So funktioniert der neue Elektroantrieb von Hyundai und Kia

Ohne dass es bisher allgemein bekannt ist, verwendet die Hyundai Motor Group bei den großen Elektro-SUVs Hyundai Ioniq 9 und Kia EV9 sowie den Sportmodellen Hyundai Ioniq 5 N und 6 N sowie Kia EV6 GT ein neues Antriebssystem, 2-Stage-Motor System genannt. Das System soll für besonders hohe Effizienz sorgen. Es wird im obigen Video von Kia erklärt.

Zu einem Elektroantrieb gehören drei Komponenten: der Elektromotor, das Untersetzungsgetriebe und der Inverter. Letzterer macht aus dem Output der Batterie den vom Motor benötigten Input: Die Batterie liefert Gleichstrom, aber der Motor benötigt Wechselstrom. Die Umformung übernimmt der Inverter. Beim 2-Stage Motor System ist vor allem diese Umformung besonders effizient gelöst.

Diese Umformung wird durch Chips im Inverter bewerkstelligt: Als Schalter verwendet, können sie den Strom entweder aus- oder anschalten. Im Inverter schalten sie so geschickt zwischen Ein und Aus hin und her, dass aus dem Gleichstrom der benötigte, sinusförmige Wechselstrom entsteht – das nennt man Pulsweitenmodulation. 

Normalerweise werden sechs Chips verwendet, um die drei Phasen des Wechselstroms zu erzeugen. Der zweistufige Antrieb der Hyundai Motor Group dagegen verwendet 12 Chips, also die doppelte Anzahl. Sechs davon nutzen hocheffiziente Siliciumcarbid-Halbleiter, sogenannte SiC-Mosfets. Die anderen sechs verwenden normale Silicium-Halbleiter, Si-IGBTs.

Insgesamt erhöht dieses System die Spannung, die man dem Motor zuzuführen kann, um bis zu 70 Prozent. Da die Spannung multipliziert mit der Stromstärke die Leistung ergibt (P = U x I), erhöht sich so die Leistung, ohne dass eine größere Stromstärke nötig ist. Das ist wichtig, denn eine höhere Stromstärke führt zu Effizienzverlusten.

Dabei werden die sehr effizient arbeitenden SiC-Chips für das normale Alltagsfahren zum Beispiel im Stadtverkehr verwendet, bei hoher Geschwindigkeit oder hoher Last arbeiten beide Chipsätze zusammen. Im Video wir das mit einem Tandem-Fahrrad: Zwei Personen treten in die Pedale, was für mehr Leistung sorgt. Aber damit das funktioniert, muss die Koordination gut sein. Genauso ist es auch schwieriger, 12 Schalter zu steuern, denn dadurch ergeben sich 2 hoch 6 gleich 64 Schaltkombinationen – statt zwei hoch drei gleich acht Möglichkeiten bei sechs Schaltern. 

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Unter dem Strich

Kaum jemand weiß es: Bei großen SUVs wie dem Kia EV9 und dem Hyundai Ioniq 9 sowie den Sportmodellen verwendet der koreanische Konzern ein neuartiges Antriebssystem, das besonders effizient arbeitet. Dabei gibt es zwei Modi, einen für langsame Alltagsfahrt und einen für hohes Drehmoment und hohe Drehzahlen.

Im Grund ist all das bekannt; das Ingenieursbüro Munro hat es im oben verlinkten Video schon einmal erklärt, aber aus der Sicht des Motors. Das offizielle Video von Kia ergänzt diese Perspektive nun durch die Sicht auf den Inverter. Hier werden im "langsamen" Modus sechs SiC-Chips verwendet, im "schnellen" zusätzlich noch sechs normale Si-Chips. So kann mehr Spannung und damit mehr Leistung auf den Motor übertragen werden, ohne dass die Stromstärke erhöht werden muss.