeitstemperatur niedrig zu halten, häufig mit einem Wasser-glykol-gemisch rundherum, oder mit Öl innerhalb der E-maschine. Neben dem Motor müssten auch die Batterien und die Leistungselektronik an die höhere Leistung angepasst werden, so Professor Doppelbauer. „Die Kühlung der Bauteile ist aber nicht nur bei höherer Leistung wichtig. Eine gute Kühlung verbessert generell die Leistungsfähigkeit des Antriebs“, erklärt er.
Wenn diese Maßnahmen ausgeschöpft sind, bleibt nur noch die Vergrößerung des Motorvolumens.
Für sportliche Fahrzeuge mit einer hohen Stromabgabe, also einem höheren Stromverbrauch, sei auch eine schnelle Ladeleistung sinnvoll. Systeme mit 800 Volt möglicher Spannung laden an einer Schnellladesäule mit 150 oder bis 350 kw deutlich schneller als welche mit 400 Volt.
Bei der Elektro-modellfamilie ID legt Volkswagen den Entwicklungsschwerpunkt auf Agilität, Fahrspaß und Alltagstauglichkeit. Vergleichbar mit den Gti-modellen bei den Autos mit Verbrenner gibt es aber auch sportliche Gtx-modelle mit mehr Leistung.
Doch statt nur dem Motor mehr Power zu verpassen, geht VW einen anderen Weg: „Beim ID.4 mit seiner E-maschine an der Hinterachse erhöht eine weitere E-maschine an der Vorderachse die Leistung“, sagt Kai Philipp, Projektleiter E-antriebe bei VW.
Die Leistung der beiden Motoren addiert sich auf rund 300 PS. „In den meisten Fahrsituationen arbeitet der Heckmotor, der kompakte Frontmotor schaltet sich je nach Bedarf zu“, sagt Kai Philipp. Der vordere kleinere E-motor setzt zusätzlich auf eine interne Ölkühlung. „Wegen der kompakten Maße und den erzielten Spitzenleistungen können wir den Motor damit besser kühlen“, so Philipp. Passend dazu optimierten die Ingenieure Fahrwerk und Bremsleistung.
Die größte Herausforderung beim GTX liege nicht in der Leistungssteigerung, sondern in der Abstimmung der Steuerungssoftware. Sie sorge laut Philipp für die Zusammenarbeit beider Antriebe und damit für Agilität, Fahrleistung und Effizienz. Der elektronische Fahrdynamikmanager überwacht zudem alle Bewegungen des Fahrzeugs und reguliert automatisch die Systeme.
Doch auch bei Hybrid-systemen, also einer Kombination von Verbrennungsmotor und Elektroantrieb, schreitet die Entwicklung voran. Mercedes-amg entwickelte in den vergangenen Jahren ein Hybridsystem, das weniger auf Reichweite ausgelegt ist, dafür mehr auf Leistung. „Nur mit einem Software-update lässt sich die Leistung nicht steigern, daher haben wir neue Komponenten entwickelt“, erklärt Jochen Herrmann als technischer Geschäftsführer von Mercedesamg.
Dabei sitzt der Verbrenner vorne und der E-antrieb an der Hinterachse. Neben der besseren Gewichtsverteilung erhöht das die Fahrdynamik, bietet einen Allradantrieb und gibt die benötigte Leistung spontan ab. Je nach Fahrsituation leitet die 150 kw/204 PS starke E-maschine die Kraft auch an die Vorderachse. Zusätzlich teilt das elektronisch gesteuerte Hinterachssperrdifferenzial jedem Hinterrad das optimale Drehmoment zu. Ab Leerlaufdrehzahl schiebt die E-maschine den AMG über die Hinterachse an, unterstützt dann den jeweiligen Verbrenner.
Die Batterie des Systems besitzt mit 6,1 kwh Kapazität und 70 kw Dauerleistung sowie 150 kw Spitzenleistung die doppelte Leistungsdichte im Vergleich zu herkömmlichen Akkus.
Zur Leistungssteigerung entwickelte auch Lamborghini spezielle Kondensatoren, sogenannte Supercaps, die elektrische Energie schnell aufnehmen und wieder abgeben können. Im Supersportwagen Sián unterstützt eine E-maschine mit 25 kw/34 PS den 6,5-Liter-v12 mit 577 kw/785 PS. Damit beschleunigt das Coupé in 2,8 Sekunden auf 100 km/h. Fabian Hoberg, dpa