E-Bike und Co. – der Siegeszug der Light Electric Vehicles (LEV)

Die Zulassungszahlen elektrischer und hybrider Pkws mögen immer noch enttäuschend sein, aber auf den Radwegen ist eMobility nicht mehr aufzuhalten. Vor gut 10 Jahren begann der Siegeszug der E-Bikes. Zu Beginn als Rentnermobilitätshilfen verschrien, haben heute selbst enthusiastische Mountainbiker und Rennradfahrer Spaß an dem elektrischen Extra-Boost. Seit Mitte Juni sind nun auch in Deutschland elektrische Tretroller für den öffentlichen Straßenverkehr zugelassen (unter der Bedingung einer Allgemeinen Betriebserlaubnis vom KBA). Inwieweit sie die Fortbewegung auf der so genannten letzten Meile revolutionieren, bleibt abzuwarten. Auf jeden Fall einen Fortschritt stellt allerdings eine andere Klasse elektrisch angetriebener Kleinstfahrzeuge dar: Was heute zum Teil unerträglich knattert, wird zunehmend lautlos durch deutsche Innenstädte rollen – Motorroller der 45-km/h-Klasse. In einigen deutschen Großstädten können elektrische Motorroller bereits on demand gemietet werden, z. B. in Berlin über die Anbieter emmy oder coup. Wer einmal das tolle lautlose Fahrgefühl erlebt hat, ist infiziert und nicht gewillt, zum Verbrenner zurückzukehren.

Systemarchitektur

All die beschriebenen Fahrzeuge haben eine nahezu identische Systemarchitektur: Der Akku dient als zentraler Energielieferant für Motor, Anzeigegerät, Bedienelemente, Beleuchtung und weitere elektrische Verbraucher. Sehr häufig kommt eine Connectivity-Einheit hinzu, welche die Fahrzeuge mit der Außenwelt bzw. dem Smartphone des Nutzers vernetzt.

Die Entwickler solcher Fahrzeuge haben deshalb auch ähnliche Anforderungen. An erster Stelle: die Einsparung von Bauraum und Gewicht bei gleichzeitiger Erhöhung der Performance, Lebensdauer und Usability. Ein ständiger Begleiter bei allem Innovationsdrang ist die elektromagnetische Verträglichkeit, die es aufgrund der zunehmenden Zahl an elektronischen Komponenten zu berücksichtigen gilt.

Zusammengefasst stehen Entwickler von LEV-System heute u. a. vor diesen Herausforderungen:

• Erreichen eines überlegenen Fahrgefühls

• Energieeffizienz und -dichte durch Energiespeicherung und Energieübertragung mit hohem Wirkungsgrad

• Bauraum/Gewicht

• Connectivity – Vernetzung des Fahrzeugs

• Induktives Laden

• Elektromagnetische Verträglichkeit

• Funktionale Sicherheit (Temperatur, Redundanzen etc.)

• Innovative Fertigungsverfahren, z. B. 3D-Druck

Bei all den genannten Themen spielt die Elektronik eine entscheidende Rolle. Die Elektronik ist „Enabler“ und zugleich „Limiter“ bei der Umsetzung dieser Produkteigenschaften.

Fahrgefühl

Hier konkurrieren die Fahrzeughersteller in erster Linie um eine möglichst harmonische, natürliche aber gleichzeitig kraftvolle Leistungsentfaltung.

Bei allen Fahrzeugen gibt der Fahrer über ein Eingabeelement den gewünschten Vortrieb vor. Beim E-Bike geschieht dies über den gewählten Unterstützungsgrad, den Pedaldruck und die Trittfrequenz, beim Tretroller ebenfalls über den gewählten Unterstützungsgrad, die Stärke des Kick-Impulses und/oder die Auslenkung des Gashebels, beim E-Roller über die Auslenkung des Gashebels. Diese Eingabeelemente verbinden im Prinzip den Menschen mit der Maschine (englisch HMI – Human Machine Interface). Je besser die Maschine dabei den Fahrerwunsch umsetzt, desto besser das Fahrgefühl. Entscheidend für die Erfassung des Fahrerwunsches ist die Sensorik. Diese muss zum einen ausreichend leistungsfähig sein und zum anderen korrekt implementiert werden. Insbesondere der zweite Punkt bedarf kritisches Know-how, das optimalerweise vom Sensorhersteller zur Verfügung gestellt wird. Bei Würth Elektronik sehen wir das so. Neben den passenden Produkten liefern wir vor allem eine intensive Anwendungsberatung.

Stromübertragung

Um der E-Maschine für starke Beschleunigungsvorgänge oder steile Anstiege ausreichend Strom zur Verfügung stellen zu können, bedarf es einer effizienten und performanten Energieübertragung. Während es beim Tretroller und E-Bike moderate 10-30 A Peak-Ströme geben kann, geht es beim 45-km/h-Roller hoch bis 70 A.

Was haben wir hier anzubieten? Zum Beispiel robuste Wire-to-Board-Verbindungslösungen wie die REDcube Terminals mit Einpresstechnik. Ströme von 10 bis mehreren 100 Ampere können hier je nach Ausführung übertragen werden. Wie effizient und vibrationsbeständig dieses Bauteil ist, sieht man daran, dass es am anderen Ende der E-Motorisierung bereits im Einsatz ist: in den Formel E-Rennwagen des Teams Audi Sport ABT Schaeffler. Eine andere Produktgruppe, mit der wir hier punkten können, sind die Speicherdrosseln HCI, HCC, HCF.

Vernetzung

Reduzierung des Bauraums und des Gewichts sind für die Entwickler von LEV-Systemen wichtige Vorgaben – für uns als Hersteller der benötigten Bauelemente ist das nicht anders. Knapper Bauraum, z. B. im Display oder in der häufig versteckt im Fahrzeug untergebrachten Telematikeinheit, ist eine große Herausforderung auf dem Weg zum Connected Vehicle. Mit der Vernetzung der Fahrzeuge mit der Außenwelt (Smartphone des Fahrers oder zentraler Server des Fahrzeugherstellers) können zum einen direkte Kundenmehrwerte wie Diebstahlschutz oder komfortable Abrechnungsverfahren für Leihfahrzeuge geschaffen werden. Zum anderen werden über die Generierung von Daten indirekte Mehrwerte erzeugt z. B. durch Optimierung der Folgeproduktgeneration auf Basis der gewonnenen Produktnutzungsdaten. Apropos Folgeproduktgeneration, egal wie sich die Elektromobilität im Allgemeinen und die kleinen Fahrzeuge im Besonderen weiterentwickeln werden, Würth Elektronik ist ein wichtiger Partner und Lieferant der Entwickler.

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