Elektromobilität kommt von unten

Antriebssystem und Energiespeicher für E-Fahrzeuge

Rheinmetall Automotive trägt mit seinem Produktprogramm der zunehmenden Elektrifizierung des Antriebsstrangs Rechnung. Hierzu entwickelt das Unternehmen ein neuartiges modulares Batteriepack sowie einen 90 kW starken Elektroantrieb. Beide Systeme werden zurzeit in einen Kompetenzträger auf Basis eines Kleinwagens integriert. Heartbeat sprach über diese Projekte mit Rheinmetall Automotives CTO Heinrich Dismon.

Der Weg begann schon vor langer Zeit, denn Elektromotoren sind für die Konstrukteure von Rheinmetall Automotive nichts Neues. Das Unternehmen verfügt bereits seit Jahrzehnten bei Nebenaggregaten über eine etablierte Entwicklungskompetenz für elektrische Antriebe. So hat der Zulieferer schon 2004 über sein Tochterunternehmen Pierburg die erste vollelektrische Kühlmittelpumpe für den Hauptkühlkreislauf konzipiert und in den Sechszylindermotoren von BMW erfolgreich am Markt eingeführt. 

Aufträge für E-Motorengehäuse

Die ebenfalls von Pierburg entwickelte und am Standort Hartha in Sachsen produzierte elektrisch kommutierte Wasserumwälzpumpe hat seit ihrem Marktanlauf 1995 mittlerweile bereits die Produktionszahl von 50 Millionen Stück überschritten und wird weltweit von führenden Herstellern und Zulieferern im Automobilbau und darüber hinaus eingesetzt. Hinzu kommen bei Rheinmetall Automotive demnächst in Serie gehende Aufträge internationaler OEMs für Elektromotorengehäuse sowie Batteriegehäuse aus Aluminium. Das Produktspektrum des Unternehmens im Bereich Elektromobilität wird ergänzt durch elektrische Öl- und Vakuumpumpen, elektrische Kühlmittelventile und Aktuatorik, ein Wärmepumpenmodul sowie spezielle Leichtbaukomponenten aus Aluminium.

Kompletten Fahrantrieb als Ziel

Nun schlägt der international tätige Automobilzulieferer mit seinem neuen E-Antrieb und dem parallel entwickelten Batteriepack ein neues Kapitel in seiner Entwicklungsgeschichte auf. Rheinmetall Automotive hat sich bei seinen neukonzipierten Produkten im Bereich Elektromobilität nicht allein aus markttechnischen Gründen für die Bereiche Energiespeicherung und -E-Antrieb mit seiner Peripherie entschieden. „Unsere Basiskompetenzen in der Entwicklungskette von elektrischen Antrieben und in ihrer Serienproduktion“, so Heinrich Dismon, Chief Technical Officer des Unternehmens, „erlauben uns hier eine relativ schnelle Annäherung an das Entwicklungsziel.“ Dennoch fügt er an, dass in der Startphase zusätzlich auf die Unterstützung durch Entwicklungsdienstleister zurückgegriffen wurde. Ziel von Dismon ist ein kompletter elektrischer Fahrantrieb, der neben dem E-Motor auch über die Regel- und Leistungselektronik sowie eine je nach Anwendung ausgestaltete Getriebeuntersetzung made by Rheinmetall Automotive verfügt.

Kompaktklasse anvisiert

Der jetzt vorgestellte Elektroantrieb mit 90 kW Leistung zielt indes nicht auf die absolute Leistungsobergrenze à la Tesla, sondern siedelt sich im oberen Segment kompakter Elektromotoren an. In seiner aktuellen Auslegung zielt er auf kleinere Fahrzeugklassen, wobei die Skalierbarkeit des Systems auch eine Verwendung in größeren Fahrzeugen erlaubt.

Man muss auch über kleine Fahrzeuge außerhalb des Pkws nachdenken

Der Grund hierfür war die Einsicht, dass sich „Elektromobilität von unten entwickeln wird“, so Dismon. Nach seiner Einschätzung werden sich künftig verschiedene Ausprägungen von Antriebssystemen von der zentralen Antriebseinheit bis zu radnahen Antrieben zeigen. Dabei werden sich Elektrofahrzeuge beispielsweise für urbane Zonen eher im Bereich kleinerer Leistungen von 30 bis 50 kW bewegen. 

Neue Player im Markt

In diesem Bereich seien künftig zudem neue Hersteller (OEMs) unterwegs, für die eine Eigenentwicklung eines Elektroantriebes nicht unbedingt im Vordergrund stehe. Hinzu kommen neue Marktsegmente wie zum Beispiel Multi-purpose-Anwendungen oberhalb von Pedelecs. Deshalb ist der zukünftig von Rheinmetall Automotive in Eigenregie gefertigte Antrieb in Leistung und Drehmoment auf den jeweiligen Einsatzzweck abstimm- und skalierbar. Grundsätzlich sei die Motortechnologie auch in einem Mild-Hybrid einsetzbar und dort für Funktionen wie das elektrische Einparken, das autonome Fahren in die Garage oder zur Lastpunktverschiebung des Verbrennungsmotors zwecks Kraftstoffeinsparung nutzbar.

Unterflurbatterien bevorzugt

In der Auslegung des entwickelten Batteriepacks ist Rheinmetall Automotive davon ausgegangen, dass zukünftige Elektrofahrzeuge und auch Hybride zu einem erheblichen Anteil über Unterflurbatterien verfügen werden. Sie beeinträchtigen das Ladevolumen des Fahrzeugs nicht wesentlich und bieten darüber hinaus auch Vorteile bezüglich der Gewichtsverteilung sowie einer möglichen Einbindung in die Fahrzeugstruktur. Dismon: „Heute sind nahezu alle Fahrzeuge im Markt Derivate von bestehenden Konzepten auf Basis verbrennungsmotorischer Antriebe, das wird in Zukunft nicht mehr zu sehen sein.“

Hohe Energiedichte

Das Batteriepack zeichnet sich durch eine sehr hohe Energiedichte im Verhältnis zum Gewicht aus und erlaubt aufgrund seines geringen Bauraumbedarfs eine sehr flexible und breite Anwendungsbasis in elektrifizierten Fahrzeugkonzepten. 

Wir wollen nicht in die Zellentechnik einsteigen

Eine wichtige Frage im Vorfeld war, ob man sich auf einen bestimmten Zellentyp festlegen sollte. Hier verfolgt das Unternehmen allerdings eine offene Strategie, die eine Integration unterschiedlicher Batteriezelltypen erlaubt und damit für viele OEMs interessant sein kann. Dismon: „Wir wollen nicht in die Zellentechnik einsteigen, sondern konfigurieren unseren Kunden ein System mit der Zelle ihrer Wahl.“ 

Aufgrund der hohen spezifischen Energiedichte und der guten thermischen Konditionierbarkeit verwendet Rheinmetall Automotive Pouchzellen für die Akkumulatoren seines Kompetenzträgers. Darüber hinaus existieren aber auch Konzepte mit zylindrischen oder prismatischen Zellen, so dass auf kundenspezifische Anforderungen eingegangen werden kann.

Heinrich Dismon stellt auf der IAA 2017 die beiden neuesten Innovationen vor.

Temperierung auch im Batteriepack

Damit die Batteriepacks auch hohe Leistungsentnahmen verkraften können und darüber hinaus für eine wärmeintensive Schnellladung geeignet sind, wurden sie mit einer kühlmitteldurchströmten Bodenkühlung versehen, in die auch die Fertigungskompetenz des Zulieferers im Aluminium-Druckguss eingeflossen ist. Eine elektrische Kühlmittelpumpe führt das Kühlmittel in einen Wärmetauscher. In Verbindung mit der ebenfalls entwickelten Wärmepumpe kann eine Rekuperierung erfolgen oder die Energie zum Heizen oder Kühlen des Innenraums genutzt werden. Außerdem ist bei Niedrigtemperaturen eine Temperierung zur Vermeidung von Schäden an der Batterie möglich. 

Unterflur-Batteriepack mit besonderem Schutz 

Die für diese Einsätze von Rheinmetall Automotive entwickelten Batteriegehäuse bestehen in ihrer Grundstruktur aus Aluminium, welches durch eine aufgesetzte Faserverbundstruktur zusätzlich vor Beschädigungen geschützt werden kann. Die entsprechende Faser wird von einem auf Schutzanwendungen spezialisierten Schwesterunternehmen innerhalb der Rheinmetall Group geliefert.

Kompetenzträger mit Systemansatz

Das Batteriepack des Kompetenzträgers von Rheinmetall Automotive auf Basis eines Fiat 500 ist mit einer Speicherkapazität von nominell 29 kWh ausgestattet. In Verbindung mit dem neuen Elektroantrieb erreicht das Fahrzeug damit eine Spitzengeschwindigkeit von 135 km/h und erzielt eine Reichweite von bis zu 275 Kilometern. Diese Kennwerte werden erzielt, ohne die vom Serienfahrzeug bekannte Nutzfläche bei Kofferraum oder Fahrgastzelle einzuschränken. Rheinmetall Automotive versteht diese an zukünftigen Elektrofahrzeugkonzepten ausgerichtete Konfiguration als Beispiel für ein mögliches Serienkonzept, wobei gemäß Kundenwunsch selbstverständlich auch andere Konstellationen realisiert werden können. 

Heinrich Dismon, Chief Technical Officer, Rheinmetall Automotive AG

Nachgefragt

Wird Elektromobilität unsere Fahr­gewohnheiten verändern?

Wir haben aktuell die Situation, dass Fahrzeuge immer mehr Komfort bieten, aber auch mehr Gewicht haben. In der E-Mobilität werden wir zunehmend Fahrzeuge sehen, die dezidiert für elektrisches Fahren konzipiert sind. Die müssen zwangsläufig kleiner und leichter sein und werden weniger Power haben. 

Insofern wird uns E-Mobilität beeinflussen. Aber es gibt ja auch heute Menschen, die ihr Auto nur dreimal pro Woche und dann lediglich für meist kurze Strecken bewegen. 

Aufgrund der technischen Rahmenbedingungen wird uns die E-Mobilität zudem in eine Situation bringen, in der wir unsere bisherige „Unbekümmertheit“ durch ein planvolleres Handeln kompensieren müssen. Man wird sich künftig sicher mehr Gedanken machen müssen, welche Distanz man in welchen Zeiträumen meistern kann, und dies entsprechend kalkulieren. 

Elektromobilität spielt sich für mich mittelfristig in einem Radius von bis zu 400 km Reichweite ab. Das reicht für den überwiegenden Anteil unserer normalen Fahrziele absolut aus. 

2030 werden wir noch nicht so weit sein, den Verbrennungsmotor vollständig durch neue Technologien ersetzen zu können, ich glaube sogar, wir werden ihn gar nicht komplett ersetzen können.