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Referat für Kommunikation & MarketingLanger Atem unter der Motorhaube

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Langer Atem unter der Motorhaube

Wie Effizienz und Leistung elektrischer Antriebe gesteigert werden können

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Zugegeben, der blaue Golf in der Ecke der Versuchshalle ist nicht gerade eine technische Innovation. Aber das wird sich ändern. Alsbald soll das „ältere Semester“ anstelle seiner bisherigen Blei-Säure-Batterien mit Lithium-Ionen-Akkus angetrieben werden. Noch lagern die Bauteile, die wie silbrige quadratische Badezimmerkacheln aussehen, zu Hunderten in Pappkartons. Am Fachgebiet Elektrische Antriebstechnik der TU Berlin tüfteln Prof. Dr.-Ing. Uwe Schäfer und seine Mitarbeiter daran, wie sie 1000 dieser Zellen unter der Motorhaube des alten Golfs verschalten und positionieren können.

„Lithium-Ionen-Akkus haben eine deutlich höhere Lebensdauer als herkömmliche“, erläutert Schäfer. Während Blei-Säure-Akkus nach nur 50 000 Kilometern der Saft ausgeht, bringen es die Lithium-Ionen-Akkus auf 150 000 Kilometer. Die 1000 Zellen liefern dabei eine Leistung von 200 Kilowatt und der so angetriebene Wagen könnte mit einer Ladung bei einer Höchstgeschwindigkeit von 120 Kilometern pro Stunde über 100 Kilometer weit fahren. Das Besondere: Die dreifach höhere Lebensdauer der Batterie erreichen die TU-Forscher durch die spezielle „atmende“ Flachzellenform in Verbindung mit einem speziellen Batterie-Management-System. „Das sorgt dafür, dass alle Lithium-Ionen-Zellen elektrisch und thermisch gleichmäßig belastet werden“, sagt der Experte. Grundsätzlich befasst sich der Ingenieur
mit der Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische. Dabei geht immer auch ein Teil der Energie als Wärme verloren. Um die Effizienz von Elektroantrieben zu verbessern, arbeiten die Wissenschaftler mit neuen Materialien wie Permanent-Magneten.

In einem anderen Projekt erreichen die Forscher höhere Drehzahlen in den Motoren und können so bei gleichbleibender Leistung die Bauteile verkleinern. Inzwischen ist man auch dazu übergegangen, komplette Prozesse ganzheitlich zu betrachten. „Die meisten Autoantriebe sind auf eine Leistung von bis zu 200 Kilowatt ausgelegt – tatsächlich werden im Mittel zehn Kilowatt benötigt“, so Schäfer. „Leider hat sich bisher kein Elektromotoren-Hersteller dafür interessiert, wie es bei zehn Kilowatt mit der Effizienz des Antriebs aussieht oder wo und wie man neue, sinnvolle Effizienz-Regelkreise einbauen kann.“ Diese Ergebnisse werden dann in den nächsten Golf-Umbau einfließen und dem Fahrzeug zu mehr Dynamik verhelfen. In einem Labor auf dem TU-Campus ist eine Messstrecke aufgebaut. Ein kleiner Elektromotor liegt in Einzelteile zerlegt auf einer Werkbank. „Hier untersuchen wir eine elektrisch angetriebene Kühlwasserpumpe“, erläutert Schäfer. Bislang werden Kühlwasserpumpen über einen Keilriemen – also über die Leistung des Verbrennungsmotors eines PKW – angetrieben. Ganz egal, ob das Auto bergauf oder bergab fährt, ob überhaupt Kühlung benötigt wird oder nicht. Abhängig von der Temperatur des Kühlwassers könnte künftig der handtellergroße Elektromotor bedarfsgerecht gesteuert werden – unabhängig von der Leistung des Verbrennungsmotors. Uwe Schäfer engagiert sich aber nicht nur auf wissenschaftlicher Ebene für die E-Mobilität. Als Präsident der Deutschen Gesellschaft für elektrische Straßenfahrzeuge setzt er sich auch dafür ein, „die gesellschaftlichen Rahmenbedingungen dafür zu verbessern“. Die Lithium-Ionen-Akkus in der Versuchshalle des Fachgebietes sind ein Weg, die elektrische Antriebstechnik für PKWs voranzubringen. „Wir arbeiten daran, die Akkus modulhaft zu verbauen, sodass sie neben unserem Versuchs-Golf auch für andere Fahrzeugtypen nutzbar werden“, erläutert Uwe Schäfer und träumt bereits von elektrischen Dienstwagen an der TU Berlin.

Andrea Puppe

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