OEM&Lieferant Ausgabe 2/2021

38 Entwickler müssen das gesamte System verstehen Für die Auslegung eines elektrischen An- triebsstrangs sind verschiedene Parameter wie Beschleunigung, Höchstgeschwindig- keit und maximale Steigung sowie Rad- durchmesser und Fahrzeugmasse zu berücksichtigen, um das erforderliche Rad- drehmoment und die höchste Drehzahl zu bestimmen. Dabei ist es wichtig, sowohl die einzelnen Komponenten des Antriebs- strangs als auch das gesamte Fahrzeug- system zu betrachten. Außerdem muss die Antriebslösung auch spezifische An- forderungen erfüllen, z. B. die Norm für funk- tionale Sicherheit ISO26262. Elektrofahrzeuge von zwei verschiedenen Motortypen angetrieben Für ihre elektrischen Antriebsstränge nut- zen Automobilhersteller vor allem zwei Motortypen: einen synchronen Elektro- motor mit innenliegenden Permanent- magneten (IPM) oder eine asynchrone In- duktionsmaschine (IM) (Abbildung 1). Auf der einen Seite weist der IPM eine höhere Drehmomentdichte auf, die bei Stadtfahrten mit niedrigen Geschwindigkeiten vorteilhaft ist. Die IM dagegen eignet sich am besten für Fahrten auf der Autobahn bei höheren Geschwindigkeiten und mit geringem Dreh- moment, da die Induktionsmaschine bei die- sen Bedingungen einen besseren Wirkungs- grad bietet. Es gibt erhebliche Unterschiede im System- verhalten. Daher beeinflusst die Wahl des Motortyps auch die funktionale Sicher- heit. Der Einsatz eines IPM könnte zu kriti- schen Fahrbedingungen führen, bei denen ein Bremsmoment auf die Räder einwirkt. Denn die Magnete erzeugen permanenten Kraftfluss. Ist die Statorspannung höher als die Batteriespannung, wird der Motor zu einem ungeregelten Generator, wenn die Leistungsstufenschalter des Inverters bei hoher Drehzahl ausgeschaltet werden. Kommt ein rotierender IM zum Einsatz, können alle Leistungsstufenschalter des Inverters bei einem Fehler abgeschaltet werden. Es gibt weder magnetischen Fluss noch Drehmomenterzeugung, und die in die Statorwicklungen induzierte Spannung ist gering. Das bedeutet, der Inverter muss für den Betrieb mit den beiden Motorentypen unter- schiedlich ausgelegt sein, um die Anfor- derungen an die funktionale Sicherheit zu erfüllen. Bei IPM-Maschinen ist es üblich, mit einer Active Short Circuit (ASC)-Option zu arbeiten. Bei aktivierter ASC wird die In- verter-Leistungsstufe dazu verwendet, die Motorklemmen kurzzuschließen und auf diese Weise spannungsbedingte Gefahren zu verringern sowie eine Rückspeisung in die Batterie zu verhindern. Dabei ist es wich- tig sicherzustellen, dass der Spitzenkurz- schlussstrom bei ASC die Motormagnete oder den Inverter nicht beschädigt und das auf die Räder wirkende Bremsmoment aus- reichend klein ist. Drahtwicklungen spielen ebenfalls eine wichtige Rolle Runddrahtwicklungen sind die preiswertere Option, aber sie nutzen die verfügbare Nut- fläche des Stators nicht vollständig aus und weisen schlechte thermische Eigenschaften auf. Rechteckiger Draht hat dagegen ein besseres thermisches Verhalten, und er nutzt die Nutfläche richtig aus. Daher sind Rechteckdrahtwicklungen die beste Wahl für einen leistungsstarken Elektromotor. BorgWarner verwendet diesen Wicklungs- typ seit über 15 Jahren in seinen Motoren, in Elektromobilität Entwicklung von Elektrofahrzeugen Von Steven Stover, Senior Manager Product Strategy, BorgWarner in Noblesville, IN (USA) und David Fulton, Director of Electric Drive Innovation, BorgWarner in Noblesville, IN (USA) Um effiziente Elektrofahrzeuge zu konstruieren, benötigen OEMs innovative Antriebslösungen und hocheffiziente Komponenten. BorgWarner kann Automobilherstellern Gesamtlösungen aber auch maßgeschneiderteModule und einzelne Komponenten liefern. Dieses breite Angebot stützt sich auf umfangreiches Wissen und viel Erfahrung mit verschiedenen Antriebstechnologien sowie auf strategische Akquisitionen insbesondere im Bereich elektrische Antriebe. Grafiken: © BorgWarner Abbildung 1: Querschnitt eines IPM und IM