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Elektromobilität

Motorintegrierte Leistungselektronik senkt Kosten bei Elektrofahrzeugen

| Redakteur: Stefanie Michel

Schematische Darstellung einer elektrischen Antriebsmaschine mit mechatronisch hochintegrierten Leistungselektronikmodulen.
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Schematische Darstellung einer elektrischen Antriebsmaschine mit mechatronisch hochintegrierten Leistungselektronikmodulen. (Bild: Richter/ZF Friedrichshafen)

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Für eine breite Marktdurchdringung müssen Elektrofahrzeuge leistungsfähig und kostengünstig sein. Ein Forschungsprojekt untersucht, wie dies durch Hochintegration der Leistungselektronik auf der elektrischen Antriebsmaschine erreicht werden kann. Das hat Vorteile: der Wirkungsgrad und die Leistungsdichte steigen durch die räumliche Nähe von Motor und Elektronik, die Systemkosten sinken.

Für eine breite Marktdurchdringung müssen Elektrofahrzeuge leistungsfähig und kostengünstig sein. Im Forschungsprojekt Emile wird untersucht, wie dies durch Hochintegration der notwendigen Leistungselektronik direkt auf der elektrischen Antriebsmaschine erreicht werden kann. Neben einer Steigerung von Wirkungsgrad und Leistungsdichte ergeben sich durch die räumliche Nähe von Motor und Elektronik auch Vorteile bei der Serienproduktion sowie eine deutliche Senkung der Systemkosten.

Leistungselektronik in separaten Modul benötigt eigenen Bauraum

Klassisch befindet sich in Elektrofahrzeugen die Leistungselektronik für den Antriebsumrichter in einem separaten Modul, das über Kabel mit der elektrischen Antriebsmaschine verbunden ist. Diese Lösung benötigt eigenen Bauraum für die Elektronik, zudem verursachen die Kabel Kosten, Gewicht und Störanfälligkeit. Daher gibt es bereits Lösungen, bei denen die Elektronik an den Motorblock angebaut ist.

Im Projekt „Elektro-Motor integrierte Leistungs-Elektronik“ (Emile) geht das Partnerkonsortium unter Leitung der ZF Friedrichshafen AG noch einen Schritt weiter und platziert die Leistungselektronik mit großer Integrationstiefe direkt in der Antriebsmaschine. Die Industriepartner Aix-Control GmbH, Infineon Technologies AG, Lenze SE, Robert Bosch GmbH, Siemens AG, TDK-EPC Corporation und Volkswagen AG entwickeln zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB und dem Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) der RWTH Aachen die dafür nötigen Technologien.

Motorintegrierte Umrichterkonzepte weisen signifikante Vorteile auf

Durch die Nähe der Elektronik zum Wirkort besitzen angebaute bzw. motorintegrierte Umrichterkonzepte gegenüber separaten Einzelsystemen signifikante Vorteile hinsichtlich der Anzahl der benötigten Schnittstellen, des Bauraums, des Gewicht und der Gesamtkosten. Beispielsweise können mit der direkten Kontaktierung der AC-Phasenkabel im Umrichter die Kabel- und Steckverbindungen minimiert werden. Außerdem wird durch den Wegfall der AC-belasteten Motorkabel im Fahrzeug auch eine potentielle EMV-Störquelle vermieden und ein gemeinsamer Kühlmantel für Antriebsmaschine und Leistungselektronik reduziert die Kühlperipherie auf ein Minimum.

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