Elektromobilität

Institut für Fahrzeugtechnik Stuttgart (IFS)

Intelligente Ladesysteme
[Foto: FKFS]

Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs ist seit einigen Jahren ein großes Forschungsfeld. Neben der Auslegung von mechanischen Komponenten spielen bei teil- oder vollelektrifizierten Antriebssträngen vor allem die Akkumulatoren sowie die Betriebsstrategie eine zentrale Rolle. Die Strategie beeinflusst dabei nicht nur Reichweite, sondern auch Lebensdauer der Energiespeicher. Das IFS erforscht neue Ansätze für Batteriemanagementsysteme mit dem Ziel, die Lebensdauer der Akkumulatoren deutlich zu erhöhen.

Nicht minder wichtig ist der Prozess des Nachladens, ist er doch mit einer Reihe teilweise konkurrierender Forderungen konfrontiert: Einerseits soll das Nachladen möglichst schnell erfolgen können, andererseits beeinträchtigen hohe C - Raten die Lebensdauer der Energiespeicher. Einerseits werden hohe Spannungslagen angestrebt, andererseits erfordert eine flächendeckende Versorgung mit 800 V Ladestationen erhebliche finanzielle Mittel. Neben rein technischen Fragen müssen die Einfachheit der Bedienung und die Sicherheit, insbesondere bei Hochvolt - Ladesystemen, berücksichtigt werden. Deshalb sind verschiedene Ladekonzepte und -strategien ein weiterer Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten. So wurde im Rahmen der öffentlich geförderten Forschungsprojekte BiPOL und BiPOL+ ein Algorithmus für das induktive Laden entwickelt, mit dem sich ein Fahrzeug automatisiert über der Primärspule positionieren kann.

 

In diesem 2+2 Förderprojekt des BMWi forschen 2 chinesische und 2 deutsche Partner im Umfeld des Ladens von Elektrofahrzeugen. Dabei werden auf chinesischer Seite Big-Data Ansätze zur Optimierung der Ladevorgänge betrachtet. Die deutschen Partner fokussieren sich auf das Rückspeisen von Energie ins Netz und auf die kabellose Kommunikation beim Laden.

Dipl.–Ing. Chris Auer über das Projekt EVIAN
Verfahren zum Betrieb eines Gleichspannungswandlers mit hoher Effizienz mittels dynamischer Regelung der Spuleninduktivität
Verfahren zum Betrieb eines Gleichspannungswandlers mit hoher Effizienz mittels dynamischer Regelung der Spuleninduktivität

Wenn die E-Mobilität einen Beitrag zur Netzintegration dezentraler Einspeiser durch eine Lastverschiebung leisten soll, muss die Ladedauer deutlich unter 10 h liegen und die Ladeleistung entsprechend angepasst werden.

Dr.-Ing. Dean Martinovic über das Projekt BIPoLplus

laufende Forschungsprojekte

Projektbeschreibung: Das Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, die reale Deformation von Reifen beim Abrollen unter Last zu erfassen, die auftretenden Strömungsphänomene zu identifizieren und CFD Code daraufhin zu validieren.

Laufzeit: 36 Monate

Kernziel: CFD Validierung hinsichtlich der Radumströmung

Fördermittelgeber: Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V. (FAT)

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Timo Kuthada | timo.kuthada@ifs.uni-stuttgart.de

Projektbeschreibung: Reifen sind Bauteile aus einer Kombination vielzähliger Einzelkomponenten. Für die Fahrdynamik werden diese häufig in zwei Hauptgruppen unterteilt: den Gürtellagen und der Lauffläche. Die Gürtellagen sind neben der Formgebung maßgeblich für diverse Steifigkeiten verantwortlich und bestehen aus einem Faserverbundgewebe. Die Lauffläche dient primär der Kraftübertragung und ist im direkten Kontakt mit der Fahrbahn. Sowohl die Eigenschaften der Gürtellagen als auch der Lauffläche sind temperaturabhängig. Da die Lauffläche mit den Gürtellagen untrennbar verbunden ist, bestimmt das Zusammenspiel beider Gruppen die fahrdynamischen Reifeneigenschaften. Zyklische Verformungen durch das Abrollen bringen Temperatur in die Gürtellagen und ändern die Steifigkeiten. Diese Kerntemperatur beeinflusst anschließend auch die Temperatur der Lauffläche und deren Materialverhalten. Bei der Kraftübertragung zwischen Fahrbahn und Lauffläche wird ein Teil der eingebrachten Energie in Wärme umgewandelt. Um die temperaturabhängigen fahrdynamischen Reifeneigenschaften zu Untersuchen bedarf es neben geeigneter Messtechnik auch einer besonderen Prüfeinrichtung.

In diesem Projekt wird der Fahrzeugdynamikprüfstand um eine Reifenprüfeinrichtung erweitert. Diese hat zum Ziel das Messrad samt Messtechnik mit einstellbarem Sturzwinkel über eine Flachbahneinheit zu halten. Diese Flachbahneinheit kann mit hoher Bandbreite gelenkt und vertikal Verfahren werden. Durch den einstellbaren vertikalen Hub erfolgt die Aufbringung der Radlast. Die Kombination aus Fahrzeugdynamikprüfstand und Reifenprüfeinrichtung erlaubt es somit unter reproduzierbaren Laborbedingungen den Reifen zu erforschen.

 Ansprechpartner: Dr.-Ing. Jens Neubeck | jens.neubeck@ifs.uni-stuttgart.de

Projektbeschreibung: Durch die stetige Reduktion des Antriebsgeräusches, in jüngster Vergangenheit insbesondere auch durch die Elektrifizierung des Antriebstrangs, gewinnt das Reifenfahrbahn­geräusch seit geraumer Zeit an Bedeutung. Darüber hinaus finden beim automatisierten Fahren vermehrt Telefonate und Web-Meetings im fahrenden Fahrzeug statt. Diese erfordern ein weniger störendes Geräuschniveau im Innenraum. Zu diesem störenden Innengeräusch trägt u.a. das Reifen-Fahrbahngeräusch, d.h. der Luftschall, der beim Abrollen des Reifens auf der Fahrbahn entsteht, bei. Um diesen Beitrag zum Innengeräusch gezielt minimieren zu können, ist es hilfreich, den Anteil separat bestimmen zu können. Ziel dieses Forschungsprojektes ist daher, das Verfahren zur separaten Darstellung des Reifen-Fahrbahngeräuschanteils im Fahrzeuginnenraum zu optimieren. Dann kann gezielt der Geräuschkomfort beeinflusst und somit eine effiziente Fahrzeugentwicklung ermöglicht werden.

Zur Optimierung des Verfahrens sind folgende Schritte notwendig:

  • Aufbau von Know-how bzgl. störender akustischer Effekte und ihrer Wahrnehmung bei elektrifiziertem und automatisiertem Fahren
  • Verbesserung des vorhandenen Reifen-Geräusch-Messanhängers, inklusive dessen Handhabung
  • Erneuerung des vorhandenen Reifen-Geräusch-Prüfstandes v.a. in Bezug auf eine leistungsfähigere Schallabstrahlung
  • Optimierung des Reifengeräusch-Prüfstandes in Bezug auf die Abstrahlcharakteristik
  • Optimierung des iterativen Verfahrens zur Anpassung der Schallabstrahlung des Reifens und derjenigen des Prüfstands

Kernziele: Methodik zur Darstellung des Reifen-Fahrbahngeräuschanteils im Fahrzeuginnenraum zur Optimierung der Fahrzeugakustik-Entwicklung

Ansprechpartner: Dr. rer. nat. Reinhard Blumrich | reinhard.blumrich@ifs.uni-stuttgart.de

abgeschlossene Forschungsprojekte

InGe.Gefördert durch: Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg im Rahmen der Mittelstandsoffensive Mobilität (MOM).

Projekttitel: InGe: Intelligente Gelenkwelle zur prädiktiven Vorhersage von Bauteilschädigungen

Projektlaufzeit: Januar 2019 – Juni 2021

Projektpartner: Universität Stuttgart, Eugen Klein GmbH, CTC battery technology GmbH (ehemals CTC cartech company GmbH)

Ansprechpartner IFS:

Dipl.-Ing. Chris Auer

0711-685 69456

chris.auer@ifs.uni-stuttgart.de

Bearbeiter: Dipl.-Ing. Chris Auer
Projektleitung: Dr.-Ing. Omar Abu Mohareb

Bereichsleitung: Dr.-Ing. Michael Grimm

Projektinhalte:

Gelenkwellen von Fahrzeugen verschleißen mit zunehmender Laufleistung. Ungünstige Bedingungen können zu Frühausfällen führen. Eine Gefährdung der Sicherheit mit Personenunfällen ist möglich.

Ziele des Projekts InGe ist die prädiktive Erkennung von Lagerschäden an der Gelenkwelle durch ein neu zu erforschendes, preiswertes und automotive-geeignetes Messverfahren. Das System wird sich mittels Energy-Harvesting autark mit Energie versorgen. Vom Messsystem erkannte Gelenkwellenschäden sollen an den Fahrer oder an die Spedition gemeldet werden.

Bisher gibt es keine preiswerten Lösungen für Serienfahrzeuge auf dem Markt.

Im Rahmen von InGe wird an einer kostengünstigen Alternative für Serienfahrzeuge geforscht, die auch nachrüstbar sein soll.

Aspekte/Kompetenzen:

-             Algorithmen zur Beurteilung des Gelenkwellenzustandes

-             Entwicklung einer autarken Energieversorgung

-             Entwicklung von Mess- und Funkübertragungssystem

-             Miniaturisierung der Elektronik

-             Entwicklung eines Labors für Prüfstandsversuche

-             Aufbau der Prototypen

-             Pilotanwendung im Fahrzeug

Projektförderung:

Fördermittelgeber: Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg im Rahmen der Mittelstandsoffensive Mobilität (MOM)

Projektlaufzeit: 2016 bis 2018

Projektpartner: Vector Stiftung

Ansprechpartner:

Herr Prof. Dr.-Ing. H.-C. Reuss 

Dr.-Ing. Thomas Riemer

Telefon +49 711 685-68131

ownGRID – Elektromobilität als lokale Speicherlösung durch Smartgridoptimierung

Ziel des Projektes ownGRID ist es, ganzheitlich optimierte Betriebsstrategien für lokale Netze, die die stationären Verbraucher (Privathaushalt), einen regenerativen Energieerzeuger (PV-Anlage), ein Elektrofahrzeug und Batteriespeicher (im Fahrzeug und stationär) umfassen, zu entwerfen um diese Netze kosten- und energieoptimal zu betreiben. Durch die intelligente Nutzung der vorhandenen Energiespeicherkapazitäten, also durch Rückspeisung von Energie aus dem geladenen Stationärspeicher ins lokale Netz oder das Laden des Elektrofahrzeuges während Phasen in denen ein Solarstromertrag anfällt, lässt sich die Autarkiequote, unter Gewährleistung der Randbedingungen Mobilitätsbedarf und Verschleiß, erhöhen und somit sowohl monetäre wie auch ökologische Vorteile erreichen. Darüber hinaus werden zukünftige Wetter- und Fahrprognosen verwendet, um das Netz intelligenter und angepasst auf die zukünftige Situation regeln zu können. Kernziele des Vorhabens sind - Entwurf einer ganzheitlich optimierten Betriebsstrategie für lokale Netze. - Kosten- und energieoptimaler Betrieb der Netze unter Berücksichtigung der Randbedingungen. - Berücksichtigung von Wetterprognosen, gelernte Verbrauchsmuster des Hauses und dem Mobilitätsbedarf des Elektrofahrzeugs.

Projektförderung Fördermittelgeber Vector Stiftung

EVIAN. Gefördert durch: Bundesministerium für Bildung und Forschung.

Projektsteckbrief EVIAN

Projektlaufzeit: 01.04.2020 - 31.03.2021

Projektpartner:

Vector Informatik GmbH - Jiao Tong Universität Shanghai (SJTU) - TGOOD (CN)

Ansprechpartner

Lehrstuhl Kraftfahrzeugmechatronik Herr Prof. Dr-Ing. H.-C. Reuss

Dipl.-Ing. Chris Auer

Telefon +49 711-685-69456 

EVIAN: Electric Vehicle Intelligent Charging Technology R & D Combined with Electricity Network Adaptation and Battery Lifetime Factors

In diesem 2+2 Förderprojekt des BMBF forschen 2 chinesische und 2 deutsche Partner im Umfeld des Ladens von Elektrofahrzeugen. Dabei werden auf chinesischer Seite Big-Data Ansätze zur Optimierung der Ladevorgänge betrachtet. Die deutschen Partner fokussieren sich auf das Rückspeisen von Energie ins Netz und auf die kabellose Kommunikation beim Laden.
Kernziele des Vorhabens sind - Big Data-gesteuerte Ladestrategie und Entwicklung intelligenter Ladestationen. - Allgemeine Bedingungen und erforderliche Parameter für die Rückspeisung von Strom, um eine hohe Netzqualität zu gewährleisten . - Kommunikationsrahmen für den Lade-/Entladevorgang und Software für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Netz. - Test und Fehlerdiagnose. - Aufbau einer prototypischen Ladestation als Demonstrator und zum Nachweis der obigen Punkte.

Projektförderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt Michael Grimm

Michael Grimm

Dr.-Ing.

Bereichsleiter AM 2 - Elektronik

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