ZF hat eine Reihe von neuen Komponenten und Techniken entwickelt, die Elektroautos effizienter und leichter machen sollen. Im Mittelpunkt steht eine neue 800-Volt-Antriebsmaschine und ein stark verbessertes Thermomanagement. Dazu gibt es weitere, auch software-seitige Verbesserungen. Kombiniert wurden die neuen Komponenten in einem Demonstrationsfahrzeug auf Basis des Porsche Taycan. Den "EVbeat" getauften Prototypen hat ZF jetzt vorgestellt. Der ultrakompakte Elektroantrieb wiegt lediglich 74 Kilo und verfügt über ein neuartiges Planetenradgetriebe. Ein vergleichbarer Antrieb aus aktueller Serienfertigung wiegt laut ZF rund 40 Kilo mehr.
In das EVbeat-Konzeptfahrzeug ist außerdem das neue, von ZF entwickelte zentrale Thermomanagementsystem (TherMaS) für E-Fahrzeuge integriert. TherMaS ist mit einer zentralen Einheit für Kühlung und Heizung der gesamten thermischen Aufgaben für den Fahrgastraum, die Antriebsbatterie und den Motor zuständig. Gegenüber aktuellen Lösungen bringt auch dieses System eine kompaktere Bauweise und weniger Gewicht mit. Die mit Propan als Kältemittel arbeitende Wärmepumpe benötigt die Hälfte an Kältemittelvolumen im Vergleich zu aktuellen Lösungen, soll aber gleichzeitig die doppelte Kühlleistung gegenüber diesen erreichen. Dies soll speziell im Winter eine Erhöhung der elektrischen Reichweite um bis zu einem Drittel bringen, weil der Energiebedarf für die Heizung im Vergleich zu derzeitigen Elektroautos stark reduziert wird.
Ein Drittel mehr Reichweite
Zur Hardware im Einzelnen: Hier steht der neue E-Motor im Fokus, der sich durch eine besonders hohe Leistungsdichte auszeichnen soll. Die erreicht ZF durch zwei grundlegende Neuerungen: Mit der sogenannten Braided-Winding-Wicklungstechnologie gelingt es den Ingenieuren, den Bauraum um etwa zehn Prozent zu verkleinern. Weiterer Vorteil: So wird weniger Rohmaterial verbraucht. Zudem hat ZF ein neues Kühlkonzept entwickelt, bei dem Öl direkt die Kupferstäbe des Motors umfließt. Das soll die Leistungsdichte optimieren; dem Zulieferer zufolge kann eine so gekühlte E-Maschine dauerhaft 85 Prozent ihrer Spitzenleistung abrufen, und zwar bei gleichem Bauraum und Gewicht. Gleichzeitig verspricht ZF, dadurch weitgehend auf den Einsatz schwerer Seltener Erden verzichten zu können.
Neues Getriebe, bessere Leistungselektronik
Obendrein hat ZF ein neues E-Auto-Getriebe in der Pipeline. Dabei handelt es sich um ein sogenanntes koaxiales Reduziergetriebe, das zwei ineinander integrierte Planetengetriebe aufweist. Auch hier sinken Gewicht und Bauraum, ohne dass die Effizienz oder die Geräusch- sowie Vibrationsentwicklung leiden. Außerdem lässt sich mit dieser Bauweise leicht die vom Kunden – also dem Autohersteller – gewünschte Achsübersetzung sowie eine voll integrierte Differenzialfunktion realisieren.
Hinzu kommt die neue Leistungselektronik, die ZF "Discrete-Package-Technologie" nennt. Hier verfügt der Inverter über einzelne Leistungs-Halbleiterschalter; dieser modulare Aufbau führt zu einer einfachen Skalierbarkeit der Leistung. Wie viel Power ein E-Motor hat, wird hier also auf Chip-Ebene geregelt. Das bedeutet, dass weniger unterschiedliche Bauteile benötigt werden und die Leistung des E-Motors trotzdem zielgenau an die Wünsche des jeweiligen Autoherstellers angepasst werden kann.
Einzeln oder als Gesamtsystem
Speziell für Elektro-Pkw und -Nutzfahrzeuge mit Brennstoffzelle hat ZF neue Hochvolt-Konverter (DC-DC-Converter) entwickelt. Diese gleichen die niedrige Ausgangsspannung und den starken Spannungseinbruch bei Hochbelastung der Brennstoffzellen aus und sollen einen Wirkungsgrad von fast perfekten 99,6 Prozent erreichen.
Die neue Generation der ZF-E-Antriebe wird ab 2025 als Gesamtsystem am Markt verfügbar sein. Einzelne Komponenten, die Autohersteller in eigene Systeme und Plattformen integrieren können, will der Zulieferer aber bereits früher in Serie bringen.
Fazit
Mit dem Konzeptfahrzeug EVbeat zeigt ZF eine Reihe von Neuentwicklungen für Elektroautos vereint in einem Versuchsträger. Wichtigste Neuentwicklungen sind der ultrakompakte und effizientere E-Antrieb sowie ein neues Thermo-Management mit Wärmepumpe, das erheblich sparsamer arbeitet als aktuelle Technik und damit speziell im Winter die Reichweite drastisch erhöhen kann.
ZF scheint sich bereits mit seiner aktuellen Generation von Elektroantriebs-Technik gut am Markt etabliert zu haben: Die Friedrichshafener geben an, über einen Auftragsbestand für E-Antriebe im Volumen von 25 Milliarden Euro zu verfügen. Doch die Entwicklung schreitet rasend schnell voran: Die Autohersteller und deren Endkunden verlangen eine immer höherer Effizienz, noch mehr Leistung und verkürzte Ladezeiten. ZF sieht sich mit seinen weiterentwickelten Komponenten und seinem neuen Gesamtsystem gut gerüstet, die hohen Anforderungen erfüllen zu können.
