Forschungsprojekt AVTR entwickelt modulares Elektro-Kei-Car

×

Im Rahmen des Projekts AVTR haben das Fraunhofer IISB, Dräxlmaier, Panasonic und IFEVS ein voll elektrifiziertes Kei-Car entwickelt. Alle Bauteile sind mit dem Ziel geringer Komplexität und Fertigungskosten konzipiert worden. Fraunhofer und Dräxlmaier waren für die 12 kWh große Batterie verantwortlich.

Das internationale AVTR-Projekt "Optimal Electrical Powertrain via Adaptable Voltage and Transmission Ratio" hat die Entwicklung und die industrielle Fertigung kompletter Antriebssysteme für leichte Elektrofahrzeuge adressiert. Im Gegensatz zu bereits bestehenden Elektrofahrzeugen hat sich das Projekt auf ein genuines Elektrofahrzeug konzentriert, das die japanische Kei-Car-Spezifikation einhält. Dementsprechend erfüllt das von den italienischen Firmen IFEVS und Polimodel entwickelte Fahrzeug auch folgende Projekt-Ziele: Geringe Fertigungskosten, modularer Aufbau, Produzierbarkeit und italienisches Produktdesign. Darüber hinaus sei das Fahrzeug mit einer Länge von ungefähr drei Metern sehr wendig und für enge Innenstädte geeignet. Der Fahrzeugprototyp wurde auf der Parco Valentino Car Show im Juni 2015 in Turin der Öffentlichkeit präsentiert.

Auf Batteriemodulebene eine gravimetrische Energiedichte von 160 Wh/kg

Innerhalb des AVTR-Projektes war das Fraunhofer IISB für das gesamte Batteriesystem des Elektrofahrzeuges verantwortlich. Generell konzentriert sich die Gruppe Batteriesysteme am Fraunhofer IISB auf innovatives mechanisches und thermisches Design von Batteriemodulen und -Systemen, inklusive dazugehörigem Batteriemanagementsystem (BMS) mit Batterieüberwachung und entsprechenden Batteriemodulen.

Die Batteriemodule wurden in Kooperation mit Dräxlmaier entworfen und durch letztere auch produziert. Durch den Einsatz Automotive-qualifizierter 3 Ah-Li-Ionen-Rundzellen vom Typ 18650 eines asiatischen Anbieters ließ sich höchste Modularität und Unabhängigkeit von einzelnen Zellherstellern sicherstellen, so die Forscher. Da Batteriezellen des Typs 18650 seit Jahren in Massenproduktion hergestellt werden, besitzen sie den Vorteil geringer Fertigungstoleranzen trotz niedriger Kosten und sie sind bei den meisten Zellherstellern verfügbar. Im AVTR-Fahrzeug versorgen insgesamt acht Batteriemodule mit einem Energiegehalt von 12 kWh einen Antriebsstrang mit 15 kW Leistung und 30 kW Spitzenleistung, erklären die Forscher. Die Module nutzen eine 20p7s Zellkonfiguration und wiegen jeweils 9,4 Kilogramm. Damit wird nach Angaben der Wissenschaftler auf Batteriemodulebene eine gravimetrische Energiedichte von 160 Wh/kg erreicht.

Kostenoptimierte Monitoring-Elektronik

×

Das Batteriemonitoring musste ebenfalls den Projektzielen genügen. So wurde die Batterieüberwachung für kleinste Baugrößen und geringste Kosten optimiert. Die PCB-Abmessungen konnten auf 47 Quadratzentimeter reduziert werden und sollen dabei beste Messpräzision, Temperaturerfassung und passives Balancing bieten. Die geringe Baugröße konnte durch den Einsatz eines hoch integrierten und hoch genauen State of the Art-Batterieüberwachungs-IC erreicht werden. Für das passive Zell-Balancing entwickelte Panasonic neuartige Prototypen eines Mosfets mit integrierter Schutzbeschaltung.

Ein bereits am Fraunhofer IISB entwickeltes Batteriemanagementsystem wurde an die Anforderungen des AVTR-Projekts angepasst und in das Batteriesystem integriert. Das BMS basiert auf einem 32 Bit-Mikrokontroller von Infineon, auf dem ein OSEK / Autosar-Betriebssystem für automobile Anwendungen läuft. Das BMS umfasst Regelalgorithmen, zum Beispiel zur Leistungssteuerung, Datenkommunikation via CAN-Bus sowie erweiterte Sicherheits- und Schutzfunktionen, und funktioniert als eigenständiges, unabhängiges System. Da komplette Redundanz implementiert wurde, könnte der Fahrer des Elektrofahrzeugs jedes einzelne Batteriemodul vom Armaturenbrett aus überwachen und wäre sogar in der Lage, mit nur einem Radantrieb weiterzufahren.