• Previous
  • Next
  • Eigenentwickelter

    Eigenentwickelter

    Elektromotor

  • Ladestecker

    Ladestecker

    Elektrofahrzeug

  • Kupferwicklungen

    Kupferwicklungen

    Elektromotor

  • Komponentenprüfstand

    Komponentenprüfstand

    Schaltgetriebe

  • Eine Quelle regenrativ erzeugten Stroms für Elektrofahrzeuge

    Eine Quelle regenrativ erzeugten Stroms für Elektrofahrzeuge

    Photovoltaik

Die hohe Abgasbelastung in städtischen Gebieten und steigende Kraftstoffkosten führen zu einem Bedarf an neuen Antriebskonzepten, die eine Alternative zu konventionellen verbrennungsmotorischen Antrieben darstellen. Elektrische und hybridelektrische Fahrzeugantriebe bieten dabei die Möglichkeit, lokal emissionsfrei zu fahren. Hybridfahrzeuge ermöglichen gleichzeitig eine große Reichweite durch ausreichende Energiereserven an Bord des Fahrzeugs. So ermöglichen sie die wirtschaftliche Umsetzung der individuellen Mobilität im urbanen und ruralen Raum.


Bisherige Hybridkonzepte basieren auf parallelen und seriellen Topologien oder auch Mischformen (Powersplit-Hybriden). In all diesen Antriebskonzepten werden die elektrifizierten Komponenten des Antriebssystems vor allem zur energetisch günstigen Veränderung der Betriebsrandbedingungen der Verbrennungskraftmaschine  oder zur Rückgewinnung kinetischer Energie im Fahrbetrieb genutzt.  Eine angepasste Elektrifizierung des PKW-Antriebsstrangs erlaubt es, einen Teil der verbrennungsmotorischen Abgasabwärme mit Hilfe geeigneter Konverter (z. B. Rankine-System oder Turbogenerator) in elektrische Energie zu wandeln, diese in dessen Bordnetz einzuspeisen und somit direkt (Traktionsunterstützung) zeitlich entkoppelt (Speicherung in der Traktionsbatterie) vom Abwärmeangebot zu nutzen.

Antriebsstrangkomponenten mit Messtechnik
Prüfstandsuntersuchung von Antriebsstrangkomponenten mittels Beschleunigungsaufnehmer und Dehnmessstreifen


Zusammen mit einer nahezu beliebig hohen Anzahl von Hybridvarianten wird der damit einhergehende Lösungsraum für elektrifizierte Antriebslösungen größer und komplexer. Es stellt sich daher die Frage, wie ein zukunftsrobustes Antriebssystem tatsächlich aussieht und welche Antriebsstrangtopologie im Sinne der Energieeffizienz das größte Potenzial hat.


Ziel des Initialisierungsprojekts V – Elektrische und hybridelektrische Mobilität ist daher die Erforschung von Methoden und Vorgehensweisen zur Identifikation energieeffizienter hybrider Antriebskonzepte für ein definiertes Anforderungsprofil am konkreten Beispiel der Region Karlsruhe. Dabei sollen insbesondere auch die Möglichkeiten zur Rekuperation der thermischen Energieanteile in teilelektrifizierten Antriebssträngen nachgewiesen werden, um die Energieeffizienz wie auch den Emissionsausstoß deutlich zu verbessern. Die Funktionen und Energieeffizienz des entwickelten Antriebsstrangs sollen durch Anwendung des vernetzten XiL-Validierungsansatzes auf Prüfständen und in Simulationen für anwendungsrelevante Betriebsszenarien nachgewiesen werden.

Detailansicht Prüfstand
Detailansicht einer Prüfeinrichtung für Elektromotoren


Zur Erreichung dieses Ziels wird in den ersten drei Arbeitspaketen zunächst ein geeignetes Anwendungsprofil für ein Hybridfahrzeug in der Region Karlsruhe identifiziert. Das Institut für energieeffiziente Mobilität (IEEM) der Hochschule Karlsruhe ermittelt dazu ein typisches Kundenprofil in Form von üblichen Fahrstrecken sowie deren Aufteilung auf Stadt, Landstraße und Autobahnbereiche. Ebenso werden zur Ermittlung des Kundenprofils für die Region kundentypische Fahrzeug- und Leistungsklassen herangezogen. Ergänzend zur Ermittlung des Kundenprofils analysiert das IPEK – Institut für Produktentwicklung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) die geltenden und zukünftigen rechtlichen Randbedingungen der Mobilität in der Region Karlsruhe. Hierzu gehören sowohl überregional geltende Zertifizierungsrichtlinien und Abgasgesetzgebung als auch regionale Randbedingungen wie beispielsweise aktuelle und geplante Umweltzonen oder Ladeinfrastruktur. Basierend auf diesen Ergebnissen wird gemeinsam ein Zielfahrzeug identifiziert. Die Projektgruppe Neue Antriebssysteme (NAS) des Fraunhofer ICT ermittelt auf Basis der Kundenprofile und gesetzlichen Randbedingungen kundenrelevante Fahrzyklen, die aus einer Datenbank mit realen Fahrdaten systematisch abgeleitet werden. Das so ermittelte Anforderungsprofil ermöglicht in Arbeitspaket vier die Ableitung und Entwicklung effizienter hybrider Antriebssystemlösungen. Um dem großen Lösungsraum gerecht zu werden und eine Möglichkeit zum Vergleich unterschiedlicher Antriebssysteme zu schaffen, werden hierbei zwei Antriebe mit unterschiedlichen Hybridisierungsgraden entwickelt. Die primäre Leistungsquelle des einen Antriebssystems ist ein Verbrennungsmotor, die primäre Leistungsquelle des zweiten Antriebssystems ist ein Elektromotor. Die Antriebsstrangvarianten werden von allen Partnern gemeinsam durch das Einbringen der individuellen Kompetenzen sowie Vorarbeiten erarbeitet. Das ETI – Elektrotechnisches Institut am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) definiert die optimalen Charakteristiken der jeweiligen E-Maschinen. Seitens NAS werden die Charakteristiken der Verbrennungskraftmaschinen definiert und das Potenzial durch thermische Rekuperation analysiert. Am IPEK werden die benötigten Leistungswandler zur energieeffizienten Bereitstellung des Leistungsbedarfs am Rad entwickelt. Die Betriebsstrategie wird unter Federführung des IEEM auf den jeweiligen Antriebsstrang abgestimmt. Die Effizienz wird in einem gemeinsamen Modell des Gesamtsystems analysiert und bewertet.