32. Electric Vehicle Symposium

Lösungen für eine effizientere Elektromobilität

Quelle: Continental
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Auf dem Kongress EVS32 zeigt Continental Technologien, um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu steigern. Mit der Weltneuheit des Ringkat-Turboladers lässt sich die motorische Effizienz bei Hybriden weiter steigern. Das Thermo-Management Forschungsfahrzeug veranschaulicht den Beitrag einer intelligenten Wärmenutzung zur Reichweitenerhöhung. Dabei wird Künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt, um Brennstoffzellensysteme effizienter auszulegen.

Mit dem wachsenden Interesse an Elektromobilität und an Elektrofahrzeugen (EV) wird es immer wichtiger, für eine gute Alltagstauglichkeit von EV zu sorgen. Auf dem 32. Electric Vehicle Symposium in Lyon, Frankreich, haben Experten des Antriebsgeschäftes von Continental Vorträge über Innovationen für eine effizientere Elektromobilität gehalten. So kann ein systemisches Thermo-Management trotz niedriger oder hoher Umgebungstemperaturen eine deutlich größere Fahrzeugreichweite ermöglichen.

Ein Forschungsfahrzeug auf der Basis eines existierenden Mittelklasse-EV wird erstmals dazu von Continental vorgestellt. Weiterhin können Brennstoffzellenfahrzeuge eine Lösung für große Reichweiten sein, insbesondere bei schweren und Nutzfahrzeugen sein. Continental setzt inzwischen Künstliche Intelligenz (KI) und das Prinzip der Schwarmintelligenz ein, um Brennstoffzellensysteme optimal auszulegen. Der Bedarf an Elektroniken mit höherer Leistungsdichte, höherer Leistungsabgabe und mehr integrierten Funktionen bei gleichzeitig kompakteren Abmessungen wird weiter zunehmen, gerade bei kleineren EV und Plug-In Hybriden. Neue Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid (GaN) sind mögliche Lösungen für diesen höheren Integrationsgrad, beispielsweise für bidirektionale Ladegeräte im Fahrzeug.

„Elektrofahrzeuge, Hybride und Brennstoffzellenfahrzeuge werden integrale Bestandteile des künftigen Mobilitätsmix sein. Da sie für ihre Fahrer eine Veränderung darstellen, ist es wichtig, die Fahrzeuge möglichst gut nutzbar zu machen. Dabei geht es um viel mehr, als um das reine Fahren. Um die Elektromobilität erfolgreich zu machen, müssen wir uns auch um mögliche Schwachstellen in der Praxis kümmern, die ansonsten den Fahrspaß trüben können“, sagte Stephan Rebhan, Leiter Technology & Innovation Powertrain. „Thermo-Management und effizientes Laden stehen ganz oben auf dieser Liste, weil sie die Nutzbarkeit von Elektrofahrzeugen deutlich verbessern können.“

Jeder stolze neue Besitzer eines EV erlebt beim ersten einsetzenden Winter auf der nördlichen Hemisphäre eine Überraschung: Bei Temperaturen unter 0 °C kann die verbleibende Reichweite des Fahrzeugs viel geringer sein als bei 20 °C. Im Interesse der Gebrauchstauglichkeit muss man diesen temperaturbedingten Reichweitenverlust möglichst klein halten.

Mehrwegeventile und Electro-Thermal Recuperator

In Lyon hat Continental Lösungen dazu aufgezeigt: Das Thermo-Management Forschungsfahrzeug ist mit speziell entwickelten Mehrwegeventilen (Coolant Flow Control Valves, CFCV), Kühlmittelpumpen und dem neu entwickelten Electro-Thermal Recuperator (ETR), einem intelligenten Heizer ausgerüstet. Im Zusammenspiel nehmen diese Komponenten Wärme und Energie auf, wo sie entstehen und leiten sie dorthin, wo sie nützlich sind. So wird die Energieentnahme aus der Batterie reduziert und damit die Reichweite erhöht.
Je nachdem, auf welchem Temperaturniveau sich Kernkomponenten wie die Batterie befinden, kann der Wärmefluss ganz nach Bedarf flexibel umgeleitet werden.

Der intelligente Heizer etwa kann helfen, den Innenraum oder die Batterie aufzuheizen, wenn die Batterie zu kalt ist, um die Ströme aus der Rekuperation aufzunehmen. Dazu wandelt der intelligente Heizer den Strom in Wärme um, die sich nun optimal nutzen lässt. „In einem EV wollen Mensch und Maschine ihren Komfortbereich”, sagte Rebhan. „Ein Auto mit unserem intelligenten Heizer kann den Innenraum in einem Drittel der Zeit aufwärmen, die ein Fahrzeug ohne den ETR dafür benötigt.“

GaN ist wegen seiner geringeren Durchlasswiderstände und Schaltverluste eine vielversprechende Technologie für die Leistungselektronik. In einem bidirektionalen luftgekühlten Fahrzeug-Ladegerät beispielsweise ermöglicht GaN einen Ladewirkungsgrad von 95 %, was die Ladezeiten verkürzt, die Effizienz insgesamt verbessert und somit die Nutzbarkeit von elektrifizierten Fahrzeugen optimiert.

Einen Antriebsstrang mit Brennstoffzelle auszulegen, ist eine verhältnismäßig komplexe Aufgabe: Er verfügt über zwei elektrochemische Energiequellen (Brennstoffzelle und Batterie), die über mindestens einen DC/DC-Konverter mit dem Inverter und dem Elektromotor verbunden sind. Um aus diesem Antriebsstrang den größtmöglichen Wirkungsgrad herauszuholen, bedarf es der besten Betriebsstrategie und der effektivsten Aufteilung der Lastanforderung zwischen Brennstoffzelle und Batterie.

Die Division Powertrain setzt KI und Pontryagin’s Minimum Principle (PMP) Optimierungs-Algorithmen ein, um das optimale Brennstoffzellensystem für einen speziellen Fahrzyklus zu berechnen. Durch Rückgriff auf ihr Know-how im Bereich KI und Schwarmintelligenz gelang es den Brennstoffzellenexperten, die Energieverluste auf der Strecke Batterie-DC/DC-Konverter um rund 3,5 % zu senken, indem sie intelligente Regelprinzipien identifizierten und anwendeten. (rhh)

Continental

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