Original-URL des Artikels: https://www.golem.de/news/volabo-mit-niedrigspannung-in-die-elektromobile-zukunft-1910-144374.html    Veröffentlicht: 11.10.2019 12:00    Kurz-URL: https://glm.io/144374

Volabo

Mit Niedrigspannung in die elektromobile Zukunft

Während Porsche bei seinem ersten Elektroauto auf 800 Volt setzt, hat Volabo einen anderen Ansatz: Das Antriebssystem der Münchener Firma nutzt nur 48 Volt. Das macht es sicherer. Durch seine neuartige Bauart soll es auch günstiger zu produzieren sein. Es hat aber einen offensichtlichen Nachteil.

Volabo - ich werde fliegen - heißt ein junges Unternehmen aus München, das einen neuartigen Elektroantrieb entwickelt hat. Für die Luftfahrt ist der Intelligent Stator Cage Drive, kurz Iscad, dennoch nicht gedacht. Er soll Elektroautos effizienter und günstiger machen.

Die Idee zum Motor entstand 2014 an der Bundeswehruniversität in München. Sie stammt von Gurakuq Dajaku, zum Prototyp entwickelten sie Adrian Patzak und Florian Bachheibl, als sie an der Bundeswehruni als wissenschaftliche Mitarbeiter arbeiteten. Ihr Motor nutzt eine Spannung von nur 48 Volt, was den Umgang für Mechaniker damit harmlos macht. Premiumhersteller wie Audi, Mercedes oder Porsche setzen Hochvoltsysteme ein, weil die sich schnell laden lassen.

Vor allem aber hat der Iscad, für den die Entwickler bereits ausgezeichnet wurden, einen ganz anderen Aufbau als die herkömmlich eingesetzten Elektromotoren. Letztere benötigen Spulen aus Kupferdraht, Volabo ersetzt die Spulen durch einen Käfig aus Aluminiumstäben, die einfach in Halterungen geschoben werden. Die Herstellung der Spulen ist vergleichsweise aufwendig - sie macht etwa 40 Prozent der Produktionskosten aus.

Auch kommt der Volabo-Motor ohne einen Permanentmagneten aus, in dem meist die Metalle der Seltenen Erden Neodym und Dysprosium verwendet werden. "Wir haben so die Möglichkeit, einen sehr soliden Motor nur aus Aluminium und Eisen aufzubauen. Das sind Materialien, die günstig und überall hochverfügbar sind", sagt Patzak im Gespräch mit Golem.de.

Das Konzept der Münchener vereinfacht aber nicht nur die Montage, sondern ermöglicht zudem mehr Freiheitsgrade für den Antrieb. Denn bei einem herkömmlichen Elektromotor mit Kupferspulen ist die Zahl der Polpaare festgelegt. Beim Iscad hingegen können die Stäbe einzeln angesteuert und dadurch die Zahl der Pole variiert werden.

Mit der Zahl der Polpaare ändert sich auch die Charakteristik des Motors. "Das kann man sich im Grunde vorstellen wie drei unterschiedliche Elektromotoren, die in einem Gehäuse vereint sind", sagt Patzak. "Jeder von diesen Elektromotoren ist in einem anderen Betriebsbereich am effizientesten." Zum Beschleunigen, wo ein hohes Drehmoment gefragt ist, werden mehr Polpaare eingesetzt, bei konstanten Geschwindigkeiten weniger.

Das ist ähnlich wie ein Dreigang-Getriebe. "Wir nennen das tatsächlich virtuelles Getriebe", erklärt Patzak. Der Fahrer bekommt von dem Umschalten von einer Polpaarzahl auf eine andere nichts mit. "Das passiert butterweich im Hundertselsekundenbereich."

Dafür sorgt die Software. Sie ist neben der neuartigen Architektur des Motors der zweite Kernpunkt von Iscad. Bei einem konventionellen Elektromotor liege die Wertschöpfung eher in der in der Mechanik, sagt Patzak. "Bei uns wird der Motor simpler, aber es ist dafür etwas mehr Wertschöpfung und Aufwand in der Elektronik, in der Logik, in der Software." Das zeige sich auch in der Struktur der Mitarbeiterschaft: Das größte Team sei das der Software-Entwickler.

Das Mehrphasen-Prinzip und der Statorkäfig bieten noch einen weiteren großen Vorteil - der aber gleichzeitig auch ein Problem darstellt.

Hohe oder niedrige Spannung?

Die meisten Elektroautos werden heute mit einer Spannung von 400 Volt betrieben. Bei hohen Spannungen lassen sich hohe Leistungen besser übertragen. Das hat beim Laden beispielsweise den Vorteil, dass Ladekabel nicht so dick sein müssen, um eine hohe Leistung bereitstellen zu können.

Porsche geht mit seinem kürzlich vorgestellten Elektrosportwagen Taycan sogar noch weiter: Das Auto wird mit einer Spannung von 800 Volt geladen. An einem Gleichstrom-Schnelllader soll das Fahrzeug in fünf Minuten Strom für etwa 100 Kilometer Reichweite laden. Unter Idealbedingungen wird der Akku in 22,5 Minuten von 5 auf 80 Prozent geladen.

Der Nachteil jedoch ist, dass für Arbeiten an einem solchen Auto diverse Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden müssen. Wer an dem Auto hantiert, muss speziell geschult sein und Maßnahmen zum Schutz vor Stromschlägen ergreifen. Das gilt für die Mitarbeiter in der Montagehalle oder den Mechaniker einer Werkstatt ebenso wie für Einsatzkräfte von Feuerwehr oder Polizei, die nach einem Unfall die Insassen aus einem Elektroauto holen sollen.

Das entfällt bei Volabo. Denn dieser Antrieb funktioniert mit nur 48 Volt. Das sei "intrinsisch sicher", sagt Patzak. Niedrige Spannung heißt dabei aber nicht, dass der Motor auch schwachbrüstig ist: Einen Prototyp mit einer Leistung von 150 Kilowatt (kW) haben die Münchener schon gebaut, Motoren mit 300 kW hält Patzak für möglich.

Der einfacheren Handhabbarkeit steht jedoch ein großer Nachteil gegenüber, und zwar einer, der ohnehin oft gegen Elektroautos angeführt wird: Mit der niedrigen Spannung ist Schnellladen sehr schwierig. Zwar kann der Akku mit einer Leistung von 150 kW geladen werden. Doch gibt es aktuell auf dem Markt keinen Schnelllader auf 48-Volt-Basis. Um dennoch Schnellladen zu ermöglichen, könnte ein Auto mit einem Gleichspannungswandler ausgestattet werden, der die Spannung von 400 oder 800 Volt in 48 Volt wandelt.

Allerdings, sagt Patzak, gebe es durchaus viele Einsatzmöglichkeiten für 48-Volt-Systeme, beispielsweise in Ländern, wo die Infrastruktur nicht so gut ausgebaut sei, also nicht viele Schnelllader zur Verfügung stehen. Aber auch hierzulande sei bei vielen Autos Gleichstrom-Schnellladen nicht unbedingt notwendig: "Für Lieferfahrzeuge wie den Streetscooter oder Stadtfahrzeuge brauche ich eigentlich kein Laden mit 150 Kilowatt. Damit fahre ich jeden Tag meine 50, 100 oder meinetwegen 200 Kilometer und kann dann über Nacht wieder laden."

Das bedeute aber nicht, dass Volabo das Premiumsegment ausschließt. "Wir haben auch dafür eine gute Idee, und zwar ist das das Thema Brennstoffzelle", sagt Patzak. Die Brennstoffzellen seien heute so teuer, weil sie Hochvolt-Anwendungen seien. "Nach unseren Untersuchungen kann das Brennstoffzellensystem einfacher und günstiger werden, wenn man es auf einer 48-Volt-Basis aufsetzt."

So weit ist das Münchener Unternehmen aber noch nicht.

Erst Boote, dann Autos

Vor Kurzem hat Volabo die dritte Generation des Antriebs in einem VW Touran getestet, der vom Diesel- zum Elektroauto umgerüstet worden ist. Der 2017 gebaute Motor hat bei einer Spannung von 48 Volt eine Leistung von 110 Kilowatt. Das sind zwar 40 Kilowatt weniger als der Vorgänger. Aber der dritte Prototyp war der erste, bei dem die Leistungselektronik im Motor integriert war und der in einem Auto verbaut werden konnte.

Der aktuelle, in diesem Jahr gebaute Prototyp ist noch einmal kompakter ausgefallen, weil die Leistungselektronik verkleinert wurde. Sie ist nur noch halb so groß wie beim Vorgänger. Dieser Prototyp sei so weit, dass die Basis für ein Serienprodukt gelegt sei, sagt Patzak. Der nächste Entwicklungsschritt: das System für die unterschiedlichen Anwendungen serienreif zu machen.

Ein Iscad für Boote könnte laut Patzak in etwa einem Jahr verfügbar sein. Bei Autos, wo die Anforderungen höher seien, werde es wohl mindestens ein Jahr länger dauern. Dann wird sich zeigen, ob die großen Hersteller an den Hochvoltantrieben festhalten oder ob sie sich auch mit dem preisgekrönten 48-Volt-System anfreunden können.

Porsche gehe mit dem Taycan "genau in die entgegengesetzte Richtung", sagt Patzak. Aber: "Das Rennen ist offen."  (wp)


Verwandte Artikel:
IMHO: Porsche prescht beim Preis übers Ziel hinaus   
(06.09.2019, https://glm.io/143663 )
Motorsport: Bernie Ecclestone will die Formel 1 elektrifizieren   
(28.02.2018, https://glm.io/133064 )
Elektroauto: Der Streetscooter fährt und lädt schneller   
(11.10.2019, https://glm.io/144390 )
Elektromobilität: Dyson stellt Elektroauto-Entwicklung ein   
(11.10.2019, https://glm.io/144381 )
Elektromobilität: Warum der Ladestrom so teuer geworden ist   
(11.10.2019, https://glm.io/144375 )

© 1997–2020 Golem.de, https://www.golem.de/