Van een innovatieve haarspeldstator tot een slimme tweeversnellingsbak op de achteras: Porsche perfectioneert elk detail van het elektrische aandrijfsysteem om maximale efficiency en rijdynamiek te leveren. Het potentieel van elektromotoren in auto’s is enorm, en de ingenieurs van Porsche benutten dit niet alleen consequent, maar tillen het ook naar een geheel nieuw niveau. Ze verkennen de mogelijkheden tot in het kleinste detail – en halen er werkelijk alles uit.
Ook in een wereld van continue technologische vernieuwing blijft Porsche vasthouden aan de visie van Ferdinand Porsche. Waar de grondlegger van het merk nog moest werken met eenvoudige gelijkstroommotoren, zet Porsche vandaag-de-dag hoogontwikkelde elektromotoren in die elke watt optimaal benutten. Want prestaties staan voor Porsche altijd centraal – ongeacht het aandrijfsysteem. De basis hiervan is het werkingsprincipe van de elektromotor: permanentmagneet-synchroon (PSM) of asynchroon (ASM). Het belangrijkste verschil: PSM’s leveren meer continu vermogen en raken minder snel oververhit. Ondanks de hogere kosten kiest Porsche daarom voor PSM-technologie.
Hoe E-Performance aanvoelt
Om de pure kracht van E-Performance te ervaren onderwierp Porsche op het circuit een Taycan GTS aan een stresstest: volle belasting, hard remmen en herhaalde acceleraties uit bochten. De Taycan imponeerde met zijn indrukwekkende handling door de verfijnde vering en demping te combineren met ontzagwekkende, consistente kracht. Zelfs na tientallen acceleraties bleef de Taycan dezelfde prestaties leveren, zonder in te boeten op remkracht.
Hoewel zulke extremen bijna niet in het dagelijks verkeer voorkomen, zorgen snelle acceleraties en sterke remmen wél voor meer veiligheid en vertrouwen. Inhaalmanoeuvres verlopen soepel, en indien nodig komt de Taycan GTS razendsnel tot stilstand. Kortom: precies wat je van een Porsche verwacht, maar dan volledig elektrisch, waarbij alles nieuw is ontwikkeld.
Hoe E-Performance werkt
De PSM van Porsche wordt gevoed en aangestuurd door vermogenselektronica die werkt met driefasen wisselstroom. Het motortoerental wordt bepaald door de frequentie van deze wisselstroom, die continu oscilleert van positief naar negatief, gecentreerd rond nul. In de motoren van zowel de Taycan als de Macan wordt de frequentie van het roterende magnetische veld in de stator geregeld via een pulsomvormer, waarmee het rotortoerental nauwkeurig kan worden aangestuurd.
De rotor is uitgerust met hoogwaardige permanente magneten van neodymium-ijzer-boriumlegeringen, die tijdens de productie permanent worden gemagnetiseerd door een sterk, gericht magnetisch veld. Deze magneten maken een extreem efficiënte energieterugwinning mogelijk dankzij regeneratief remmen. Zodra de auto in vrijloopmodus gaat, schakelt de elektromotor over naar generatormodus, waarbij de magneten spanning en stroom naar de stator sturen. Het regeneratieve vermogen van de Porsche elektromotor behoort tot de hoogste van alle sportwagenmerken.
Maar dat is nog niet alles. De wikkeling van de motoren en de pulsomvormer zijn eveneens cruciaal voor het leveren van maximale prestaties. Een bijzonder innovatief onderdeel is de zogenaamde haarspeldstator op de vooras van de Taycan. Hierbij bestaan de statorspoelen uit draden die niet rond, maar rechthoekig zijn. In tegenstelling tot traditionele stators, waarbij koperdraad van een spoel wordt gebruikt, wordt met haarspeldtechnologie de rechthoekige koperdraad in afzonderlijke delen gesneden en in een U-vorm gebogen – vergelijkbaar met een haarspeld.
Compacte kracht
Vervolgens worden de haarspelddraden in de statorlamellen geplaatst, waarbij de vlakke zijden van de draden nauw tegen elkaar liggen. Hét grote voordeel van haarspeldtechnologie is dat de draden dichter op elkaar kunnen worden geplaatst, waardoor er meer koper in de stator past. Waar conventionele stators een kopervulling van ongeveer 50 procent hebben, bereikt Porsche met de haarspeldstators bijna 70 procent. Meer koper betekent meer vermogen en koppel in dezelfde inbouwruimte – een compacte krachtpatser.
Voor de Macan en de achteras van de Taycan gebruikt Porsche de I-pin-technologie. In plaats van U-vormige draden worden hierbij rechte draden aan beide zijden gelast. De uiteinden van de draden worden lasergelast om de spoelen te vormen, wat zorgt voor een homogeen contact tussen de koperdraden en een verbeterde warmteafvoer. Dit betekent dat een haarspeldstator veel efficiënter gekoeld kan worden. Hoewel elektromotoren meer dan 90 procent van de energie omzetten in aandrijving, blijft restwarmte bestaan. Daarom beschikken de motoren ook over een koelwatermantel.
De vermogenselektronica is cruciaal voor de aansturing van de permanent bekrachtigde synchrone motor. De pulsomvormer zet de 800 volt gelijkstroom van de accu om in wisselstroom en levert deze aan de motoren. De 800 volt-technologie, oorspronkelijk ontwikkeld voor de Porsche 919 Hybrid racewagen en voor het eerst toegepast in de Taycan, maakt dunnere kabels en kortere laadtijden mogelijk.
De elektromotoren kunnen tot 16.000 omwentelingen per minuut maken. Om dit snelheidsbereik optimaal te benutten en de typische Porsche balans tussen rijdynamiek, efficiency en hoge snelheden te behouden, heeft elke as zijn eigen transmissie. De Taycan was de eerste elektrische sportwagen met een tweeversnellingsbak op de achteras: de eerste versnelling is kort voor maximale acceleratie, de tweede langer voor optimale efficiency bij hogere snelheden. Die combinatie stelt de Taycan Turbo S in staat om een indrukwekkend vermogen van 700 kW (952 pk) te leveren.
Booster voor de Turbo
Voor de engineers van Porsche bestaat ‘genoeg’ simpelweg niet. Voor nog hogere prestaties ontwikkelden Christian Müller, technisch projectmanager Taycan special vehicles, en zijn team de Turbo GT. Deze Taycan kan ten opzichte van de Turbo S tot 120 kW extra vermogen leveren gedurende maximaal 10 seconden, dankzij een tijdelijke booster.
Ook de pulsomvormer speelt hierbij een sleutelrol. Waar de Turbo S een 600 ampère omvormer gebruikt, beschikt de Turbo GT over een 900 ampère-versie, gemaakt van siliciumcarbide voor snellere schakelfrequenties en minder verliezen. In combinatie met een geoptimaliseerde afstemming van de elektromotor resulteert dit in een hoger continu vermogen.
Waar vroeger cilinderinhoud of het aantal pk’s de belangrijkste maatstaven waren voor het prestatiepotentieel van een sportwagen, gaat het tegenwoordig steeds meer om de kracht van de pulsomvormer, laadtijden en actieradius; elementen waarmee Porsche opnieuw voorop loopt.
Om de overweldigende krachten te kunnen bolwerken, zijn ook de motor en de tweeversnellingsbak opnieuw afgesteld. Tandwielen en lagers zijn versterkt, en de tweede versnelling kreeg een langere overbrengingsverhouding om de topsnelheid van 305 km/u te bereiken. Het resultaat: een vermogen van 580 kW (789 pk), dat met Launch Control en Overboost zelfs tijdelijk kan oplopen tot 1.108 pk. Pure spanning, gegarandeerd.
Hoe groot moet een EV-accu zijn?
Zoals verwacht kiest Porsche ook hier zijn eigen weg. Om een accuformaat te bepalen dat perfect aansluit bij de behoeften van sportwagenkopers, werden zowel prioriteiten als het daadwerkelijke dagelijkse gebruik zorgvuldig geanalyseerd. Het spreekt voor zich dat rijdynamiek hoog op de lijst van wensen staat. Daarentegen wordt een iets kortere actieradius op lange afstanden geaccepteerd, mits snelladen mogelijk is. Grote accu’s worden vaak geassocieerd met een langere actieradius, kortere reistijden en superieure rijdynamiek. Virtuele simulaties van rondes op de Nordschleife van de Nürburgring lieten echter zien dat accu’s die te groot of te klein zijn, juist negatieve effecten op de prestaties hebben.
Bij het vinden van de ideale balans tussen actieradius, prestaties en duurzaamheid richtte Porsche zich op reistijden. Een accu van ongeveer 100 kWh bleek de optimale balans te bieden. De huidige Taycan heeft een capaciteit van 105 kWh (bruto) en 97 kWh netto en kan onder optimale omstandigheden bij DC-laadstations worden opgeladen met een snelheid van maximaal 320 kW – 50 kW meer dan voorheen. Bovendien kan dit hoge laadvermogen meer dan vijf minuten worden gehandhaafd. Hierdoor wordt de laadtijd van 10 tot 80 procent laadstatus (SoC) met bijna vier minuten verkort tot 18 minuten, ondanks de grotere accucapaciteit. Het hogere laadvermogen en de verbeterde efficiency maken het mogelijk om in slechts 10 minuten opladen tot 315 km actieradius toe te voegen, een toename van 40 procent ten opzichte van de eerste generatie Taycan.
Daarnaast heeft Porsche de energiedichtheid van de accu met ongeveer 10 procent verhoogd dankzij nieuwe celchemie. Ook werden een aangepaste pulsomvormer met geoptimaliseerde software, een verbeterd thermisch managementsysteem en een warmtepomp van de nieuwste generatie toegepast. Het resultaat: een WLTP-actieradius van bijna 680 km voor de nieuwe Taycan – 175 km meer dan zijn voorganger. Dit maakt langere ritten nog comfortabeler en efficiënter dan ooit tevoren.
Nagenoeg volledig elektrisch remmen
Een andere belangrijke factor om de tijd tussen laadstops te maximaliseren, is regeneratief remmen. Zodra de bestuurder het rempedaal intrapt, schakelen de elektromotoren over op de generatormodus. In plaats van de wielen aan te drijven, remmen de motoren het voertuig af en zetten ze tegelijkertijd kinetische energie om in elektriciteit die de accu bijlaadt. Bij zowel de Taycan als de Macan kan tot 90 procent van alle remacties tijdens dagelijks rijden volledig elektrisch worden uitgevoerd, zonder dat het hydraulische remsysteem wordt gebruikt. Bij de Taycan hebben de ingenieurs het maximale recuperatievermogen verhoogd van 290 tot 400 kW, een stijging van 30 procent.
De Macan, de eerste Porsche op het gezamenlijk met Audi ontwikkelde PPE-platform (Premium Platform Electric), heeft eveneens 800 volt-technologie en kan een aanzienlijk recuperatievermogen tot 240 kW bereiken. Onder optimale omstandigheden kan de hoogvoltaccu worden opgeladen met een snelheid van maximaal 270 kW via een geschikt laadpunt. Dit betekent dat de accu in slechts 21 minuten kan worden bijgeladen van 10 tot 80 procent. Na slechts vier minuten laden bij een geschikt laadstation heeft hij voldoende energie voor 100 km actieradius.
Het thermisch managementsysteem van de auto zorgt niet alleen voor een aangename binnentemperatuur, maar optimaliseert ook de conditie van de hoogvoltaccu. Afhankelijk van het laadstation en de verwachte SoC bij aankomst, wordt de accu op de ideale bedrijfstemperatuur gebracht. De Macan beschikt over een hoogvoltverwarming van zes kW die de cellen ook bij koud weer op een optimale temperatuur houdt. In de Taycan kan de combinatie van hoogvoltverwarming en een warmtepomp zelfs een verwarmingsvermogen tot 17 kW leveren.
De ontwikkeling van elektrische auto’s
Porsche verwacht de komende jaren nóg kortere laadtijden en een verder verbeterde rijdynamiek te realiseren, mede dankzij de voortschrijdende accutechnologie. Op het eerste gezicht kan het verrassend lijken dat Porsche in het elektrische tijdperk nog steeds aanduidingen als Turbo, Turbo S of Turbo GT gebruikt, naast het GTS logo. Hiermee wil het sportwagenmerk echter het prestatieniveau van elke modelversie benadrukken, net zoals bij modellen met verbrandingsmotoren.
Prestaties en emotie vormen al sinds het begin het DNA van Porsche. Dit is niet veranderd sinds de eerste modellen die Ferdinand Porsche ontwikkelde, of ze nu elektrisch waren of op verbrandingsmotoren draaiden. Het realiseren van deze ambitie vereist voortdurend nieuwe ideeën, nauwgezette ontwikkeling en een ongekende passie. Ook vandaag blijft Porsche even gepassioneerd en toegewijd aan dit streven als in de begindagen.
Bron: Porsche
