Elektroauto getriebelos und energieeffizient neu formuliert

Mit ‚zu‘ beginnen alle grundsätzlichen Probleme der elektrischen Mobilität: zu geringe Reichweite, zu hohes Gewicht des Fahrzeugs, zu wenig Energie in der Batterie und zu lange Ladezeit. Das 2015 gegründete Unternehmen High Torque Drive Systems schickt sich nun an, alle diese Probleme zu lösen. Mittels einem getriebelosen Direktantrieb möchten die Gründungsmitglieder 450 bis 800 km Reichweite, ein tieferes Fahrzeug-Gewicht, möglichst wenig Leistung und eine flächendeckende Schnell-Ladetechnik bis 2020 in Form einer Serienlösung mit Einzelradantrieb umsetzen und damit den Elektroantrieb neu formulieren.

Drehmoment statt Drehzahl

PS oder kW sind nicht die Messgrößen von HTDS in der elektrischen Mobilität. Die Leistung nimmt mit steigender Geschwindigkeit exponential zu. Dass eine hohe Leistungsabfrage zur schnellen Entladung der Batterie führt, belegen aktuelle elektrische Antriebssysteme mit ihren kurzen Reichweiten. Elektroautos müssen aber mit hoher Effizienz eine möglichst hohe Reichweite haben. Dafür bedarf es neuer Werte und vor allem eines Umdenkens. Die Schwachstelle beim Elektroauto ist der eingeschränkte Aktionsradius, verbunden mit einer langen Ladezeit der Batterie. Es gibt viele Konzepte, diese Nachteile zu verringern. Aber kein System hat dieses bisher vollständig erreicht.

Gewicht, Funktionalität und Effizienz verbessern

Ein Punkt, um diesen Nachteil zu begegnen ist, das Gewicht zu reduzieren. Mit einer kompakten Bauform vergrößert sich der nutzbare Raum im Auto. Mittels hoher Systemintegration sollen die Anzahl der Bauteile markant reduziert werden. Schließlich soll die nötige Flexibilität durch Front- oder Heckantrieb bzw. als 4 x 4 ohne Kardanwelle oder Achse / Differenzialausführung erreicht werden. Jede Steckdose muss zur Tankstelle werden. Mit dem Synchron Direct Drive lassen sich ABS und ESP bis hin zu Selbstfahrfunktionen integrieren sowie automatische Ausweichmanöver realisieren. Der Fahrspaß kommt nicht zu kurz, denn der Antrieb habe ein überwältigendes Anfahr-Drehmoment.

Durch den Direktantrieb pro Rad gehören die Verluste durch ein Getriebe der Vergangenheit an. Der Fahrsituation angepasster Leistungsbedarf führt zur Reichweitenoptimierung. Dank Rekuperation wird die Verzögerungsenergie des Synchronmotors konsequent zurückgespeist. Für eine noch höhere Reichweite soll der Antrieb mit Brennstoffzelle oder Range Extender kombinierbar sein.

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Viel Leistung im Betrieb bedeutet hohen Strombedarf. Damit wird die Batterie rasch entladen und die Reichweite nimmt mit hoher Geschwindigkeit rasant ab. Die Antriebe von HTDS laufen extrem sparsam. Im Leerlauf zieht der Motor inklusive Steuerung nur sehr wenig Strom. Es werden Werte erreicht, die mit einem Getriebemotor durch die höhere Reibung im System nicht erreicht werden können. Wirkt eine Last auf den HTDS-Antrieb, erhöht sich der Stromverbrauch proportional. Damit wird nur Energie verbraucht, wenn der Motor belastet wird.

Hohe Polzahl als Grundlage für maximales Anfahrdrehmoment

Zu den bekannten Nachteilen des Elektroantriebs gehören die Getriebe, Geräusche, eine hohe Massenträgheit, Reibungsverluste bis hin zu mechanischen Schäden durch Überlast. Jede Getriebestufe reduziert mechanisch den Wirkungsgrad. Die Hochleistungsmotoren „HTDS-extreme“ basieren auf einer hochpoligen Synchron-Maschine. Eine hohe Pol-Anzahl ergibt ein hohes Anfahr-Drehmoment und eine niedrige Nenndrehzahl. Diese Eigenschaften sind die Voraussetzung für den effizienten Direct Drive.

Die Grundlagen und die Vorteile für Motoren mit transversaler Flussführung kennt die Fachwelt seit vielen Jahren. Universitäten und Antriebsspezialisten sind seit langem von dieser Motorenart begeistert. So wurde bereits 2009 das Grundkonzept dieses Motors von der Fachjury des Network of Automotive Excellence (NoAE) als Antriebssystem der Zukunft ausgezeichnet. Bis heute war jedoch die industrielle Umsetzung das Hauptproblem. High Torque Drive Systems hat sich intensiv mit der Fertigungstechnologie und dem Aufbau des hochpoligen Motors auseinandergesetzt und hat nun eine Lösung für die serienfähige Fertigung gefunden.

Das hohe Anlaufmoment wird bei niedrigen Drehzahlen erzeugt. Die benötigte Batterie-Leistung zum Anfahren ist also klein. Die hohe Wirtschaftlichkeit des Fahrzeugbetriebes steht mit dem Antriebssystem HTDS im Vordergrund. Als Direktantrieb setzt das High Torque Drive System neue Maßstäbe für eine alltagstaugliche und saubere Mobilität.

Weniger Gewicht für höhere Reichweite

Das HTDS-Antriebskonzept verzichtet auf Verbrennungsmotoren, Achsen, Getriebe, Kupplung und Differenzial. Der gewonnene Platz kann damit für die Fahrgastzelle oder den Laderaum genutzt werden. Die Fahrzeuge werden kompakter, kleiner und damit leichter, ohne dass Komfort oder Sicherheit eingeschränkt werden. Das Antriebskonzept leistet damit einen wesentlichen Beitrag zu einer Hauptanforderung für elektrische Fahrzeuge: Weniger Gewicht für eine höhere Reichweite.

Ein weiterer Vorteil des getriebelosen Einzelrad-Antriebs ist der synchrone Lauf. Damit können selbstfahrende Funktionen implementiert werden. Durch präzise Ansteuerung des Direktantriebs über die integrierte Sensorik lassen sich mit aktiven Steuerbewegungen neue Sicherheits-Funktionen wie Ausweichmanöver, Parkvorgänge, Spurhaltefunktionen bis hin zum selbstfahrenden Auto neue Sicherheits-Funktionen verwirklichen. Vorteile wie die Integration von ABS und ESP in der Motorsteuerung oder ein kleineres Bremssystem auf Grund der vorhandenen Motorbremse sind weitere Bausteine für ein kostengünstiges Fahr-System der Zukunft.

Statement auf den Fachpressetagen 2016