Die Dimensionierung des Elektroantriebes:
Die richtige Wahl der Komponenten und die Dimensionierung des Antriebsstranges samt der Batteriekapazität ist essentiell für den verlässlichen und zufriedenstellenden Betrieb des neuen elektrischen Defender.
Berücksichtigt werden muss dabei unter anderem die vohandene Fahrzeugstruktur und Fahrzeugklasse sowie das geplante Nutzungsprofil. Für diesen Defender ist ein lokal begrenzter Einsatz im Bereich Forst- und Naturschutz geplant. Dementsprechend steht die Reichweite nicht an erster Stelle. Da der vorherige 2.5 Liter Saugdiesel eine recht eingeschränkte Leistung von 50 kW hatte, wird dieser durch den neuen 90 kW Elektromotor deutlich übertroffen. Die durch die Elektrifizierung erreichte Steigerung des Drehmomentes von ca. 150 Nm auf 230 Nm ist ebenso beachtlich. Die Spannungslage des neuen Antriebes liegt im Bereich zwischen 130 Vdc und 160 Vdc und entspricht somit der Spannungsklasse B. Dies bringt einige Vorschriften im Bereich der Systemsicherheit und des Personenschutzes mit sich, welche es zu berücksichtigen gilt. Zudem orientieren wir uns bei der strukturellen und technischen Auslegung des Systems an aktuellen Standards und Normen der Automobilindustrie.
Der elektrische Antriebsstrang ist dem originalen Verbrenner-System in weiten Teilen aus technischer Sicht deutlich überlegen. Lediglich die nutzbare Reichweite von ca. 150 km mit einer Akkuladung bleibt hinter der originalen Reichweite deutlich zurück.
Das Antriebskonzept und die Auswahl der Komponenten:
Bei diesem Fahrzeug kommt ein 90 kW Hyper 9 Elektromotor zum Einsatz. Mit seinem maximalen Drehmoment von 230 Nm liegt dieser deutlich über dem Drehmoment des alten Dieselmotors. Dies führt dazu, dass das vorhandene LT77 mit seiner begrenzten Drehmomentverträglichkeit gegen ein Upgrade in Form des R380 ausgetauscht wird. Diese Paarung ergibt zusammen mit einer verstärkten Kupplung ein robustes Setup, welches der Leistung des E-Motors langfristig gewachsen ist.
Das gewählte Konzept sieht vor, dass das Getriebe und somit auch dessen Funktionalität in vollem Umfang erhalten bleibt. Auf diese Weise kann beispielsweise bei Geländefahrten von der Auswahl der Übersetzung und der Sperrung des Mitteldifferentials profitiert werden. Im normalen Straßenbetrieb ist es theoretisch aber auch möglich, den 3. Gang als "Dauergang" wie ein Automatikfahrzeug zu fahren.
Neben den vier 11 kWh Batteriemodulen und dem E-Motor braucht es zahlreiche weitere Bauteile um die Funktion und Sicherheit des Elektroantriebes während der Fahrt und des Ladens zu gewährleisten. Dies umfassst:
- Das Batteriemanagment System (BMS) mit Spannungs- und Temperaturüberwachung der Module sowie zur Überwachung und Steuerung diverser weiterer relvanter Paramater
- Die normgerechten HV-Leitungen und dazugehörigen Absicherungen und Relais sowie Schütze
- DIe Motorsteuerung um die abgegebene Leistung des Elektromotors zu regeln und zu überwachen
- AC/DC Wandler, welcher als Ladegerät den Wechselstrom einer Steckdose in einen entsprechenden Gleichstrom zum Laden der Traktionsbatterie umwandelt.
- Ein flüssigkeitsbasierter Kühlkreislauf zur Kühlung aller leistungsstarken Komponenten
- Sekundäre elektrische Systeme wie das elektrisch betriebene Vakuum System zur Bremskraftverstärkung, die elektrohydraulische Pumpe für die Servolenkung oder das Hochvolt Heizelement zur Erwärmung der Fahrerkabine
- 12 V Versorgung und CAN Kommunikation zur Übermittlung aller relevanten Daten
- Ersatzsyteme zur Anzeige des Ladestandes über das Tankinstrument und der Übersetzung des Gaspedalweges in ein elektrisches Signal.
- Viele weitere Bauteile wie der Service-Stecker, Leitungselemente/Busbars, Absicherungen und Controller sind erforderlich damit das System reibungslos funktioniert.
Integration des Systems in das vorhandene Fahrzeug:
Durch das Entfernen des alten Antriebsstranges bestehend aus dem Verbrennungsmotor, dem Dieseltank, dem Abgasstrang und den zusätzlichen Komponenten wie Kühler, Lichtmaschine etc. ergibt sich neuer Bauraum und Gewichtskapazitäten, welche es zur Integration des neuen Antriebes effizient zu Nutzen gilt.
Zur Unterbringung der Batteriemodule und der nötigen Steuerungskomponenten im Hochvoltbereich bietet es sich an, einen möglichst kompakten "Batteriekasten" (Powerpack) im vorderen Motorraum unterzubringen. Dies bringt diverse Vorteile sowohl bei der Montage/Integration des Systems wie auch bei der Lastverteilung und der späteren Erreichbarkeit im Servicefall. Die Lagerung und Fixierung dieser Batteriekiste muss durch ein entsprechend robustes Trägergestell sicher gestellt werden. Dies kann auf die bereits vorhandenen Motorlager aufbauen und ebenso mechanisch von Schwingungen des Rahmens entkoppelt sein.
