Nutzerorientierte Elektromobilität
Projekt Abgeschlossen - Ansprechpartner: ftm@ftm.mw.tum.de
Elektromobilität bietet eine große Chance, konventionelle Fahrzeugantriebe in den nächsten Jahren sukzessive zu reduzieren und eine emissionsarme bzw. lokal emissionsfreie Mobilität zu ermöglichen. Die Automobilindustrie, insbesondere auch die bayerischen Hersteller, konnten in den letzten Jahren mit der Einführung etlicher Modelle eindrücklich nachweisen, dass batterieelektrische Fahrzeuge technisch und auch wirtschaftlich sinnvoll auf dem Markt platzierbar sind. Trotz aller technischen Innovationen sind die Verkaufszahlen, insbesondere bei Privatpersonen, noch nicht ausreichend, um das Ziel der Bundesregierung (1 Million Elektrofahrzeuge in 2020) zu erreichen. Die geringe Gesamtreichweite und im speziellen auch eine unzuverlässige Reichweitenprognose schrecken viele potentielle Kunden ab. Das Forschungsvorhaben „Nutzerorientierte Elektromobilität – NEmo“ stellt diese zwei Defizite in den Vordergrund und untersucht ausgewählte Fragestellungen, wie die Nutzerakzeptanz von Elektrofahrzeugen gesteigert werden kann.
Problemstellung
- Geringe Nutzerakzeptanz durch unzuverlässige Reichweitenprognose und geringe Reichweite von Elektrofahrzeugen
- Hohe Verlustleistung in elektrischen Antriebssträngen
- Geringe Vernetzung der einzelnen Komponenten
- Aufwendige Herstellungsprozesse
- Komponenten entstammen oft dem industriellen Umfeld und sind wenig an das Automobil angepasst
Ziele des Vorhabens
Hauptziel des Forschungsvorhabens NEmo ist ein Wissensvorsprung für die bayerische Forschung im Bereich der Elektromobilität mit dem Bestreben einer wirtschaftlichen Umsetzung der generierten Ergebnisse und der damit verbundenen Sicherung und Stärkung der bayerischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen im globalen Wettbewerb. Einhergehend wird eine stärkere Vernetzung der akademischen und industriellen Partner untereinander und somit eine bessere Ausschöpfung der vorhandenen Potentiale angestrebt. Auf Forschungsebene steht eine Erhöhung der Nutzerakzeptanz als Kernziel im Vordergrund. Dies soll insbesondere durch eine Reichweitensteigerung und eine höhere Prädiktionsgenauigkeit der verbleibenden Restreichweite ermöglicht werden. Die Reichweitensteigerung soll durch einen effizienteren Antrieb mit variabler Zwischenkreisspannung erreicht werden. Dafür sollen innovative Systeme und Algorithmen in einem Prototypenfahrzeug umgesetzt und deren Nutzen in Fahrversuchen und Simulationen validiert werden. Weiterhin soll durch eine öffentlichkeitswirksame Demonstrationsfahrt die bayerische Bevölkerung in Kontakt mit der Forschung gebracht werden, um damit beizutragen Unsicherheiten und Vorurteile gegen Elektrofahrzeuge abzubauen.
Durchführung
Im Forschungsvorhaben NEmo sollen Lösungskonzepte für zwei Kernprobleme, welche die Elektromobilität derzeit bei ihrer Markteinführung erfährt, erarbeitet werden. Dabei handelt es sich um die geringe Gesamtreichweite und die ungenaue Reichweitenprognose, die bislang sowohl Forschungs- als auch den Serienelektrofahrzeugen eigen ist. Dabei soll insbesondere auch die Interaktion des Nutzers mit dem Fahrzeug in den Vordergrund gestellt werden.
Die Gesamtreichweite lässt sich steigern, indem der Wirkungsgrad des elektrischen Antriebsstrangs erhöht wird. Als Stellschraube dafür bietet sich die Zwischenkreisspannung an, die in bisherigen Elektrofahrzeugen ausschließlich als konstante Quellenspannung der Batterie genützt wird. In Vorarbeiten konnte gezeigt werden, dass sich damit der Gesamtwirkungsgrad um bis zu 10% erhöhen lässt. Im Forschungsvorhaben NEmo soll nun das Konzept der variablen Zwischenkreisspannung weiter erforscht werden. Dazu gehören insbesondere ein detaillierter Vergleich der zwei möglichen Konzepte (Gleichspannungswandler und Batteriepackverschaltung) und eine genaue Analyse der jeweiligen Einsatzzwecke. Weiterhin soll die variable Zwischenkreisspannung hinsichtlich ihres Verhaltens im Verbund aus Batterie, Leistungselektronik und Motor weiter erforscht und mögliche Stellschrauben für eine Effizienzsteigerung analysiert werden. Mögliche Betriebsstrategien sind ebenfalls unerforscht und sollen auch ein wichtiger Aspekt dieses Forschungsvorhabens sein, insbesondere auch da sie direkt vom Nutzer wahrgenommen werden.
Für eine erhöhte Nutzerakzeptanz ist eine genauere Reichweitenprognose ebenso unabdingbar. Bisherige Elektrofahrzeuge nutzen nur einen geringen Teil der verfügbaren Informationen zur Reichweitenberechnung und ebenso ungenau fallen die Ergebnisse aus. Im Forschungsvorhaben NEmo sollen deswegen hochgenaue Daten von Fahrer, Fahrzeug, Antriebsstrang und Umgebung für die Berechnung der Restreichweite miteinander verknüpft und deren gegenseitige Abhängigkeiten erforscht werden. Mit Hilfe einer genaueren Reichweitenvorhersage können Strecken zuverlässiger geplant, vorhandene Ladestationen sicher angefahren und somit indirekt die Gesamtreichweite gesteigert werden. Zusätzlich kann der Ladehub des Energiespeichers besser ausgenutzt und dementsprechend die nutzbare Energie erhöht werden.
Industriepartner
- IAV GmbH, München
- Kratzer Automation AG,Unterschleißheim
- LION Smart GmbH,
- Garching TÜV SÜD AG, Garching
- Invenox GmbH, Garching
Gefördert durch die Bayrischen Forschungsstiftung