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Ist der Asynchronmotor alternativlos?

Hallo zusammen,

im Rahmen einer Projektarbeit versuchen wir die Fragestellung „Ist der Asynchronmotor als Antrieb für Elektroautos alternativlos?“, unter Berücksichtigung der technischen, ökonomischen und ökologischen Aspekte, zu klären. Hierzu möchten wir hier gerne eine Diskussion anregen, um eure Meinung zu dem Thema mit in die Arbeit einzubeziehen.

Im Verlauf unserer Recherchen, fiel uns auf, dass sich die Automobilindustrie allgemein nicht auf einen bestimmten Elektromotor festgelegt hat. Aktuell verbaut Tesla in ihrem Tesla Roadster und Model X und S Asynchronmotoren, im Model 3 hingegen Synchronmotoren. Hersteller wie VW, Ford und Hyundai setzen auf den Synchronmotor, andere Hersteller wie Smart, Nissan, Renault und Kia verbauen allerdings in ihren neuen Modellen Asynchronmaschinen. Welche Gründe könnten für diese Uneinigkeiten sprechen?

Aus einem Artikel, auf den wir während unseren Recherchen gestoßen sind, entnehmen wir, dass die chinesische Firma „Beijing Zhong Ke San Huan Hi-Tech Company“ einen Vertrag mit Tesla unterzeichnet hat, in dem sie eine Abmachung über die Lieferung von Neodym-Eisen-Bor treffen. Dies ist eine Legierung die zur Herstellung von Festmagneten verwendet wird. Der Vertag soll 3 Jahre (ab September 2016) gelten. Ist dies also ein Zeichen dafür, dass Tesla in Zukunft komplett auf permanenterregte Synchronmotoren umsteigen will?

Einer der Gründe für die Entwicklung in Richtung des permanenterregten Synchronmotors könnte der Vorteil sein, das er sein Magnetfeld, nicht so wie der Asynchronmotor, nicht durch den induzierten Strom im Rotor erregen muss. Da das Magnetfeld von fest eingebauten Festmagneten im Rotor stammt, weißen die Synchronmotoren einen Wirkungsgrad auf und verbauen somit weniger Energie. Aus ökologischer und ökonomischer Sichtweiße ist diese Entwicklung allerdings kritisch zu betrachten. Die seltene Erden, die für die Herstellung der Festmagnete benötigt werden, stammen Hauptsächlich aus China. Dort werden die Metalle, ohne großen Wert auf die Umwelt zu setzen, abgebaut und nur zum Teil exportiert. Wenn China also den Export weiter begrenzen würde, würde dieser Rohstoff für Automobilhersteller eine große Herausforderung darstellen. Wie haben die Elektroautomobilentwickler also in Zukunft vor mit diesem Problem umzugehen? Stellt daher der Asynchronmotor die einzige Alternative dar oder lohnt es sich, dieses Risiko einzugehen?

Eine Ausnahme stellt aktuell der Hersteller BMW, mit seinen Modellen i3 und i8, dar. Als Antriebsmaschine für diese beiden Fahrzeugtypen setzt er einen selbst entwickelten Hybridsynchronmotor ein, der eine Mischung aus einem permaneterregten Synchronmotor und einer geschalteten Reluktanzmaschine darstellt und sich die magnetische Reluktanzkraft zu Nutze macht. Welche Vor- und Nachteile besitzt diese besondere Bauweise und wäre sie vielleicht eine gute Alternative?

Auf der IAA hat BMW im September 2017 eine Konzept für eine neue Generation von Elektrofahrzeugen vorgesellt, die bis 2021 auf den Markt kommen sollen. In einem Video (youtu.be/IJwmjL8Qm8A?t=1m33s), aus einem Beitrag im bmwblog, über dieses neue Konzept, ist die Rede von einem neuen innovativen Elektromotor, ohne die Verwendung von seltenen Erden. Gibt es hierzu genauere Informationen?

Über eure Meinung zu diesem Thema bin ich sehr gespannt!

Viele Grüße

Patrick

Oh, schon die 5. Generation von Drive Trains. :exclamation:
Habe ich was verpasst?

Ist das eine Projektarbeit in Deutsch ? :unamused:

Gruß SLAM

Das wurde erst im September veröffentlicht also wäre das gut möglich. :smiley: Hier hab ich den Blogbeitrag, falls du dir das genauer anschauen möchtest. :slight_smile:

bmwblog.com/2017/11/26/video … hitecture/

Nein, die Projektarbeit wird allgemein als extra Jahresleistung gezählt, soll aber ähnlich wie eine Bachelorarbeit wissenschaftlich korrekt ausgeführt sein und soll vorallem die physikalischen und wirtschaftlichen Askpekte fachlich darstellen.

Gruß Patrick :smiley:

Ist vielleicht auch interessant:

Hast du außer dem Vollzitat vielleicht auch was sinnvolles beizutragen? Ist wohl eher nicht so dein Spezialgebiet, was?

Der Grund für Tesla für den Umstieg scheint die Effizienz zu sein. MS/MX sind nicht gerade die effizientesten Fahrzeuge, trotzdem der Luftwiderstand gut ist. Der Asynchronmotor hat bei geringer Geschwindigkeit und geringer Leistung erhebliche Nachteile. Dies wirkt sich insbesondere beim Stadtverkehr negativ aus.

Im Vergleich dazu ist das M3 beim EPA Test im Stadtverkehr effizienter als auf dem Highway.

Letztlich ist es eine Abwägung. Momentan stehen anscheinend Magnete in ausreichender Menge zur Verfügung.

Entweder höhere Effizienz oder hohe 5-fache Spitzenleistung bei ähnlicher Baugröße und Gewicht.

Doch. Aber die Frage wurde schon 2013 in einem Artikel der KSB Frankenthal abschließend beantwortet (auch völlig ohne E-Auto-Bezug):

Wenn Frequenzumrichter sowieso notwendig sind, ist die Synchron-Reluktanz-Maschine unschlagbar.

Was jetzt nach und nach alle spitzkriegen.

Die Reihenfolge ist Asynchron --> Synchron Permanentmagnet --> Synchron Reluktanz

Warum sich Tesla den Zwischenschritt antut, obwohl die anderen e-Auto-Hersteller schon den nächsten Schritt publizieren, ist nicht so ganz verständlich.

Ich bin aber ziemlich sicher, daß der Gesetzgeber über kurz oder lang BAT bezüglich Wirkungsgrad bei Elektromotoren für E-Autos festschreiben wird.

Und dann bricht wieder das Heulen und Wehklagen aus…

Gruß SLAM

Die Lösung wären Hybridmotoren, wie Brusa sie entwickelt hat. Für den Teillastbereich die Effiziens der Synchronmotoren, aber überlastbar wie ein Asynchronmotor für hohe Kurzzeitleistung.

http://www.brusa.biz/produkte/antrieb/motoren-400-v/hsm1-61712.html

Baut BMW nicht Hybridmotoren im i3 ein? Weißt Du, wie die sich ggf. von denen von Brusa unterscheiden?

Gruß Mathie

Ich kenne die BMW Motoren nicht, ich konnte aber schon vor einiger Zeit Brusa besuchen und ihre Entwicklungen sehn. Im Fokus stand aber damals der NLG6.

Mit welchen Fahrzeugen vergleichst Du hier, oder ist das allein ein Gefühl durch theoretische Betrachtung der einzelnen Widerstände?

Warum hat der Asynchronmotor ggü dem Synchronmotor bei prozentual geringer Belastung erhebliche Nachteile, wenngleich seine Rotorfeldstärke doch mit geringerem Betriebsstrom ebenfalls sinkt und somit über den kompletten Lastbereich im Gegensatz zum Synchronmotor sehr ausgeglichen ist?

Also ich habe trotz des langen Textes nicht viele Rechtschreibfehler gefunden…

Ich hatte hier mal etwas dazu erklärt: [url]Aber was ist mit dem kWh Preis ab Steckdose?]

Der Motor im BMW i3 ist doch von BRUSA im Schweizer Rheintal. Zumindest wurde mir das so gesagt.

Dann hätte BMW ja mal was richtig gemacht. Wenn dann noch ausreichend große Batterien verbaut werden, könnte es was werden. Aber nicht im i3-Gewand, wie wäre es mit einem normalen 3er?

Danke für den Verweis auf die wertvollen Posts! Das Thema ging an mir vorbei.
Die passen hier ja eigentlich noch viel besser hin, als dort. Aber ich klinke mich mal dort ein, um meinen Horizont etwas zu erweitern.

Hier ein interessanter allgemeiner Vergleich der Wirkungsgrade verschiedener Elektormotoren:

Hier ist auch noch ein allgemeiner Vergleich.

Dein Bild zeigt den typischen Wirkungsgrad verschiedener Motortypen in Relation zur Baugröße bei Nennleistung. Hier geht es aber eher um eine fixe Baugröße, welche bei variierender Auslastung betrieben wird. Das kann man so nicht vergleichen.
Der Text selbst zum Bild in der von Dir angegebenen Quelle schreibt ja auch noch, dass der Wirkungsgrad bei Teillast höher als bei Nennlast sein kann. Fazit dort ist weiterhin, dass die Asynchronmaschine ab 15 kW ggü permanent erregten Motoren die gute Lösung ist. War das nun das, was hier gehört werden wollte? :wink:

Letztenendes muss man dem Graph auch noch absprechen, dass die Kurve der permanent erregten Synchronmaschine gar nicht in den bei E-Autos verwendeten Leistungsbereich hinein ragt. Klar kann man sich denken wo die Kurve lang führt, aber die Betrachtung dort wurde halt allgemein für eine niedrigere Leistungsliga geführt.

Ohne Kenntnis der genauen Kennfelder der tatsächlich verwendeten Motoren ist es schwer dazu was zu sagen.
Gerade im Teillastbereich gibt’s große Unterschiede die je nach Getriebeübersetzung locker 5-20% Unterschiede im Wirkungsgrad bedeuten können.
Und selbst innerhalb einer Kategorie asynchron Motor kommt es da sehr auf das Design an.

Hilfreich ist es da allerdings, die Motoren nicht zu groß zu dimensionieren und dafür besser zu kühlen.