Wenn Elektroautos Sonne tanken

Im Rahmen von E3Car, Europas größtem Forschungsprojekt für Elektrofahrzeuge, arbeiten ElektronikerInnen der FH JOANNEUM Kapfenberg daran, Solarpaneele, die fix am Fahrzeug montiert sind, so zu optimieren, dass damit der Bordelektronik von Elektrofahrzeugen maximale Energie zugeführt werden kann. So bleibt den Fahrzeugbatterien mehr Energie für den Elektromotor.

Elektroautos sind umweltfreundlich, aber sie sind in Sachen Reichweite, „Betankung“ und Anschaffungskosten den Benzinkarossen noch unterlegen. Um im Zukunftsmarkt der Elektrofahrzeuge die Nase vorn zu haben, läuft in der Automobilindustrie längst schon ein globales Wettrennen um verbesserte Technologien. Europas größter Forschungsverbund in Sachen Elektrofahrzeuge heißt E3Car: Unter diesem Namen wollen insgesamt 33 Projektpartner bis 2012 die Effizienz von Elektrofahrzeugen um 35 Prozent steigern. Das Transferzentrum von „Elektronik und Technologiemanagement“ (ETM) der FH JOANNEUM Kapfenberg ist dabei in Gesellschaft von Weltkonzernen wie Fiat, Audi, Philips, Bosch und dem Chiphersteller Infineon. Letzterer zeichnet für die Gesamtkoordination des 44 Millionen-Euro-Projekts verantwortlich.

Die Europäer haben sich die Ziele hoch gesteckt: Effizienzsteigerung und die Integration elektronischer Komponenten sollen den Energiebedarf von Elektroautos um 35 Prozent senken. Um das zu erreichen, werden neue Hochleistungs-Halbleitertechnologien entwickelt und für die Optimierung von Spannungskonverter, Battery Management und Fahrzeug-Sensoren angewandt. Die FH JOANNEUM hat die Aufgabe übernommen, den Ertrag von Photovoltaikmodulen am E3Car Demonstrator mittels Maximum Power Point Tracking (MPPT) auf Zellebene zu optimieren, um mit einem Maximum an Solarenergie Klimalüfter, Fensterheber, Scheibenwischer und andere Komponenten der Bordelektronik betreiben zu können. Auf diese Weise wird die Fahrzeugbatterie entlastet, und das Auto kann bis zu 2000 km höhere Reichweiten pro Jahr erzielen.

Leistungselektronik gegen Leistungseinbrüche

Das Hauptproblem, das die Kapfenberger Elektronik-ExpertInnen zu lösen haben, ist eine spezifische Eigenheit von Photovolatikanlagen: Bei seriell geschalteten Solarzellen können selbst kleinflächige Abschattungen auf einzelnen Zellen die Leistung des ganzen Solarmoduls zum Einbruch bringen. Daher werden derzeit Bypass-Dioden eingesetzt, um leistungsschwache Zellen vor Zerstörung zu bewahren. „Diese Maßnahme reicht bei ebenen Paneelen“, erklärt Projektkoordinatorin DI (FH) Manuela Midl. „Am Auto aber sind die Solarzellen häufigen Licht-Schattenspielen ausgesetzt, zusätzlich ergibt sich eine Ertragsminderung bereits durch die Krümmung der Oberfläche. Daher haben wir im Rahmen des E3Car eine integrierte Schaltung entwickelt, die das 'Maximum Power Point Tracking' elektronisch für kleine Zellgruppen erledigt, und mehrfach im Modul integriert werden kann. Wir können dadurch aus leistungsschwachen Solarzellen immer noch das Maximum an Leistung herausholen.“ Außerdem werden neben der elektronischen Leistungsanpassung der Zellgruppen auch Fragen der Kühlung und Montage im Hinblick auf die speziellen Anforderungen im mobilen Betrieb in Angriff genommen.

Insgesamt neun Leute arbeiten an der FH JOANNEUM Kapfenberg an dem Projekt, davon vier Studierende des Master-Studiums „Advanced Electronic Engineering“. Ein Jahr nach dem Projektstart ist man an der FH JOANNEUM nach umfangreichen Simulationen dabei, erste Prototypen zu bauen. Diese werden in den FH-eigenen Elektroniklabors auf Herz und Nieren getestet und weiter optimiert. Wenn im nächsten Schritt die endgültigen Spezifikationen für den Schaltkreis stehen, werden die Daten an den Projektpartner TU Wien übermittelt, der daraus einen Chip entwickelt, der schließlich von austriamicrosystems gefertigt werden wird.

„Das gesamte System Elektrofahrzeug zu kennen, zu verstehen und Teil eines so mächtigen Entwicklungskonsortiums zu sein, ermöglicht es uns, auf höchstem Level mit Top-Partnern auf diesem Gebiet zu diskutieren und das Elektrofahrzeug der Zukunft aktiv mitzugestalten“, sagt Projektkoordinatorin Manuela Midl. „Das ist höchst innovativ und daher höchst spannend!“

Forschungsschwerpunkt Emissionsfreie Mobilität

Die Arbeiten am E3Car sind Teil eines Forschungsschwerpunktes am FH-Transferzentrum „Elektronik und Technologiemanagement“. FH-Prof. Dr. Hubert Berger, der Leiter des Transferzentrums: „Da wir als übergeordneten Schwerpunkt unserer F&E-Aktivitäten das Thema der Zero Emission Mobility definieren, beschäftigen wir uns auch mit der Stromerzeugung aus regenerativen Quellen. Das größte Entwicklungspotenzial sehen wir dabei in der Photovoltaik. Im Rahmen von E3Car können wir nun zeigen, welche Möglichkeiten sich beim praktischen Einsatz der Photovoltaikanlagen in Elektrofahrzeugen auftun. Und das Projekt ebnet uns auch den Weg für künftige Projektpartnerschaften auf diesem Gebiet.“

Weitere Informationen:
DI (FH) Manuela Midl, Transferzentrum Elektronik und Technologiemanagement, FH JOANNEUM Kapfenberg, Tel. +43 (0)3862 33600-8386

E-Mail: manuela.midl@fh-joanneum.at