VEHICLE – Hybridisierung von Lithium-Ionen-Akkus mit Superkondensator
Das Energiespeichersystem in elektrischen oder Plug-In-Hybridfahrzeugen stellt heutzutage das schwächste Glied im Antriebssystem eines Fahrzeuges dar mit den Nachteilen der Kosten, begrenzten Reichweite, lange Ladezeit usw. Daher besteht die Herausforderung für die Automobilindustrie in der Entwicklung von eingebetteten Energiespeichersystemen. Innovative Lösungen müssen die Fahrzeugleistung bzgl. der Batterielebensdauer und Systemgröße verbessern, mit anderen Worten: Die Gesamtbetriebskosten reduzieren. Hierbei wird als ein vielversprechender Ansatz die Hybridisierung der Energiespeicher erprobt. Insbesondere ist der Einsatz zweier komplementärer Speichertechnologien zu nennen, oder genauer, auf der einen Seite Technologien mit hoher Energiedichte und auf der anderen Seite Speicher mit hoher Leistungsdichte. Diese Hybridisierung gibt die Möglichkeit, die Vorteile beider Speichersysteme auszunutzen und bietet zudem einen weiteren Freiheitsgrad bzgl. der Auslegung der Speichergrößen.
Das IEEM entwickelt im Rahmen des europäischen Projekts VEHICLE ein Energiemanagementsystem für einen innovativen Antriebstrang in Elektrofahrzeugen
Das Projekt VEHICLE wird im Rahmen des Programms INTERREG V Upper Rhine und der Initiative Offensive Science entwickelt. Es wird im Rahmen dieser Initiative von der Region Grand Est (Frankreich) und den Bundesländern Baden-Württemberg und Rheinland-Pfalz (Deutschland) mitfinanziert. Das Akronym VEHICLE steht dabei für “AdVanced li-ion battEry/supercapacitor HybrId energy storage system with synchronous reluctance maChine for eLEctric vehicle applications”. Hauptziel ist es die Optimierung der Total Cost of Ownership (TCO) eines Elektrofahrzeugs durch Verbesserung der Batterielebensdauer mittels einem hybriden Energiespeichersytem (HESS) und den Einsatz einer fortschrittlichen synchronen Reluktanzmaschine. Dieses Projekt zielt darauf ab, den Wissenstransfer, die Vernetzung und die Zusammenarbeit zwischen Unternehmen und Hochschulen zu stärken.
Ziele des Projekts
Basierend auf dieser Idee lauten die konkreten Ziele wie folgt:
- Die optimale technische Kombination aus Batterie und Elektromaschine finden, sodass Elektrofahrzeuge eine höhere Akzeptanz beim Kunden erreichen.
- Evaluierung des Einflusses der Energiemanagement-Strategien auf Dimensionierung und Lebensdauer eines HESS.
- Entwicklung von intelligenten Energiemanagementsystems (EMS), die auf prädiktiven Algorithmen basieren und für die Vorhersage der Batterielebensdauer geeignet sind.
- Auswahl und Konzeption eines kompakten Leistungswandlers für HESS bestehend aus Li-Ion-Batterien und Superkondensatoren.
- Entwicklung einer optimalen Regelung für synchrone Reluktanzmaschinen, um den Einfluss von Stromoberschwingungen auf die Lebensdauer der Batterie zu minimieren.
- Aufbau eines leichten und skalierbaren Testaufbaus für einen elektrischen Antriebsstrang basierend auf einem hybriden Batterie/Superkondensator-Speicheransatz und einer synchronen Reluktanzmaschine.
- Entwicklung eines ganzheitlichen modellbasierten Energiemanagements und einer Lebensdauerprognose für Lithium-Ionen-Batterien für den Einsatz in Kombination mit Superkondensatoren.
- Verfeinerung und Validierung des entwickelten Batteriemodells durch programmierte Zyklen- und Impedanztests in Kombination mit anderen in situ Methoden.
- Entwicklung von speziellen Testgeräten für die fortschrittliche Batteriediagnose zur Zellalterung.
- Lebensdauervorhersage von Li-Ionen Batterien und deren Vergleich bei einer hybriden und singulären Verwendung.
Umsetzung
Die vorgeschlagene Lösung basiert auf der Verwendung eines HESS und kombiniert die Stärken zweier komplementärer Technologien in Form von spezifischen Energie- und Leistungsdichtentechnologien gemäß Abbildung unten. Das Speichersystem besteht dabei aus Li-Ionen-Batterien und Superkondensatoren. Ein bidirektionaler DC/DC Leistungswandler ist weiter notwendig auf Seiten des Superkondensators, um die Leistungsverteilung zu sichern sowie einen sinnvollen Betrieb der synchronen Reluktanzmaschine für den Antriebsstrang zu gewährleisten. Letztere ist in der Regel zudem mit einem DC/AC-Wandler gekoppelt.
Eckdaten
Karlsruhe
Institut für Energieeffiziente Mobilität (IEEM)
Moltkestr. 30
76133 Karlsruhe
Post >
Institut für Energieeffiziente Mobilität (IEEM)
Postfach 2440
76012 Karlsruhe