Elektroautos: Neue Batterietechnik macht Stromer leichter

Elektroautos: Neue Batterietechnik macht Stromer leichter

von Wolfgang Kempkens

Autohersteller kämpfen um jedes Kilogramm bei E-Autos. Je leichter sie sind, je höher die Reichweite.

Bei Elektroautos zählt jedes Gramm, um die ohnehin geringe Reichweite zu vergrößern. Jetzt haben gleich zwei Forschungsgruppen für Erleichterung im Kilogramm-Maßstab gesorgt. In beiden Fällen geht es um den Wechselrichter. Das ist das elektrische Bauteil, das den Gleichstrom aus den Batterien in Wechsel- oder Drehstrom für den Antrieb umwandelt.

Siemens hat Motor und Wechselrichter in ein einziges Gehäuse gepackt. Forscher an den renommierten Oak Ridge National Laboratories im US-Bundesstaat Tennessee haben den Wechselrichter wiederum mit Hilfe von normalerweise nicht für diesen Zweck genutztem Halbleitermaterial und 3D-Druck verkleinert und so sein Gewicht reduziert.

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Kosten für Verkabelung entfallenSiemens hatte sich ein besonders kühnes Ziel gesetzt. Die Forscher des Elektro-Giganten integrierten die wärmeempfindliche Leistungselektronik in das Motorgehäuse, wohl wissend, dass die Lebensdauer von Halbleitern, die der Wärme des Antriebs ausgesetzt sind, drastisch sinkt. Sie lösten das Problem mit einem raffinierten Kühlsystem. Wasser umspült zunächst die empfindlichen Halbleiter, sodass deren Betriebstemperatur nicht zu stark steigt. Anschließend fließt es in den Kühlmantel des Motors. Zwischen Antrieb und Elektronik befindet sich also immer eine Wasserwand, die Wärmestrahlung verhindert.

Mit dieser Konstruktion gewinnen die Hersteller von Elektroautos rund sieben Liter Volumen, das beispielsweise für den Einbau des Ladegeräts genutzt werden kann. Außerdem entfallen die Kosten für die Verkabelung von Motor und Wechselrichter und die Montage wird einfacher und damit billiger. Das Interesse der Hersteller an dieser Innovation sei groß, heißt es bei Siemens. Details zu eventuellen Vorbestellungen gibt es aber nicht.

Die US-Forscher wiederum ersetzten die Silizium-Halbleiter durch eine Elektronik auf Siliziumkarbid-Basis, ein Material, das leistungsfähiger ist und höhere Temperaturen aushält. Um eine ausreichende Kühlung sicherzustellen, veränderten der Elektronikexperte Madhu Chinthavali und sein Team die Form des Gehäuses.

Um möglichst viele Varianten zu testen, stellten sie es mit Hilfe eines 3D-Druckers her, der Formen realisieren kann, die mit herkömmlichen Techniken wie Metallguss oder Fräsen nicht machbar sind. Außerdem druckten sie Teile des Wechselrichters sowie Kondensatoren, die sie ebenfalls ins Gehäuse packten. Diese Kondensatoren fungieren als Kurzzeit-Energiespeicher, die bei besonders hohem Strombedarf einspringen.

Die wichtigste Frage lassen aber beide Forscherguppen bisher unbeantwortet: Wie viel die Gewichtsersparnis am Ende an Reichweite bringt und wie viel Geld sie spart.

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