Hauchdünnes Metall soll Elektroautos bis zu 50 Kilometer mehr Reichweite bringen
Ein neuer Elektromotor mit amorphem Metall soll laut Hersteller GAC vier Prozent weniger Strom verbrauchen und die Reichweite erhöhen.
Ein AION-Elektroauto des chinesischen Herstellers GAC bei der Markteinführung in Italien. Der Konzern setzt bei seinen Elektroantrieben auf hauchdünnes amorphes Metall, das den Stromverbrauch senken und die Reichweite erhöhen soll. © GAC
Mehr Reichweite für Elektroautos bedeutet bislang meist größere Batterien. Der chinesische Autobauer GAC geht einen anderen Weg: Er will mit einem neuartigen Metall die Energieverluste im Elektromotor deutlich reduzieren. Dafür verwendet das Unternehmen nur 0,025 Millimeter dünne Bänder aus amorphem Metall, etwa fünfmal dünner als ein menschliches Haar. Laut Hersteller sinken dadurch die Verluste im Motorkern um 50 Prozent. Der Motor erreicht einen Spitzenwirkungsgrad von 99,03 Prozent. Bei gleicher Batteriekapazität sollen Elektroautos so 30 bis 50 Kilometer weiter fahren.
Amorphes Metall besitzt eine ungewöhnliche Struktur: Anders als bei herkömmlichen Metallen sind seine Atome nicht regelmäßig angeordnet. Dadurch geht im Elektromotor weniger Energie durch wechselnde Magnetfelder verloren. Gemeinsam mit der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) entwickelte GAC ein Verfahren, um das hauchdünne und spröde Material in großen Mengen zu verarbeiten. Die Technik kommt bereits in Serienfahrzeugen zum Einsatz. Unabhängige Vergleichstests zur zusätzlichen Reichweite liegen bislang nicht vor.
Amorphes Metall im Elektromotor erreicht besonders hohe Effizienz
Herkömmliche Elektromotoren mit Siliziumstahl erreichen laut der CAS Spitzenwirkungsgrade von etwa 97 bis 98 Prozent. Der neue GAC-Motor erreicht dagegen 99,03 Prozent. Allerdings gilt dieser Wert nur für den Motor selbst. Das gesamte Antriebssystem erreicht nach Herstellerangaben im chinesischen CLTC-Prüfzyklus einen Wirkungsgrad von 94,184 Prozent.
Qi Hongzhong, Präsident der Antriebssparte von GAC, nennt eine weitere Möglichkeit, die eingesparte Energie zu nutzen. Statt die Reichweite zu erhöhen, könnten Hersteller kleinere Batterien einbauen. Bei einem Elektroauto mit 500 Kilometern Reichweite ließen sich seiner Berechnung zufolge knapp acht Kilowattstunden Batteriekapazität einsparen. Dadurch würden sowohl die Kosten als auch das Fahrzeuggewicht sinken. Die Einsparung könnte außerdem die höheren Herstellungskosten des Motors ausgleichen.
Elektroauto verbraucht auf Hainan nur 8,571 Kilowattstunden
Bei einer Fahrt auf der chinesischen Insel Hainan erreichte ein mit der Technik ausgestattetes Elektroauto nach Angaben der Entwickler einen Verbrauch von lediglich 8,571 Kilowattstunden je 100 Kilometer. Die Messung erfolgte auf einer Autobahn unter realen Fahrbedingungen. Angaben zum Fahrzeugmodell, zur Durchschnittsgeschwindigkeit und zu den Temperaturen fehlen allerdings. Ein belastbarer Vergleich mit anderen Elektroautos ist deshalb nicht möglich.
Vor dem Serieneinsatz durchlief die Technik nach Angaben der Entwickler umfangreiche Prüfungen. Dazu gehörten:
- Tests des Materials und einzelner Motorkomponenten
- Untersuchungen des kompletten Antriebssystems und der Fahrzeuge
- Insgesamt 100.000 Stunden verschiedener Hoch- und Niedertemperaturtests
Rund 3.800 Metallschichten erschweren die Herstellung
Die Verarbeitung des amorphen Metalls ist aufwendig. Ein herkömmlicher Motorkern aus Siliziumstahl besteht aus ungefähr 384 übereinanderliegenden Schichten. Beim neuartigen Material sind es rund 3.800. Zudem ist es etwa fünfmal so hart wie Siliziumstahl, gleichzeitig aber spröde. Herkömmliche Stanzverfahren eignen sich deshalb kaum.
Das Forschungsinstitut in Dongguan und GAC entwickelten deshalb neue Verfahren, um die hauchdünnen Metallbänder übereinanderzulegen und durch Hitze zu behandeln. Schon kleine Verformungen können die sogenannten Eisenverluste um 15 bis 30 Prozent erhöhen. Dabei handelt es sich um Energie, die im metallischen Motorkern als Wärme verloren geht. Auch die Bauweise des Motors und seine elektronische Steuerung mussten die Ingenieure an das neue Material anpassen.
Neuer Elektroantrieb wiegt mindestens zwölf Kilogramm weniger
Neben dem geringeren Stromverbrauch nennt GAC einen weiteren Vorteil: Das neue Antriebssystem ist leichter. Ein komplettes Aggregat der 300-Kilowatt-Klasse wiegt laut CAS-Bericht nur 68 Kilogramm. Vergleichbare Systeme derselben Leistungsklasse bringen gewöhnlich mehr als 80 Kilogramm auf die Waage.
Die Technik kommt nach Herstellerangaben bereits in Elektroautos der Marken HYPTEC, AION und AISTALAND zum Einsatz. Der Bericht nennt außerdem Familienautos im Preissegment zwischen rund 12.100 und 16.100 Euro.
GAC möchte das Verfahren auch anderen Herstellern zugänglich machen. Voraussetzung für niedrigere Produktionskosten sind jedoch größere Stückzahlen. Bislang begrenzt vor allem die geringe Fertigungsmenge die Wirtschaftlichkeit der neuen Metalllegierung.
Kurz zusammengefasst:
- Der chinesische Autobauer GAC verwendet nur 0,025 Millimeter dünnes amorphes Metall, um die Energieverluste in Elektromotoren zu verringern.
- Laut Hersteller verbraucht der neue Antrieb vier Prozent weniger Strom und ermöglicht mit derselben Batterie 30 bis 50 Kilometer mehr Reichweite.
- Die Technik kommt bereits in Serienfahrzeugen zum Einsatz, doch unabhängige Vergleichstests zur zusätzlichen Reichweite fehlen bislang.
Übrigens: Auch deutsche Wissenschaftler experimentieren mit amorphem Metall. An der Universität des Saarlandes untersuchen sie metallisches Glas für effizientere Elektromotoren. Die Technik könnte künftig auch die Reichweite von E-Bikes erhöhen. Mehr dazu in unserem Artikel.
Bild: © GAC
