Das Forschungsvorhaben nutzt die nun kommerziell zur Verfügung stehenden neuartigen WBG SiC Bauelemente um leistungselektronische Systeme, namentlich Traktions-DC/DC-Wandler und On-board Ladegerät, noch effizienter und deren Funktionalität mit noch weniger Materialaufwand und noch geringeren Kosten zu realisieren, als das mit dem derzeitigen Stand der Technik möglich ist. Der Traktions-DC/DC-Wandler ist eine besonders wichtige Komponente zur Realisierung einer nachhaltigen, d.h. möglichst effizienten Elektromobilität. Das geplante Forschungsvorhaben optimiert mittels eines chip-integrierten passiven Dämpfungsgliedes das Schaltverhalten des Traktions-DC/DC-Wandlers und erhöht dadurch seine Leistungsfähigkeit deutlich. Zudem wird gezeigt, dass der Traktions-DC/DC-Wandler auch als On-board Ladegerät genutzt werden kann (Dual-Use-Prinzip), was zu einer massiven Kosteneinsparung bei gleicher Funktionalität führt.
Intelligente und nachhaltige Mobilität ist ein zentrales Ziel der neuen Hightech-Strategie. Forschungsarbeiten zu Elektroniksystemen für die Elektromobilität sowie automatisiertes, elektrisches Fahren leisten hier wesentliche Beiträge. Für eine höhere Marktakzeptanz von Elektrofahrzeugen sind neben der Reichweite auch die Kosten entscheidend. Diese können durch die Steigerung der Wirkungsgrade von elektronischen Komponenten entscheidend gesenkt werden. Der aktuelle Stand der Technik zur Darstellung von hocheffizienten elektrischen Antrieben mit hoher Leistung stößt an seine Grenzen. Ziel im Forschungsprojekt H3Top ist es, die Leistung über eine höhere Spannungslage zu erhöhen und gleichzeitig die Effizienz zu steigern. Dazu soll eine neuartige Wechselrichtertopologie für den Einsatz im Traktionsantrieb in Elektrofahrzeugen erforscht und weiterentwickelt werden. Zum Einsatz kommen dabei vorhandene kostengünstige 650 V-Halbleiterbauteile, wodurch positive Skaleneffekte erwartet werden. Außerdem werden die Themen Bauraum, Lagerströme, EMV, Ausfallsicherheit/Verfügbarkeit und Geräuschemission untersucht, da sie weiteres Potential zur Nutzerakzeptanz versprechen.
Im Gesamtverbundvorhaben 'Erhöhung der funktionalen Sicherheit sowie der Fehlertoleranz des elektrischen Antriebssystems (SichElAn)' werden Ziele zur Erhöhung der funktionalen Sicherheit und der Verfügbarkeit durch Steigerung der Fehlertoleranz (gegenüber beherrschbaren Arten von Fehlern) des elektrischen Antriebssystems thematisiert. Dazu werden Möglichkeiten und Potentiale modellgestützter Verfahren zur Realisierung eines 'Fail-Safe-Betriebs' sowie eines 'Fault-Operational-Betriebs' (als Rückfallebene) bei Auftritt eines Fehlers im System betrachtet. Als Verbundpartner arbeiten die Universität Paderborn und die ZF Friedrichshafen AG an spezifischen Teilvorhaben. Das Teilvorhaben der Universität Paderborn: 'Modellgestützte Fehlerdiagnose und fehlertolerante Regelungsverfahren (MFFR)' zielt auf die Untersuchung vorhabenspezifischer Fragestellungen zu modellgestützten Überwachungs- und Fehlerdiagnoseverfahren sowie fehlertoleranten Regelungsverfahren ab. Im Wesentlichen sind die Ziele: 1. Gewinn eines möglichst umfassenden Kenntnisstands aller möglichen Fehlerfälle und Auswirkungen innerhalb des Gesamtsystems, 2. Gewinn detaillierter bzw. fundierter Kenntnisse über Methoden und Modellbeschreibungen zur echtzeitfähigen, robusten Überwachung und Fehlerdiagnose (Fehlererkennung, -detektion und -isolation) elektrischer Traktionsantriebe, 3. Bereitstellung weiterentwickelter Methoden und Verfahren zur Steigerung der wissenschaftlichen Kompetenz auf diesem Themengebiet. Das Teilvorhaben der ZF Friedrichshafen AG 'Spezifikation und Validierung' umfasst die Beschreibung der Anforderungen, Zusammenstellung von marktgerechten und gesetzlichen Zielen für elektrische Antriebssysteme, die Mitarbeit bei Konzept-Erstellung und -Bewertung sowie die Validierung am Prüfstand des erstellten Funktionsdemonstrators. Dazu soll ein bei ZF vorhandener Prüfstand und Antrieb verwendet werden. Die Ziele des Teilvorhabens sind: 1. Erkenntnisse, wie Normen und Standards zur funktionalen Sicherheit zu erfüllen sind 2. Kenntnisse über die Eignung von Methoden zur Fehlerdetektion und -beherrschung für elektrische Antriebssysteme 3. Bewertung dieser Methoden 4. Schaffung einer Entscheidungsgrundlage für zukünftige Produktentwicklungen Zum strukturierten Vorgehen bei der Umsetzung orientieren sich die einzelnen Projektschritte der beiden Projektpartner am weit verbreiteten V-Modell. Die Universität Paderborn übernimmt während der jeweiligen Projektphasen schwerpunktmäßig die Teilaufgaben: Systemanalyse mit Methoden und Verfahren der Probabilistischen Sicherheitsanalyse (PSA), Entwurf des Gesamtsystemkonzepts, Entwicklung der Softwaremodule und Verifikation der entwickelten Methoden. Die ZF Friedrichshafen AG bearbeitet schwerpunktmäßig die Teilaufgaben: Gesamtsystemanalyse, Spezifikation, Hardwareentwicklung und Konzept zur Fehlersignalstimulation, Implementierung am Prüfstand sowie die Validierung des Gesamtkonzeptes und kritische Bewertung der erzielten Ergebnisse.
1. Vorhabenziel: Das Forschungsvorhaben zielt auf die Erforschung von Hochdrehzahl EV-Antriebssträngen, intelligenter Aktorik sowie urban optimierten Fahrerassistenzsystemen für einen höchsteffizienten Fahrzeugbetrieb. Parallel sollen hierfür antriebsflexible Produktions- bzw. Montagekonzepte erarbeitet und in einer integrierten Bewertung von Produkt- und Produktionskonzept hinsichtlich Wirkungsgrad, Wirtschaftlichkeit, Flexibilität und weiterer Zielgrößen bewertet werden. 2. Arbeitsplanung: Bosch bringt sich in zwei Arbeitspaketen in das Projekt ein. Bosch Schwerpunkt in AP1 ist die Entwicklung einer skalierbaren, hochdrehzahltauglichen Leistungselektronik zum verlustarmen Betrieb des Hochdrehzahlantriebs (30.000/min). Ausgehend von einer Konzeptanalyse sowohl für die Leistungselektroniktopologie als auch die Ansteuer- und Regelungstechnik wird ein Konzept ausgewählt und prototypisch realisiert. Die Entwicklung der Hochdrehzahlmaschine begleitet Bosch durch Unterstützung bei der Bewertung der Rückwirkungen des Inverters auf die Maschine, Fertigung der Aktivteile sowie durch Absicherung der Drehzahlfestigkeit anhand von Schleudertests. Im übergreifenden AP4 erarbeitet Bosch eine Antriebssimulationsumgebung und Antriebsoptimierung mit spezieller Berücksichtigung von Hochdrehzahlantriebstechnik und vorausschauendem Fahren. Messungen am Gesamtantrieb inkl. Maschine, Elektronik und Mehrganggetriebe dienen der Validierung sowohl der Komponentenmodelle als auch der Gesamtantriebssimulation
Im Verbundprojekt KISEL sollen heterogene Softwarewerkzeuge zur Modellierung von elektrischen Antriebssträngen im Rahmen einer Modellbibliothek zusammengeführt werden. In dem am Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen (IMAB) durchzuführenden Teilvorhaben werden sowohl Energiewandler in Nebenaggregaten (Klimatisierung, Wärmemanagement im Antriebsstrang) als auch im Traktionsantriebssystem (Hochvoltbatterie, Bordnetz, Leistungselektronik und Elektromotor) betrachtet mit dem Ziel einer vereinheitlichten Modellgestaltung und strukturierten Gestaltung der Modellschnittstellen. Wesentliche Zielsetzung des Teilvorhabens ist die Realisierung von skalierbaren Modellen, um breite Leistungsbereiche verschiedener Fahrzeugkonzepte in der Anwendung abdecken zu können.
Gesamtziel des Vorhabens ist die Erforschung und Erprobung innovativer und ganzheitlicher Methoden zur automatischen Produktion von effizienzgesteigerten E-Motoren. Für den Lehrstuhl FAPS der Universität Erlangen-Nürnberg besteht das Projektziel darin, ein roboterbasiertes Wickelverfahren für den industriellen Einsatz zu entwickeln, das in der Lage ist, den Stator einer elektrischen Traktionsmaschine flexibel, automatisiert, prozesssicher und kosteneffizient zu fertigen. Für die Fertigung von Statorwicklungen wird ein robotergestütztes Nadelwickelverfahren entwickelt. Dazu müssen zunächst die Anforderungen des herzustellenden Elektromotors spezifiziert und bei der Auslegung einer Roboterkinematik berücksichtigt werden. Dann können geeignete Werkzeuge zur Verlegung des Drahtes konzipiert, realisiert und an den Roboter angeflanscht werden. Wesentlicher Arbeitsinhalt ist auch die Programmierung der Verfahrbewegungen des Roboters. Darüber hinaus sollen Synergien des Wickelverfahrens zur Optimierung des Isoliersystems durch die definierte Ablage des Drahtmaterials aufgezeigt, die Möglichkeiten zur Steigerung des Nutfüllfaktors verifiziert und die Potenziale durch die definierte Bereitstellung der Drahtenden für lasergestützte Kontaktierungsverfahren erhoben werden. Auf Grundlage der Voruntersuchungen wird eine Demonstratorzelle realisiert, deren technische Leistungsfähigkeit anhand von definierten Demonstrator-Statoren überprüft wird.
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