Forschung an E-Mobilität gebündelt Lässt sich das Steuer gemeinsam herumreißen?

Mitte Juni hat sich die Spitze der deutschen Elektromobilität-Begeisterten wieder einmal zur Nationalen Konferenz Elektromobilität in Berlin getroffen. In diesem Rahmen haben – angeführt von Kanzlerin Angela Merkel – Kfz-Hersteller, Zulieferer und Lobbyverbände diskutiert, wie man der schleppend voranschreitenden Elektrifizierung des Verkehrs Beine machen könnte. Heraus kamen, wenig überraschend, wieder einmal wenig Handfestes, dafür allerlei Versprechungen. So wird sich das hehre Ziel, bis 2020 eine Million Elektroautos auf deutsche Straßen zu bringen, wohl nicht erreichen lassen.

Ganz die Hoffnung aufgeben muss man aber auch nicht. Denn es gibt durchaus ernste Bemühungen, die Elektromobiliät in Deutschland voranzutreiben. So haben sich zum Beispiel die beiden Forschungsprojekte HV-ModAL und Luftstrom dies zum Ziel gesetzt.

Forschungsprojekt Luftstrom

Das Projekt Luftstrom erforscht, wie sich Batterien von Elektrofahrzeugen effizienter laden lassen. Es soll dazu beitragen, die Umstellung auf eine klimafreundliche Mobilität zu beschleunigen. Zwölf Partner aus der deutschen Automobil- und deren Zulieferindustrie und der Wissenschaft arbeiten hier in den kommenden drei Jahren zusammen. Durch den Einsatz neuer Leistungshalbleiter soll das Laden verlustärmer und dadurch letztlich annähernd geräuschlos werden.

Elektrofahrzeuge werden vorwiegend über Nacht geladen. Doch beim Laden entsteht im Ladegerät und in Spannungswandlern Wärme, die zum Beispiel über die Lüfter der wassergekühlten Aggregate abgeführt werden muss. Die damit verbundene Geräuschentwicklung kann erheblich sein. Durch die Luftstrom-Forschungsergebnisse werden die elektronischen Leistungskomponenten die Verluste während des Ladens voraussichtlich um 30 Prozent senken. Das bedeutet geringere Abwärme – und geringeren Kühlaufwand; Kühlaggregate werden kompakter und arbeiten leiser. Komponenten, die schon heute nur sehr wenige Verluste erzeugen wie Hilfsspannungsversorgungen, könnten in Zukunft sogar ganz ohne die bisher notwendige, aufwändige Wasserkühlung auskommen – und damit ohne lauten Lüfter.

Der Schlüssel für eine verlustarme Leistungselektronik sind modernste Leistungsschalter auf Basis von Galliumnitrid (GaN) oder Siliziumcarbid (SiC). Das Projekt Luftstrom soll daher auch herausfinden, wie solche Leistungsschalter zuverlässig in Ladegeräten, Spannungswandlern und Wechselrichtern für Nebenaggregate eingesetzt werden können. Die Luftstrom-Forschungsergebnisse werden den Übergang auf luftgekühlte und damit lüfterlose Systeme für zukünftige Elektrofahrzeug-Generationen beschleunigen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die Luftstrom-Forschungsarbeiten mit rund 3,9 Millionen Euro. Die Projektleitung hat Infineon Technologies.

Im Projekt ist die gesamte automobile Wertschöpfungskette zur Produktion und zum Einsatz dieser neuen Systeme vertreten. Die zwölf Luftstrom-Projektpartner sind AVL Software and Functions, BMW, Daimler, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB, die Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Infineon Technologies, die Leibniz-Universität Hannover, Lenze Drives, Robert Bosch, die RWTH Aachen University, Siemens und Volkswagen.

Forschungsprojekt HV-ModAL

Das Forschungsprojekt „Modulare Antriebsstrang-Topologien für hohe Fahrzeugleistungen“ (kurz: HV-ModAL) will mit neuen Antriebslösungen Elektrofahrzeuge leistungsstärker und attraktiver machen. Dabei soll in den nächsten drei Jahren ein Baukastensystem geschaffen werden, das sich für eine breite Palette von Antrieben unterschiedlicher Hersteller eignet. Die in dem Projekt versammelten Partner wollen so die Weltmarktstellung der deutschen Automobilindustrie bei elektrifizierten Fahrzeugen – sowohl voll elektrische als auch hybride – weiter stärken. Die Bandbreite der Leistung soll zwischen 50 und 250 kW liegen bei deutlich höheren Reichweiten. Heute üblich sind 125 kW und 150 km.

Im ersten Projektabschnitt wollen die Partner des Projekts ein gemeinsames Verständnis für Elektroantriebs-Plattformen schaffen, das die gesamte automobile Wertschöpfungskette berücksichtigt. Durch umfassende Konzept- und Komponentenforschung werden sie dann erarbeiten, welches die am besten aufeinander abgestimmten Einzelkomponenten solcher Plattformen sind.

Erforscht werden unter anderem IGBT-Leistungsmodule für hohe Antriebsleistungen von bis zu 250 kW und hohe Spannungen von bis zu 900 V, modulare Multi-Level-DC/DC-Wandler, Batterien mit integriertem DC/DC-Wandler und Systemkomponenten für Batterien mit mehr als 600 V. Um diese Komponenten zu beschreiben, zu definieren und dann optimal aufeinander abzustimmen, wird partnerübergreifend für verschiedene Fahrzeugplattformen ein flexibles Systemsimulationsmodell aufgebaut. Die theoretischen Ergebnisse werden dann mit Hilfe von optimierten Komponenten und Architekturen exemplarisch als Demonstratoren überprüft. Die Ergebnisse sind die Grundlage für die HV-ModAL-Systemkonzepte und damit letztlich den Systembaukasten für eine möglichst breite Palette von Elektroantrieben.

Während der Projektlaufzeit werden rund 7,5 Millionen Euro investiert. Etwa die Hälfte davon trägt das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Das Projekt läuft bis zum 31. Dezember 2017. Die Projektleitung hat auch hier wieder Infineon Technologies.

Es arbeiten insgesamt zehn Partner aus der Automobilbranche und aus der Forschung zusammen. Zu ihnen gehören neben den Automobilherstellern BMW und Daimler der Automobilsystemlieferant Robert Bosch, der Antriebssystementwickler AVL, das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen, die Leibnitz-Universität aus Hannover, die Universität der Bundeswehr München und die RWTH Aachen University sowie der Halbleiterhersteller Infineon Technologies.