Betriebsflüssigkeiten für Elektroantriebe Ölwechsel für das E-Auto

Schmierstoffhersteller wie Castrol rüsten sich gerade für die Elektromobilität. Denn bei den Verbrennern wird ihr Umsatz zurückgehen. Allerdings brauchen die E-Autos ebenfalls sehr hoch entwickelte Betriebsflüssigkeiten.

E-Autos brauchen keinen Ölwechsel, heißt es. Das ist immer wieder ein Argument für den E-Antrieb – bezieht sich allerdings nur auf das Motoröl und ist deshalb nicht ganz richtig. Zwar müssen die Autofahrer und Autofahrerinnen ihr E-Auto nicht mehr regelmäßig für einen Ölwechsel in die Werkstatt bringen. Für die Hersteller bedeutet der Umstieg jedoch, dass sie auf komplett andere Schmier- und Kühlflüssigkeiten für die Antriebsstränge wechseln müssen. Denn E-Antriebe stellen andere Anforderungen an diese Fluide als Verbrenner – zum Teil deutlich höhere.

Und das betrifft dann auch die Werkstätten: Sie müssen nämlich genau darauf achten, welche Fluide ein Hersteller vorschreibt, wenn diese im Rahmen einer Reparatur erneuert werden müssen. Und obwohl die meisten Öle und Kühlflüssigkeiten in E-Autos als Lebensdauerfüllungen vorgesehen sind, kann es laut Castrol durchaus sinnvoll sein, ein Produkt dennoch zu wechseln, um wieder den vollen Schutz herzustellen – ähnlich wie beim Automatikgetriebe. Theoretisch wären durch einen Ölwechsel sogar Upgrades zum Beispiel bei der Reichweite möglich. Dann nämlich, wenn ein neu entwickeltes Öl die Reibung im Antriebsstrang verringert und damit für eine bessere Effizienz sorgt.

Hohe Anforderungen

Welche Anforderungen E-Autos an Betriebsflüssigkeiten und Schmiermittel stellen, hat Castrol bei einem Blick hinter die Kulissen seines Entwicklungszentrums in Hamburg, dem Driveline Technology Center, gezeigt. Der Schmiermittelhersteller entwickelt hier nicht nur Öle und Schmiermittel, die speziell für E-Autos geeignet sind, sondern auch Fluide für das Thermomanagement der Batterien.

Seit 2022 bietet Castrol bereits spezielle Getriebeöle für E-Autos mit trocken laufenden E-Maschinen. Dr. Thomas Hellwig, Leiter des Entwicklungsteams für EV-Getriebeflüssigkeiten und den EV-Antriebsstrang, erläutert, dass Öle in Getrieben von E-Autos einerseits eine deutlich höhere Scherfestigkeit brauchen als in Getrieben von Verbrennern. Denn in E-Auto-Getrieben wirken besonders hohe Drehmomente schon bei sehr kleinen Drehzahlen. Das Öl muss also schon von der ersten Umdrehung an seine volle Leistungsfähigkeit unter Beweis stellen. Andererseits laufen die Untersetzungsgetriebe mit deutlich höheren Drehzahlen und es herrschen wesentlich höhere Temperaturen als in Verbrenner-Getrieben.

Trotz dieser hohen Anforderungen dürfen die Öle aber nur eine sehr niedrige Viskosität aufweisen, müssen also besonders dünnflüssig sein, damit die Getriebe möglichst effizient laufen. „Die Öle brauchen also ein gutes Gleichgewicht zwischen reduzierter Viskosität und gutem Getriebe und Lagerschutz sowie gute Kaltlaufeigenschaften mit einer hohen Scherstabilität“, erläutert Hellwig.

Den passgenauen Zuschnitt erreicht Castrol laut dem Chefentwickler, weil sein Team von Anfang an mit den Fahrzeugherstellern und Zulieferern zusammenarbeitet. Umgekehrt böte eine frühe Kooperation der Auto- mit den Ölherstellern den Fahrzeugkonstrukteuren zusätzliche Freiheitsgrade. Denn oftmals ließe sich beispielsweise eine teure und aufwendige Beschichtung von Bauteilen vermeiden, weil ein von Anfang an mitentwickelter Schmierstoff die gleichen Eigenschaften ermögliche.

Integrierte Antriebsstränge mit nassen Bremsen

Ein aktueller Trend, den Castrol von Anfang an begleitet, sind hochintegrierte Antriebsmodule, bei denen E-Motor, Untersetzungsgetriebe, Inverter und Thermomanagement in einem Gehäuse integriert sind. Das hat für die Effizienz des Antriebs sowie für das Gewicht große Vorteile. In solchen Antriebseinheiten wird der E-Motor aber auch vom Getriebeöl durchflossen. Für diese nasslaufenden Elektromotoren braucht es natürlich besondere Schmierflüssigkeiten, die sogenannten Wet Transmission Fluids. Denn sie schmieren nicht nur das Getriebe, sondern dienen auch als Kühlmedium für Motor und Getriebe. Sie dürfen daher nicht elektrisch leitfähig sein, müssen das Kupfer in den Motoren schützen und dürfen auch die anderen Materialien der Motorelektrik, die mit dem Öl in Kontakt kommen, nicht angreifen. Darüber hinaus brauchen sie ebenfalls gute Kaltfließeigenschaften mit einer hohen Scherfestigkeit und müssen thermisch sehr stabil sein.

Nach Angaben von Hellwig planen einige Hersteller derzeit sogar, die Bremse in die hochintegrierten Antriebsstränge zu integrieren. Denn das verhindert Bremsstaub und ermöglicht es, die Abwärme der Bremsen zu nutzen. Diese nasslaufenden Lamellenbremsen würden dann zusätzliche Anforderungen an das Schmiermittel stellen. Auch hierfür sieht sich Castrol gerüstet.

Kühlen für ein langes Leben

Nicht nur bei der Effizienz der Antriebsstränge können die EV-Fluide von Castrol für einen positiven Effekt sorgen. Die Schmierstoffexperten entwickeln auch Fluide, die das Thermomanagement von Antriebsbatterien verbessern können. Gerade für besonders schnelle Ladevorgänge ist nämlich eine gute Temperierung der Batterie wichtig. Deshalb ermöglichen die Thermal-Management-Fluide, die bei Castrol in der Entwicklung sind, eine effiziente Direktkühlung der Batteriezellen. Damit sind dann Ladeleistungen von mehr als 250 kW möglich, ohne dass die Batterien dabei Schaden nehmen.

Dafür müssen die Flüssigkeiten eine sehr niedrige Viskosität haben, damit der Wärmeübergang möglichst effizient ist. Da sie direkt um die Batteriezellen strömen, brauchen sie außerdem eine starke elektrische Isolation und einen hohen Flammpunkt. Die je nach Batteriegröße 30 bis 50 Liter Füllmenge sind ebenfalls als Lebensdauerfüllung vorgesehen. Deshalb brauchen die Fluide zusätzlich eine hohe Oxidationsbeständigkeit. Und auch hier gilt: Muss das Thermal-Management-Fluid im Rahmen einer Reparatur erneuert werden, müssen Werkstätten unbedingt auf die Herstellervorgaben achten. Dann klappt es auch mit der Kühlung. Und direkt gekühlte Batterien laden nach den Erfahrungen von Castrol nicht nur schneller als indirekt gekühlte, weil keine temperaturbedingten Absenkungen der Ladeleistung notwendig ist. Sie halten auch länger. Von Castrol getestete Batterien mit direkter Kühlung hatten nach 2.000 Ladezyklen noch eine State of Health (SoH) von 91,8 Prozent. Im Vergleich dazu hatten indirekt gekühlte Batterien nur noch einen SoH von 85,3 Prozent.

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