Weiterentwickelter Elektroantrieb APP350
Im Heck des Audi A2 e-tron2 dient eine achsparallel positionierte, permanent erregte Synchronmaschine auf 400-Volt-Niveau als Antrieb. Der APP350 aus dem Volkswagen-Konzern bietet bis zu 350 Nm Drehmoment und wurde für den Modularen Elektrobaukasten (MEB) gezielt auf mehr Effizienz, mehr Reichweite und gleichzeitig auf mehr Fahrkomfort hin optimiert. Die Verbesserungen betreffen im Wesentlichen die Leistungselektronik, den Elektromotor und das Getriebe.
Die Leistungselektronik
Der Pulswechselrichter wandelt den Gleichstrom (DC) der Hochvolt-Batterie in Wechselstrom (AC) um, wie ihn der Elektromotor benötigt. Mithilfe der relevanten Parameter aus den Sensordaten steuert er den Energiefluss präzise und bedarfsgerecht. Dabei haben die verwendeten Leistungshalbleiter großen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Antriebs. Statt der bisher üblichen Silizium-basierten Bipolartransistoren kommen in dem neu entwickelten Pulswechselrichter Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) auf Basis von Siliziumkarbid (SiC) zum Einsatz. Die besonderen physikalischen Eigenschaften von Siliziumkarbid reduzieren Schaltverluste und ermöglichen Wirkungsgrade von mehr als 97 Prozent.
Eine neue Software nutzt die höhere mögliche Schaltgeschwindigkeit der SiC-MOSFETs und reduziert den Energieeinsatz weiter. Mithilfe einer adaptiven Betriebsstrategie lässt sich die Schaltfrequenz situationsabhängig an den jeweiligen Betriebspunkt anpassen. Niedrige Schaltfrequenz bedeutet weniger Verluste – diesen Effizienzhub nutzt das neue Verfahren besonders in den typischen Arbeitsbereichen des Elektroantriebs, im Stadtverkehr und bei Überlandfahrten bei mittlerer Drehzahl und Last. Durch die verbesserte Nutzung der Energie kann die Leistungselektronik auch bei niedrigen Batterieladezuständen dem Antrieb des Audi A2 e-tron2 die volle Leistung bereitstellen.
Für mehr akustischen Komfort im Innenraum sorgt eine weitere Funktion des Pulswechselrichters. Sie überlagert dem Motorstrom gezielt hochfrequente harmonische Anteile. Störende Geräusche werden so Betriebspunkt-abhängig kompensiert.
Der Elektromotor
Die permanent erregte Synchronmaschine APP350 im Audi A2 e-tron2 ist eine konsequente Weiterentwicklung im Modularen Elektrobaukasten (MEB), die die Effizienz verbessert, ohne dabei Kompromisse bei Drehmoment und Leistungsbereitstellung einzugehen. Die konstruktiven Maßnahmen an Rotor und Stator betreffen die Blechdicke und die Anordnung der Rotorsegmente sowie die Verschaltung der Stator-Wicklungen.
Gegenüber dem MEB-Vorgängerantrieb APP310 wurde die Blechdicke der Rotorlamellen um mehr als 30 Prozent reduziert. Diese Maßnahme senkt die sogenannten Eisenverluste, die durch Ummagnetisierung des Materials in zeitlich veränderlichen magnetischen Feldern entstehen.
Zur Verbesserung der Antriebsakustik sind die Rotorsegmente der E-Maschine nicht mehr linear, sondern versetzt angeordnet. So wird die erste Torsionsform des Rotors nicht geometrisch durch die Anregung abgebildet – Eigenschwingungen erster Ordnung werden vermieden und dominante tonale Komponenten insbesondere im Anfahrbereich nahezu eliminiert. Kunden profitieren davon durch mehr Ruhe im Innenraum.
Die Umstellung von Stern- auf Dreieckschaltung bei der Stator-Wicklung sowie die Reduktion der parallelen Zweige erhöhen den Wirkungsgrad des Elektromotors. Das gilt insbesondere für kundenrelevante Arbeitsbereiche, wie etwa bei Alltagsfahrten unter Teillast im Stadtverkehr oder auf der Landstraße.
Das Getriebe
Das kompakte und leichte Getriebe im Audi A2 e-tron2 trägt mit technischen Weiterentwicklungen ebenfalls zu mehr Effizienz bei. Im APP350 des Audi A2 kommen je nach Leistungsstufe zwei Übersetzungen zum Einsatz i=10,21 bei 125 kW und 140 kW und i=11,53 bei 170 kW. Die je nach Motorisierung spezifisch gewählte Getriebeübersetzung, sorgt für eine Verschiebung der Motordrehzahlen in betriebsoptimale Bereiche des Kennfeldes und damit gerade im typischen Kundenbetrieb für einen weiter reduzierten Verbrauch.
Zudem kommt ein Verfahren zur Feinstbearbeitung der Laufverzahnungen zum Einsatz, mit dem sich besonders glatte Zahnflankenoberflächen erzielen lassen. So werden weitere Reibungsverluste im Getriebe konsequent reduziert und die Effizienz des Antriebs wiederum weiter gesteigert.
Diese Feinstbearbeitung der Laufverzahnung ermöglicht außerdem den Einsatz eines speziell entwickelten Leichtlauf-Getriebeöls mit einer besonders niedrigen Viskosität. In Verbindung mit der optimierten Ölführung im Getriebe, reduziert dies die Planschverluste im Radsatz deutlich.