Elektrischer Fahrantriebsstrang - hocheffiziente und robuste elektrische Antriebe mit Batteriestützung für Arbeitsfahrzeuge und Automobile

 

Zusammenfassung

Der Markt der Elektro-Fahrzeuge und Autos wird in Zukunft schnell wachsen, insbesondere aufgrund der Energie-und Umweltprobleme die durch Fahrzeuge mit konventionellen Antrieben entstehen. Ein hoher Wirkungsgrad ist neben Robustheit ein wesentliches Kriterium für die Wettbewerbsfähigkeit dieser Fahrzeuge. Vor allem die am meisten energieverbrauchende Komponente, der elektrische Fahrantriebsstrang, bestehend aus Batterie, Fahrwechselrichter und Fahrmotor, steht dabei im Fokus der Optimierung.

Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet werden an der Christian-Albrechts-Universität Kiel. Lehrstuhl für Leistungselektronik, in Kiel, Deutschland, durchgeführt. Die Arbeiten erfolgen in Zusammenarbeit mit den Unternehmen der Region, die sich mit Elektrofahrzeugen oder deren Komponenten befassen.

Hintergrund

Eine Steigerung der Effizienz des Fahrantriebes führt zu einer Vergrößerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen bzw. zur Verkleinerung der Batterie und gleichzeitig zu einer Kostenreduzierung. Zur Erzielung einer hohen Effizienz sind eine hochentwickelte, verlustarme Leistungselektronik, eine optimierte elektrische Maschine sowie eine ebenfalls optimierte Batterie mit optionaler Batteriestützung notwendig. Eine Batteriestützung vermeidet hohe Ströme in die Batterie beim Laden und Entladen und kann somit die Effizienz verbessern.

Im Rahmen des Forschungsprojektes der Universität Kiel werden die Optimierungsmöglichkeiten im Bereich der Leistungselektronik, insbesondere beim Fahrwechselrichter, untersucht und bewertet. Dabei steht bei der Analyse der Teillastbetrieb im Vordergrund, welcher bei für den Stadtverkehr konzipierten Elektrofahrzeugen der häufigste Betriebsbereich ist.

Aktivitäten / Zeitplan

  • Untersuchung des elektrischen Antriebsstranges von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen
  • Vergleich unterschiedlicher Umrichtertopologien für den Fahrwechselrichter
  • Untersuchung von unterschiedlichen Leistungshalbleitern für den Fahrwechselrichter
  • Untersuchung ausgewählter Optimierungsmöglichkeiten für die ausgewählte Topologie

Ergebnisse und Veröffentlichungen

S. Brueske, F.W. Fuchs: „Active Gate Control Methods for the Turn-On of High-Voltage Power MOSFETs in Hard Switching Applications”, PCIM Europe 2013, Mai 2013

Ergebnis

Im Rahmen dieses Arbeitspaketes werden unterschiedliche Optimierungsmöglichkeiten für den elektrischen Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen untersucht und bewertet. Ziel ist es, den Wirkungsgrad gesamt und insbesondere im Teillastbetrieb zu erhöhen. Zusätzlich  soll die elektromagnetische Verträglichkeit verbessert werden, um Störungen auf das Niederspannungsbordnetz zu verringern.

Perspektiven und Anwendung

Durch die an der CAU Kiel durchgeführten Untersuchungen und Optimierung der Leistungselektronik im elektrischen Antriebsstrang von Elektrofahrzeugen wird in Know-How-Basis geschaffen, von denen Unternehmen in der Region profitieren.

Marktübersicht

Der Markt von Elektrofahrzeugen ist derzeit noch klein, wird aber in den nächsten Jahren kräftig wachsen. Hier findet ein Know-How-Transfer statt. Unterschiedliche Firmen sind als Kooperationspartner am Projekt beteiligt. Es ist zu erwarten, dass die Resultate dieser Forschung in deren Produkte einfließen. Neben der Anwendung in Straßen-Elektrofahrzeugen können die Ergebnisse auf Arbeitsfahrzeuge adaptiert werden.

Geschäftsfelder

In diesem Projekt werden im eigentlichen Sinne keine Produkte, sondern Methoden zur Optimierung des elektrischen Antriebsstranges, entwickelt.

Verantwortlicher Partner:

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU)
Kaiserstrasse 2, 24143 Kiel


Prof. Dr. Friedrich Wilhelm Fuchs


fwf@tf.uni-kiel.de
+49 431 880-6100