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27.04.2015 | Automobil + Motoren | Nachricht | Onlineartikel

Continental Leistungselektronik wird kompakter und leistungsfähiger

Autor:
Katrin Pudenz

Ingenieure von Continental haben an der Schlüsselkomponente des Elektroantriebs getüftelt. So wurde die neue Generation der Leistungselektronik, die die Antriebsenergie von Hybrid- und Elektrofahrzeugen steuert, kompakter und leistungsfähiger. In Serie gehen soll sie im August 2015.

"Die momentan etwas gedämpfte Euphorie gegenüber der Elektromobilität ändert nichts daran, dass elektrifizierte Antriebe langfristig eine entscheidende Rolle im Automobilmarkt spielen werden. Denn mit reinen Verbrennungsmotoren wird es zunehmend schwieriger, die weltweit immer strengeren Richtlinien einzuhalten, die allein bis 2020 Reduzierungen von 20 bis 35 Prozent bei Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen erfordern", sagt Dr. Bernd Mahr, Leiter des Geschäftsbereichs Hybrid Electric Vehicle, der zur Continental-Division Powertrain gehört. "Bei den elektrifizierten Antrieben sehen wir in Zukunft eine starke Fokussierung auf zwei Marktbereiche: Zum einen auf Plug-in-Hybrid-Fahrzeuge, weil sie im täglichen Bedarf rein elektrisch gefahren werden können, zugleich aber Fahrten ohne Reichweiteneinschränkung ermöglichen. Zum anderen auf Fahrzeuge mit Hybridsystemen auf 48-V-Basis. Denn diese neue Technologie lässt sich mit wenig Aufwand in die Architektur konventionell angetriebener Fahrzeuge integrieren und führt zu deutlichen Kraftstoffeinsparungen - und das bei akzeptablen Kosten." Continental wird sein "48 Volt Eco Drive"-System bereits 2016 auf den Markt bringen.

Mit sechsfacher Leistungsfähigkeit und reduziertem Gewicht

"Neben der Funktionalität und Effizienz der Leistungselektronik sind der Platzbedarf und das Gewicht wichtige Kriterien für die Automobilhersteller. Deshalb arbeiten wir ständig daran, die Leistungsdichte unseres Systems - also das Verhältnis von Leistung und Größe - weiter zu erhöhen", erklärt Axel Weber, Leiter Entwicklung Leistungselektronik des Geschäftsbereichs Hybrid Electric Vehicle. "So hat die dritte Generation unserer Leistungselektronik die sechsfache Leistungsfähigkeit der ersten Generation. Das bedeutet, dass damit ein sechsmal so starker Motor betrieben werden kann. Zugleich wurde das Gewicht des Systems von ursprünglich rund 12 auf heute rund 8 Kilogramm reduziert." Die Kosten in Relation zur Leistung (Preis pro kW) seien ebenfalls deutlich gesunken, und auch die Entwicklungszeit habe sich verkürzt. Das Einsatzspektrum dagegen sei noch breiter geworden. "In Serie geht die neue Systemgeneration im Sommer in Plug-in-Hybriden. Sie ist aber auch in reinen Elektrofahrzeugen einsetzbar sowie in allen Fahrzeugsegmenten bis hin zu leistungsstarken Sportwagen", betont Weber. Und vom weiter gewachsenen Know-how in puncto E-Mobilität würden auch andere Continental-Systeme profitieren. "Unser 48-Volt-Eco-Drive basiert zum großen Teil auf Erfahrungen, die wir bei der Entwicklung der Leistungselektronik gesammelt haben. Und natürlich werden auch unsere jüngsten Erkenntnisse und Innovationen in die 48-V-Technik einfließen."

Schaltzentrale zwischen Elektromotor, Batterie und 12-Volt-Bordnetz

Die Leistungselektronik von Continental ist als modularer und skalierbarer Baukasten angelegt und kommt in einem breiten Fahrzeugspektrum zum Einsatz: vom Mildhybrid bis zum Elektroauto und vom Kleinwagen bis zur Luxuslimousine. Das System ist eine Schlüsselkomponente jedes elektrifizierten Antriebs, denn es versorgt sowohl den Elektromotor mit Strom als auch die Hochvoltbatterie - wenn der Elektromotor als Generator arbeitet und Strom in die Batterie einspeist (Rekuperation). Funktional sei die Leistungselektronik daher zwischen Hochvoltbatterie und E-Motor positioniert, unabhängig davon, wo das Steuergerät im Fahrzeug verbaut sei.

Die Batterie gibt die elektrische Energie als Gleichstrom ab, der Elektromotor benötigt aber einen Drei-Phasen-Wechselstrom. Die Leistungselektronik wandelt den Strom entsprechend um und leitet ihn in der jeweils erforderlichen Stromstärke und Frequenz an den Motor, der über diese Parameter gesteuert wird, erläutern die Continental-Experten. Erst die Leistungselektronik mache auch den umgekehrten Vorgang möglich: Bei der Rekuperation wandele sie den vom Elektromotor erzeugten Wechselstrom in Gleichstrom um und lade damit die Batterie. Darüber hinaus sei die Leistungselektronik für die Versorgung des 12-Volt-Bordnetzes der Hybrid- und Elektrofahrzeuge zuständig. Den Energieaustausch zwischen dem Hochvoltnetz (je nach System bis zu 450 Volt) und dem 12-Volt-Netz gewährleiste dabei ein Gleichstromwandler (DC/DC Konverter), der zugleich die herkömmliche Lichtmaschine überflüssig mache. Eine weitere Funktion der Leistungselektronik sei, dass sie das Rückwärtsfahren ermögliche, indem sie die Polung umkehre und damit die Drehrichtung des Elektromotors ändere. Als die beiden zentralen Komponenten der Leistungselektronik nennen die Spezialisten den Wechselrichter (Inverter) und den Gleichstromwandler. Der Wechselrichter des Unternehmens ermöglicht Angaben zufolge eine hohe Zyklenzahl und trägt maßgeblich zur Effizienz dieser Leistungselektronik bei. Ein hoher Wirkungsgrad zeichne auch den Gleichstromwandler aus, der die Spannung nahezu verlustfrei konvertiere. Eine weitere Besonderheit des Continental-Systems liege darin, dass beide Komponenten in ein Gehäuse integriert seien, was die Leistungselektronik kompakt mache.

Continental

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