Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Sensor + Test 2013: Rennbolide mit Elektroantrieb

26.04.2013
Die Antriebstechnik der Zukunft ist elektrisch – davon sind Fraunhofer-Forscher überzeugt. Vom 14. bis 16. Mai präsentieren sie auf der Messe Sensor + Test in Nürnberg gemeinsam mit einem Industriepartner neuartige Batteriemanagement- und Stromsensorik-Lösungen – am Beispiel eines Elektro-Rennwagens. Damit liegen sie im Trend. Schließlich plant auch der internationale Autodachverband FIA, Ausrichter der Formel 1, eine eigene Rennserie für Elektroautos.

Von Null auf 100 in 3,6 Sekunden – so rasant beschleunigt nicht etwa ein Porsche Carrera oder ein Ferrari Scaglietti, sondern EVE – ein Rennwagen, der keine lauten Motorengeräusche verursacht. Denn EVE wird von zwei Elektromotoren, je einer pro Hinterrad, angetrieben. Bei einer maximalen Leistung von 60 Kilowatt bringen sie den E-Flitzer mit 4500 Umdrehungen pro Minute auf Touren.


Der Rennwagen vom E-Rennstall der Hochschule Esslingen rast lautlos über Pisten. Ein Elektromotor treibt ihn an. © E-Rennstall, Hochschule Esslingen

Der Sprinter erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 140 Stundenkilometer. Zwei Lithium-Polymer-Batterien mit einer Kapazität von insgesamt 8 Kilowatt pro Stunde (kWh) ermöglichen eine Reichweite von 22 Kilometer.

Elektrotechnikstudenten vom E-Rennstall der Hochschule Esslingen haben das 300-Kilogramm-Auto neben ihrem Studium konstruiert. Sie sind damit bereits beim internationalen »Formula-Student-Electric«-Wettbewerb in Italien gestartet. Vom 14. bis 16. Mai wird der Bolide auf der Messe Sensor + Test in Nürnberg am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand (Halle 12, Stand 537) präsentiert. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS in Erlangen haben die komplette Stromsensorik in enger Kooperation mit der Seuffer GmbH & Co.KG entwickelt – einem Industriepartner, mit dem sie seit mehr als elf Jahren zusammenarbeiten. Das Calwer Unternehmen sponsort die Studenten vom Team »E.Stall«.

»Das Thema Elektromobilität rückt immer mehr in den Mittelpunkt. Am Beispiel des Rennwagens können wir neuartige Sensoriklösungen, Batterie- und Energiemanagementkonzepte demonstrieren«, sagt Klaus-Dieter Taschka, Ingenieur am IIS. Neben Rädern, Bremsen, Dämpfereinheit, Batterien und Elektromotoren ist EVE mit zahlreichen Sensoren ausgerüstet: Dazu gehören Bremsdruck-, Crash-, Temperatur-, Beschleunigungs-, Gaspedal-, Bremspedal-, Geschwindigkeits-, Lenkwinkel-, Raddrehzahl- und Stromsensoren. Die letzteren sechs könnten zum Beispiel alle mit den HallinOne®-Sensoren des IIS realisiert werden – einem 3D-Magnetfeldsensor, der unter anderem bereits serienmäßig in Waschmaschinen verbaut ist, um dort die Position und Lage der Wäschetrommel zu bestimmen.

Stromsensoren ermitteln Ladezustand der Batterie

Die beiden seitlich der Batterien angebrachten Stromsensoren nutzen die 3D-Magnetfeldsensor-Technologie vom IIS, um das vom elektrischen Stromfluss erzeugte Magnetfeld zu messen und so den Ladezustand des Akkus zu ermitteln. Das Besondere: Die Sensoren messen berührungslos den Strom, der von der Batterie zum Motor fließt, und beim Bremsvorgang vom Motor zur Batterie zurückströmt. Die integrierte Sensorik erlaubt es, Störungen und Fremdmagnetfelder zu eliminieren, sodass eine hohe Messgenauigkeit garantiert ist. Ein weiterer Vorteil: Neben dem Strom lassen sich auch Größen wie Spannung und Temperatur der Batterie erfassen. Die ermittelten Werte werden an die Power Control Unit (PCU) und das Batteriemanagementsystem (BMS) übertragen, das die Lade- und Endladevorgänge kontrolliert.

Intelligentes Batteriemanagementsystem verlängert Akkulaufzeit

Limitierender Faktor aller Elektrofahrzeuge sind die kurzen Batterielaufzeiten und die begrenzte Lebensdauer der Akkus. Das BMS des Fraunhofer IIS in Nürnberg adressiert dieses Problem, indem es das Impedanzspektrum aller Batteriezellen ermittelt und permanent deren Funktionsfähigkeit prüft. So lassen sich Aussagen über den Gesundheitszustand, die aktuelle Kapazität oder die potentielle Lebensdauer der Zelle machen und genauere Laufzeitvorhersagen treffen.

Durch Alterung können die einzelnen Batteriezellen mit der Zeit weniger Energie speichern. Die Herausforderung liegt darin, die Nutzung der Zellen zu optimieren. »Bisher konnte einem Batteriesystem nur soviel Energie entnommen werden, wie in der schwächsten Zelle vorhanden ist. Die Energie der anderen Zellen blieb ungenutzt. Unser BMS verfügt über eine aktive Zellsymmetrierung, mit der sich Energie zwischen stärkeren und schwächeren Zellen transportieren lässt. So werden alle Zellen gleichmäßig belastet und die maximale Kapazität des gesamten Akkublocks kann verwendet wer-en«, erläutert Dr.-Ing. Peter Spies, Gruppenleiter am IIS in Nürnberg. Durch die aktive Ausbalancierung der Zellen während des Lade- und Entladevorgangs lassen sich Lebensdauer und Reichweite des Akkus vergrößern. »Das derzeit in EVE verbaute BMS ist eine Eigenentwicklung des ‚E.Stall‘. Es ließe sich aber durch unsere Lösung ersetzen«, sagt Spies.

Polarisationskamera erkennt Risse in Karosserie

EVE verfügt über kompakte Außenmaße, einen Stahl-Gitterrohrrahmen und eine Karosserie aus Carbon. Da auf der Piste hohe Belastungen auf die Kunststofffasern wirken, können winzige Risse im Material auftreten. Um die Schäden frühzeitig zu erkennen, misst eine vom IIS in Erlangen entwickelte Polarisationskamera Spannungen in der Carbonstruktur (nicht lackierte Flächen). POLKA heißt die handliche Kamera, die die Kratzer sichtbar macht. Sie registriert Eigenschaften des Lichts, die dem menschlichen Auge verborgen bleibt – die Polarisation. Bei Materialspannungen im Kunststoff ändern sich die Polarisationseigenschaften. POLKA bestimmt die gesamte Polarisationsinformation mit einer einzigen Aufnahme und einer Geschwindigkeit von bis zu 250 Bildern pro Sekunde pixelgenau. Die zugehörige Software übersetzt die gewonnenen Informationen über Intensität, Winkel und Grad der Polarisation durch eine online-Farbcodierung in eine für das menschliche Auge geeignete Darstellung. Das System wird ebenfalls am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand präsentiert.

»Wir sind davon überzeugt, dass EVE dank innovativer Technik sehr gute Leistungen auf umweltbewusstem Niveau bringen wird«, sagt Rolf Kleiner, Gruppenleiter der Abteilung Batterie-Technik bei Seuffer. Dies können die Studenten vom Team »E.Stall« schon bald beweisen: Noch in diesem Jahr gehen sie mit EVE bei Formula-Student-Rennen in Italien, Spanien und Tschechien an den Start.

Klaus-DieterTaschka | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/April/rennbolide-mit-elektroantrieb.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht HAWK-Ingenieurinnen und -Ingenieure entwickeln die leichteste 9to-LKW-Achse ihrer Art
17.08.2018 | HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst, Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen

nachricht Neue Schaltschrank-Plattform für die Automobilindustrie
16.08.2018 | Rittal GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Quantenverschränkung erstmals mit Licht von Quasaren bestätigt

20.08.2018 | Physik Astronomie

1,6 Millionen Euro für den Aufbau einer Forschungsgruppe zu Quantentechnologien

20.08.2018 | Förderungen Preise

IHP-Technologie darf in den Weltraum fliegen

20.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics