Formula Student Electric E-Antrieb hat die Nase vorn

Redakteur: Sariana Kunze

Das GreenTeam der Uni Stuttgart schaffte es innerhalb eines Jahres einen wettbewerbsfähigen Elektro-Rennwagen zu konstruieren. Der Rennwagen siegte bei der Weltpremiere der Formula Student Electric.

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Von 0 auf 100 km/h in 3,3 Sekunden. Rennen werden nur mit dem richtigen Antrieb gewonnen. Das ist ein diesem Fall auch ganz wörtlich zu verstehen: Das Siegerauto der Stuttgarter Studenten wird von zwei permanenterregten Synchronmotoren aus dem Hause AMK Arnold Müller angetrieben. Die Motoren sind hochpolige Vollpol-Synchronmotoren mit eingebetteten Magneten. Diese Motorprinzip bringt maximale Drehmomentdichte für kraftvolles Beschleunigen aus dem Stand, was der Renner als Sieger des „Acclerations-Tests“ auch eindrucksvoll unter Beweis stellte. Die fest Geriebeuntersetzung ist so ausgelegt, das die Räder über den gesamten Drehzahlbereich immer das maximale Drehmoment auf die Straße übertragen und die robuste Motorkonstruktion ermöglicht dabei eine maximale Drehzahl von 12.500 rpm. Die Motorenn, von denen jeder ein Hinterrad antriebt bringen je 47 kW Spitzenleistung. Der einzelne Antrieb der Hinterräder macht im Fahrzeug das sogenannte Torque Vectoring möglich, d.h. das Antriebsmoment wird auf jedes Hinterrad individuell verteilt und erzeugt eine Drehbewegung um die Fahrzeughochachse (Giermoment). Dies bedeutet nicht nur eine Verbesserung der Fahrzeugstabilität und agilität sondern auch einen nicht zu unterschätzenden Sicherheitsgewinn. Außerdem erleichtert es den Lenkaufwand bei zunehmender Querbeschleunigung. Die vom GreenTeam eingebaute Schlupfbegrenzung verhindert zudem ein Durchdrehen der Räder, was durch das dynamische Regelverhalten und das geringe Trägheitsmoment der Motoren zu einem vergleichsweise gutmütigen Fahrverhalten des Fahrzeugs geführt hat - nicht zuletzt belegt durch die Siege beim „Autocross“ und „SkidPad“, bei dem die Rundenzeit eines engen Rundparcours gewertet werden. Die Flüssigkeitskühlung und die sehr gute thermische Anbindung der Wicklung an diese effektive Kühlmethode der beiden AMK-Motoren auf Basis der Baureihe DP7 ergibt eine sehr hohe dauerhafte abrufbare Leistungsdichte. Deshalb fuhr der Renner des GreenTeams als einziges Fahrzeug auch am Ende des auf Fahrzeugverlässigkeit ausgelegten „Endurance-Tests“ noch Rundenzeiten wie zu Beginn diese Wettbewerbsund bescherte dem GreenTeam damit auch in dieser Disziplin einen ungefährdeten Sieg.

Wechselrichter als ideale Kombination

Die dazugehörigen Wechselrichter (Motor-Controller) auf Basis der Baureihe KW60 sind an eine Batterie mit 600 Volt angeschlossen. Die Wechselrichter bilanzieren und wandeln den Energiefluss zwischen Batterie und Elektromotor. Erst die ideale Kombination von Motor-Controller und Motor ergibt das optimale elektrische Antriebspaket und sichert die entscheidenden Sekunden auf der Rennstrecke. Das extrem kompakte AMK-Konzept des flüssigkeitsgekühlten Wechselrichters war eine gute Basis für die Modifikation als „rennwagengerechte“ Variante. Das tausendfach erprobte thermische Konzept konnte beibehalten werden und die über Jahrzehnte optimierte Regelung des Flussvektors im Motor wie auch das echtzeitfähige Feldbuskonzept zur synchronen Kommunikation zwischen den beiden Antrieben und zur übergeordneten Steuerung stellten auch im Fahrzeugeinsatz ihre Zuverlässigkeit unter Beweis. Die im Wechselrichter integrierte Software ist in mehreren Ebenen aufgebaut: Die Vektorregelung sorgt für die optimale Leistungsausbeute des permanenterregten Synchronmotors, übergeordnet wird die parametrierbare Regelung bis zum mechanischen Antriebsstrang übernommen und in der obersten Ebene werden applikationen Funktionen realisiert, wie z.B. Batterieschutz, Drehzahl- und Geschwindigkeitsbegrenzung, Momentreduzierung und die Kommunikation zum Leitrechner.

Für die Partnerschaft des Stuttgarter GrennTeams mit dem Kirchheimer Antriebsspezialisten AMK gibt es also mehr als einen guten Grund. Mit dem optimalen Komponenten und fast fünf Jahrzehnten Erfahrung im Bau von elektronisch geregelten Drehstrommotoren verfügt AMK über entsprechende Feldpraxis: Ob vollelektrischer Kleintransport mit Straßenzulassung oder Plug-in-Hybrid für Serien-PKWs, bei derartigen Projekten hat AMK bereits seit Mitte 2009 die Alltagstauglichkeit von Elektroantrieben in Fahrzeugen bewiesen. Ausgestattet mit diesem Know-how und dem richtigen Antriebskonzept konnte die Studenten durch ihr Engagement in Hockenheim den verdienten Titelgewinn einfahren.

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