In het kader van de Fraunhofer System-forschung Elektromobilität is een nieuw soort geïntegreerde asaandrij-ving ontstaan voor elektrische voertuigen met een flexibele inzet in diverse mobiliteitsgebieden, zoals bussystemen zoals de Autotram, kleine vrachtauto’s en elektrische sport-wagens. Het Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelemente-technologie (IISB) breidt zijn portfolio daarmee uit met intelligente E-aandrijf-oplossingen, die allemaal voorzien zijn van volledig geïntegreerde vermogens-elektronica.
Behalve de batterijtechniek zijn innovatieve elektrische aandrijfsystemen voor de ont-wikkeling van de elektromobiliteit van grote betekenis. Centrale asaandrijving per wiel heeft daarbij een aantal voordelen ten opzichte van alternatieve concepten zoals wielnaafmotoren. Daaronder vallen de betere schaalbaarheid van het vermogen en draaimoment, minder gewichtsinvloed op het gedrag en een lagere belasting door schokken, trillingen en waternevel.
Mechanisch onafhankelijk
Het nieuwe aandrijfsysteem van Fraunhofer bestaat uit twee mechanisch onafhankelijke wielaandrijfsystemen met geïntegreerde dubbele omvormer en een onafhankelijke regeling van beide elektromotoren. Hierdoor ontstaat de mogelijkheid van een onafhankelijke verdeling van de draaimomenten over beide aangedreven wielen van de as.
In totaal is per wiel een aandrijfvermogen van 80 kW beschikbaar en een maximum draaimoment van 2000 Nm. Het aandrijfsysteem is parallel aan de as opgesteld en staat vrij ten opzichte van de wielassen. Deze uitvoering van het ontwerp maakt het mogelijk om beperkingen in de inbouwruimte te omzeilen en de aandrijving flexibel en in diverse voertuigplatformen te integreren.
De asaandrijving met in het midden de voor de gelegenheid geopende vermogenselektronicamodule.
De volledig in de aandrijving geïntegreerde vermogenselektronica beperkt niet alleen de ruimte en kosten maar verbetert ook het rijgedrag. De rechtstreekse contacten van de faseaansluitingen op de motoren, het gebruik van een ge-meenschappelijke koeling voor beide motoren en de vermogenselektronica zijn twee van de aspecten, die bijdragen aan het terugdringen van het materiaal-verbruik en de montagekosten.
Vermogenselektronica
De vermogenselektronica maakt gebruik van een nieuw type intelligente omvormercomponenten. Hiermee kon een aantal zwakke punten van de conventionele vermogensmodule worden opgelost. Gevoelige interfaces worden geëlimineerd, waardoor de ontwikkelingskosten van een systeem worden gereduceerd, de montagetechniek wordt vereenvoudigd en de betrouwbaarheid verhoogd.
De integratie van de tussenkringcondensator in de vermogensmodule zorgt voor een lage impedantie met een grotere bandbreedte voor de vermogens-halfgeleiders, wat essentieel is voor de degelijkheid (overspanning reserve), ongevoeligheid voor storingen (EMV-eigenschappen) en rendement (schakel-verliezen). In de besturingselektronica zijn de sensoren voor de stroom in de omvormer geïntegreerd.
De beide omvormers bestaan uit zes van deze omvormerbouwstenen met een nominale fasestroom van 300 A. Een centraal moederbord met TriCore pro-cessor en ruime veiligheidskenmerken zorgt voor de regeling van de beide motoren en de CAN-bus communicatie met de overige voertuigsystemen.
Energieverbruik
Een belangrijk aandachtspunt tijdens de ontwikkeling was het rendement, waarmee de in het voertuig opgeslagen elektrische energie zo volledig mogelijk in aandrijfvermogen en actieradius kon worden omgezet. De eindaandrijving met dubbel kroonwiel (vertraging 7:1) heeft tandwielen met een speciale coating op het tandoppervlak voor wrijvingsreductie. Ook zijn constructieve maatregelen getroffen voor het minimaliseren van de mechanische verliezen.
De optimalisering van de totale aandrijving vereist een goed inzicht in de interactie van de componenten van de elektromotor, frequentie omvormer en de mechanische aandrijving. Uitgebreide simulaties van de aandrijflijn vormden de basis voor de keuze en uitvoering van de motor met aandachtspunten voor rendement, vermogensdichtheid en veiligheid. Er wordt gebruikgemaakt van een speciaal ontwikkelde permanent magneet synchrone machine met inge-bedde magneten en geoptimaliseerd veld gebaseerd op reële rij- en belasting-situaties.
