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Elektromobilität

Projekt REM 2030: Mobilität der Zukunft

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Überblick über Batteriesystem, Leistungselektronik und Thermomanagement

Traktionsbatterie/Batteriesystem:

Die Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterie basiert auf luftgekühlten Pouch-Zellen mit einer Nettokapazität von 11,8 kWh. Aufgrund ihres thermisch sensiblen Betriebsbereichs kann sie weder fest in den inneren noch in den äußeren Kühlkreislauf integriert werden. Durch eine Ventilverschaltung wird die Batterie an den Kühlkreislauf mit dem aktuell benötigten Temperaturniveau angeschlossen, wodurch unabhängig von der geforderten Temperatur im Innenraum ein Solltemperaturbereich für die Batterie eingehalten werden kann. Die gesamte Batterie besteht aus sieben Modulen. Jedes Batteriemodul ist mit einem Batteriemanagement-Slave-Modul (BMS) ausgestattet, das den Ladezustand und die Temperaturüberwachung jeder einzelnen Zelle (24 per Modul) ermöglicht. Der Gesamtzustand des Moduls wird an das BMS-Mastermodul gesendet, welches das Gesamtsystem Traktionsbatterie überwacht. Für die sichere Befestigung im Technologieträger ist ein kohlenstofffaserverstärktes Batteriegehäuse entwickelt worden. Ziel:

  • Optimales Batteriemanagement-System entwickeln

Das CAD-Modell des Demonstratorfahrzeugs zeigt, wo die einzelnen Technologien verbaut werden sollen.
Das CAD-Modell des Demonstratorfahrzeugs zeigt, wo die einzelnen Technologien verbaut werden sollen.
(Bild: REM 2030/Lars Berg)

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Leistungselektronik

Zur Speisung des Elektromotors wird Drehstrom benötigt. Ein Spannungswandler wandelt dazu die Gleichspannung aus der Traktionsbatterie in eine dreiphasige Wechselspannung. Projektpartner Unitek Industrie Elektronik stellt für die Entwicklung des Spannungswandlers zwei Umrichter zur Verfügung, auf deren Basis die Leistungselektronik für das Demonstrator-Fahrzeug entwickelt wird.

Basierend auf Econeo-Dual 3 IGBTs von Infineon besteht der Umrichter aus einer Kühlplatte, drei IGBT-Halbbrücken, Zwischenkreiskondensatoren und einer Treiberplatine. Die Treiberplatine und die Kühlplatte wurden von der Firma Unitek entwickelt. Im Rahmen des Projektes applizieren Mitarbeiter des Elektrotechnischen Instituts (ETI) des KIT ein eigenes DSP-System, welche die originale Steuerplatine ersetzt. Die Verwendung von zwei baugleichen Umrichtern sowohl als Motorumrichter als auch Schaltelement eines dreiphasigen DC/DC-Wandlers bieten folgende Vorteile:

  • Kostenreduktion der Leistungselektronik
  • Modularer Aufbau der Leistungselektronik
  • Verwendung einer gemeinsamen Steuerelektronik

Thermomanagement

Ein Thermo-Modul stellt je nach Bedarf Kälte oder Wärme bereit, um eine Unterkühlung oder Überhitzung der Batterie zu vermeiden. Erreicht wird dies durch eine Wärmepumpe mit kältemittelseitiger Strömungsumkehr. Zwei Kühlmittelkreisläufe stellen hierbei die Wärmequelle und Wärmesenke dar. Im Heizmodus transportiert der innere Kühlkreislauf (Senke) die Wärme zum Innenraumwärme-Übertrager, der äußere Kreislauf (Quelle) nimmt die Umgebungswärme über den Außenwärme-Übertrager auf. Der Kühlmodus verhält sich dementsprechend umgekehrt. Die Abwärme des Range Extenders reicht aus, um den Heizbedarf des Innenraums abzudecken. Daher wird die Brennstoffzelle im inneren Kreislauf platziert, wodurch die Wärmepumpe bei aktivem Range Extender abgeschaltet werden kann. Im Kühlmodus wird die Abwärme des Range Extenders durch einen eigenen Kühler an die Umgebung transportiert. (sh)

Am 17.6. und 18.6.2015 findet in Karlsruhe das Symposium „Urbane Mobilität der Zukunft“ des Innovationsclusters REM 2030 statt. Dort werden alle Projektergebnisse von REM 2030 vorgestellt; u. a. auch das Demonstratorfahrzeug. Außerdem gibt es die Möglichkeit, Elektrofahrzeuge zu fahren. Alle Informationen dazu sind auf der REM-2030-Webseite zu finden.

Details zum Projekt, zum Innovationscluster und zu beteiligten Industriepartnern liefert die Webseite www.rem2030.de

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