Seit mehr als zehn Jahren entwickelt das Fraunhofer IISB leistungselektronische Komponenten für batterie- und hybridelektrische Fahrzeuge. Das Portfolio umfasst elektrische Antriebssysteme, integrierte Umrichter, isolierende und nicht-isolierende DC/DC-Wandler sowie Ladegeräte und Batteriespeichersysteme. Um diese Komponenten im Verbund und unter Praxisbedingungen erproben zu können, wurde nun das Erprobungs- und Demonstrationsfahrzeug IISB-ONE vorgestellt.
Der Elektro-Sportwagen basiert auf einem Chassis der früheren Firma Artega und ist ausschließlich mit IISB-Komponenten ausgestattet. Diese wurden in verschiedenen Forschungsprojekten und in Kooperationsprojekten mit der Automobilindustrie entwickelt. Durch umfangreiche Komponenten- und Fahrzeugtests sowie die Einhaltung relevanter Normen und Vorschriften konnte nun das Projektziel einer Straßenzulassung des IISB-ONE erreicht werden.
Ziel des Fraunhofer-Institut war es, nicht einfach ein funktionsfähiges Fahrzeug zu bauen, sondern darüber hinaus eine flexible alltagstaugliche Forschungsplattform zu schaffen. Die Wissenschaftler des IISB nutzen die gewonnenen Erkenntnisse, um die vorhandene Systemkompetenz auf dem Gebiet leistungselektronischer Fahrzeugkomponenten und Batteriesysteme für E-Fahrzeuge weiter auszubauen.
Integriertes elektrisches Antriebssystem
Der im Fahrzeug installierte integrierte Traktionsantrieb wurde vom Fraunhofer IISB im Rahmen des BMBF-geförderten Verbundforschungsprojekts FSEM realisiert. Das System zeichnet sich durch zwei mechanisch unabhängige Einzelradantriebe mit integriertem Doppelumrichter und separater feldorientierter Regelung der beiden E-Maschinen aus. Damit ist eine freie Drehmomentverteilung auf beide Antriebsräder der Achse möglich.
Insgesamt stehen pro Rad eine Antriebsleistung von 80 kW sowie ein Spitzendrehmoment von 2000 Nm zur Verfügung. Die in den Antrieb integrierte Leistungselektronik senkt sowohl den Platzbedarf als auch die Kosten. Die Leistungselektronik nutzt erstmals neuartige intelligente Umrichterbausteine, die viele konzeptionelle Schwächen heutiger Leistungsmodule beseitigen sollen.
Intelligente Energiespeicherung & -verteilung
Das Hochvolt-Bordnetz des IISB-ONE folgt dem Instituts-Ansatz einer flexiblen, intelligenten und sicheren Energie-Bereitstellung in Elektrofahrzeugen. Herzstück ist hierbei ein auf Lithium-Ionen-Zellen basierendes Batteriesystem mit 355 Volt Nennspannung. Der modulare interne Aufbau des am Institut entwickelten integrierten Batteriemanagements soll dabei eine Adaption des Energiespeichers an unterschiedlichste Leistungs-, Energie- und Fahrzeugklassen ermöglichen.
Ein Gleichspannungswandler mit 3,5 kW ersetzt die klassische Lichtmaschine im Auto und versorgt das 12 V-Bordnetz aus der Hochvolt-Batterie. Ein nicht-isolierender Hochleistungs-Gleichspannungswandler stellt dem Antriebssystem in Abhängigkeit vom Fahrzustand stets die optimale Betriebsspannung zur Verfügung. Das System ist auch offen für die zukünftige Einbindung eines weiteren Energiespeichers, egal ob es sich beispielsweise um eine Zusatzbatterie oder eine Brennstoffzelle handelt.
Universelle Lademöglichkeiten
Der IISB-ONE ist vorbereitet für den Test und die Demonstration verschiedenster kontaktloser und kabelgebundener Ladetechnologien. Ein in den Energiespeicher integriertes proprietäres AC-Ladegerät ermöglicht ein flexibles Laden sowohl an öffentlichen Ladestationen als auch an jeder beliebigen Steckdose mit bis zu 3,7 kW. Über den integrierten Hochleistungs-Gleichspannungswandler wird zusätzlich eine DC-Schnelladefunktion an kostengünstigen, da ungeregelten Gleichspannungs-Ladestationen bereitgestellt.
Highlight ist ein induktives Ladesystem an der Fahrzeugfront, mit dem ein kontaktloses – also kabelloses – Laden des IISB-ONE mit bis zu 3,5 kW ermöglicht wird. Das System soll sich durch höchsten Nutzerkomfort, eine hohe Positionstoleranz, geringe Kosten, hohe Sicherheit und einen hohen Ladewirkungsgrad von bis zu 97 Prozent bei einem Gewicht von nur drei kg auszeichnen.