Der Jaguar I-Pace ist als Auto des Jahres 2019 der aktuellste Beweis, dass Elektromobilität Spaß macht. Seine beiden Elektromotoren beschleunigen den sportlichen Kompakt-SUV in nur 4,8 Sekunden auf Tempo 100. Das erfordert eine besonders starke Leistungselektronik.
Der I-Pace von Jaguar ist das „Auto des Jahres 2019“. Der Traditionshersteller hat in seiner langen Geschichte viele Autos auf den Markt gebracht, die Geschichte schrieben. Doch den renommiertesten Autopreis Europas gewinnt der britische Hersteller ausgerechnet mit einem Elektroauto.
Prof. Dr. Ralf Speth, CEO von Jaguar Land Rover: „Der I-Pace wurde auf einem weißen Blatt Papier von einem Design- und Ingenieurteam im Vereinigten Königreich entwickelt. Von der ersten Konzeptstudie bis zum fertigen Serienmodell vergingen nur vier Jahre. Er ist unser bislang technologisch fortschrittlichstes Modell und wir sehen ihn als starken Impulsgeber für die Elektromobilität.“
Selbstentwickelte Elektromotoren
Indem Jaguar den vollen Nutzen aus dem elektrischen Antriebsstrang und der Aluminium-Leichtbaukonstruktion zog, kombiniert das Fahrzeug sportwagenartige Performance mit der Praktikabilität eines SUV.
Das Auto wird von zwei permanenterregten Synchronmotoren angetrieben, die Jaguar Land Rover selbst entwickelt hat.
Von der Antriebstypologie her ähneln sie den im Formel E-Rennwagen I-Type verwendeten Elektromotoren. Sie können eine Leistung von 294 Kilowatt erzeugen und ein Drehmoment von 696 Newtonmeter bereitstellen.
Um eine möglichst kompakte Lösung zu erreichen, werden die Antriebswellen durch die Motoren hindurchgeführt.
Die beiden Motoren sind in die Vorder- und Hinterachse integriert. Sie liefern einen kräftigen Antritt schon aus dem Stand und Allradtraktion auf allen Fahrbahnoberflächen.
Dabei ist der I-Pace nicht auf ein herkömmliches Getriebe angewiesen.
Ganz ohne Gangwechsel wird eine Beschleunigung ohne Zugkraftunterbrechung ermöglicht – über das gesamte Drehzahlband von null bis 12.000 Umdrehungen pro Minute. Der Elektro-Jaguar ist damit in nur 4,8 Sekunden auf Tempo 100.
Schlüsselkomponente Leistungselektronik
Um diese hohe Kraftentfaltung zu erreichen, arbeitet der Elektroantrieb mit Stromstärken von bis zu 650 Ampere.
Damit diese starken Ströme und die damit verbundenen extremen Lastwechsel bewältigt werden können, entwickelte Continental für Jaguar Land Rover eine speziell auf sportliche Hochleistungsantriebe zugeschnittene Systemlösung.
Bei Hybrid- und Elektrofahrzeugen ist die Leistungselektronik eine Schlüsselkomponente des Elektroantriebs.
Sie versorgt den Elektromotor mit Strom und steuert darüber hinaus die Energierückgewinnung (Rekuperation).
Von der Leistungselektronik hängt es ab, ob das Potenzial des elektrischen Antriebs voll ausgeschöpft werden kann. Damit trägt sie auch entscheidend zum Fahrspaß bei, der aus dem hohen Anfahrdrehmoment und dem schnellen Ansprechen von Elektromotoren resultiert.
Hohe Leistungsdichte beim Auto des Jahres 2019 dank IGBT
Die Leistungselektronik muss die volle Stromstärke in Sekundenbruchteilen zur Verfügung stellen, zum Beispiel bei maximaler Beschleunigung aus dem Stand.
Die besondere Herausforderung für die Entwickler bestand darin, diesen sehr großen Lastwechsel zu bewältigen und zugleich die für Automotive-Systeme erforderliche hohe Zyklenfestigkeit und Lebensdauer zu gewährleisten.
Ein weiteres Entwicklungsziel war eine hohe Leistungsdichte, um den Bauraum so klein wie möglich zu halten. Erreicht wurde diese Kombination von Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Kompaktheit vor allem durch ein innovatives Powermodul, das Herzstück des Wechselrichters.
Hier kommen so genannte doppelseitig gesinterte Chips (Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT) zum Einsatz.
Im Vergleich zu herkömmlichen gelöteten Drahtverbindungen (Bonds) lassen sich mit der Sintertechnologie Verbindungen herstellen, die hinsichtlich Lebensdauer, Zuverlässigkeit und thermischer Belastbarkeit deutlich höhere Anforderungen erfüllen und deshalb vor allem für den Premium-Bereich geeignet sind.
Continental ist das erste Unternehmen, das dieses aufwändige Verfahren in der Automobilelektronik einsetzt.
„Neben der doppelseitigen Sintertechnik kommen unter anderem auch spezielle ‚Direct-Copper-Bonded‘-Substrate, kurz DCB-Substrate, sowie eigens für Continental angefertigte Leistungshalbleiter zum Einsatz. Insgesamt sind der Aufbau und die verwendeten Materialien dieser Leistungselektronik voll auf Power und maximale Fahrdynamik optimiert“, erläutert Projektleiter Alexander Reich.
Eine weitere wichtige Besonderheit der neuen Leistungselektronik: Ein und dasselbe System lässt sich in ganz unterschiedlichen Fahrzeugen einsetzen.
So sind die Leistungselektroniken des Range Rover Sport Plug-In-Hybrid und des Jaguar I-Pace von der Hardware her völlig identisch und unterscheiden sich nur in der Software.