Speed4E

Hyper-Hochdrehzahl für den elektrifizierten automobilen Antriebsstrang zur Erzielung maximaler Reichweiten

 

Speed4E ist das Folgevorhaben des erfolgreich abgeschlossenen Forschungsprojekts Speed2E.
Das Gesamtziel von Speed2E war Entwicklung, Optimierung und Aufbau eines Hochdrehzahl-Antriebsstrangs sowie dessen Untersuchung für die Anwendung in elektrifizierten Automobilen. Eine Steigerung der Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine bietet das Potenzial, die Leistungsdichte
der E-Maschine (EM) und die Gesamteffizienz des Fahrzeugs erheblich zu steigern.
Heutige Serien-Elektrofahrzeuge werden durch Elektro-Maschinen mit maximaler Drehzahl im Bereich von ca. 10.000 min-1 bis ca. 15.000 min-1 angetrieben. Durch die Steigerung der Motordrehzahl auf 30.000min-1 gegenüber dem heutigen Standard konnten das Motorvolumen und die Motormasse sowie die Motorkosten um ca. 30% gesenkt und somit Leistungsdichte, Effizienz und Wirtschaftlichkeit elektrifizierter automobiler Antriebsstränge deutlich gesteigert werden.
Die Projektziele für Speed2E wurden erreicht: Beide Teilantriebsstränge wurden mit 30.000 min-1 betrieben, Zyklusfahrten konnten durchgeführt werden.

 

 

Abbildung 1: Der Speed2E Antriebsstrang

 

Nun sollen höhere Drehzahlbereiche erzielt und erforscht werden. Insbesondere ist es bei dem Verbundprojekt Speed4E angedacht, eine Peak-Antriebsdrehzahl von bis zu 50.000 min-1 zu realisieren, wobei die Drehzahl der E-Maschine bei Dauerbetrieb bei ca. 30.000 min-1 angestrebt wird. Schon im Rahmen des Projekt Speed2E mussten besondere Maßnahmen umgesetzt werden, um den Wirkungsgrad sowie das dynamische und akustische Verhalten des Getriebes bei bis zu 30.000 min-1 anforderungsgerecht zu optimieren.


Um das Ziel einer Hyper-Hochdrehzahl zu erreichen sind besondere Herausforderungen zu bewältigen:

  • Identifizierung eines geeigneten Dichtkonzepts, da Stand-der-Technik-Lösungen bei solchen Drehzahlen nicht verwendbar sind
  • Auslegung der Lager und deren Funktionalität mit dem Schmierstoff
  • Verluste in den Halbleitern der Leistungselektronik und in der Luftströmung
  • Durchfahren von einer erhöhten Anzahl an Resonanzfrequenzen der Zahnradstufen
  • Generierung eines hochintegrierten und skalierbaren Antriebsstrangs
  • Gestaltung eines hoch effizienten Schmierstoffs und eines integrierten Thermomanagement-Systems
  • Entwicklung eines innovativen Getriebemanagements mit entsprechenden Regelungsstrategien
  • Umsetzung, Einbau und praktische Erprobung in einem Fahrzeug

Die Projektziele der Entwicklung und Erprobung des Hyper-Hochdrehzahl Antriebsstrangs sind insbesondere:

  • Dank der Hyper-Hochdrehzahl soll ein neuer, maßgeblicher Beitrag zu Reichweitenerhöhung und Reduzierung des Energiebedarfs geleistet werden. Eine aussagekräftige Validierung der Ergebnisse ist dank der Umsetzung in einem in Serie verwendeten Demonstratorfahrzeug möglich.
  • Neben Wirkungsgradverbesserung und -optimierung sollen intelligente Betriebsstrategien am Gesamtsystem entwickelt werden, die die Synergien eines hochintegrierten Ansatzes effizient nutzen.
  • Gestaltung eines Leichtbau-Antriebsstrangs zur weiteren Optimierung des Gesamtwirkungsgrad
  • Erstmalige Fahrzeugintegration und -erprobung eines Hyper-Hochdrehzahl Antriebsstrangs
  • Konzipierung eines innovativen Fluides zur gemeinsamen Schmierung und Kühlung aller Komponenten und Aufbau eines intelligenten Thermomanagement-Systems.
  • Erzielung eines hochintegrierten und skalierbaren Antriebsstrangs