Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie hat Porsche Engineering ein Wechselstrom-Batteriesystem entwickelt. Es integriert die normalerweise getrennten Funktionen des Batteriemanagement-Systems, des Pulswechselrichters und des Bordladegeräts in einer Komponente.
Für die Studie haben die Entwickler von Porsche Engineering die Hochvoltbatterie des Elektroantriebs in 18 einzelne Batteriemodule gegliedert, verteilt über die drei Phasen des Wechselstroms. Die flexible Zusammenschaltung der einzelnen Batteriemodule zu einem Modularen Multilevel Series Parallel Converter (MMSPC) als verteiltes Echtzeitsystem ermögliche eine dynamische Modellierung des Spannungsverlaufs, sodass die sinusförmige dreiphasige Wechselspannung für den Motor direkt aus der Gleichspannung der Batteriemodule erzeugt werden kann, heißt es.
„Mit dem MMSPC ist sowohl die direkte Ansteuerung des Elektro-Antriebsmotors beim Fahren als auch die direkte Anbindung ans Wechselstromnetz zum Laden der Batterie möglich“, erklärt Daniel Simon, Fachprojektleiter bei Porsche Engineering. „Der Trend in der Automobilindustrie geht in Richtung Hochintegration von Komponenten“, so Thomas Wenka, Fachprojektleiter bei Porsche Engineering. „Das eröffnet uns neue Möglichkeiten hinsichtlich Gehäusegröße, Gewichts- und Kostenreduzierung, Zuverlässigkeit und Effizienz.“
Das nun vorgestellte Konzept der Wechselstrom-Batterie bietet laut den Entwicklern zahlreiche technische Vorteile. Dazu zähle eine sicherere Handhabung der stromführenden Bauteile beim Service oder bei einem Unfall. „Dann wird der MMSPC ausgeschaltet, und das System fällt quasi auf seine Einzelmodule zurück, das heißt, es kann nur noch die Modulspannung gemessen werden“, erläutert Wenka. Außerdem biete das Konzept potentiell eine höhere Schnellladefähigkeit durch gepulstes Laden.
Neue Steuergeräte-Plattform
Parallel zum Konzept der Wechselstrom-Batterie hat Porsche Engineering ein Steuergerät mit einer besonders leistungs- und echtzeitfähigen, einheitlichen und hochintegrierten Rechnerplattform entwickelt. Die einzelnen Funktionen der Wechselstrom-Batterie wie Motor- und Batteriemanagement sowie die Ladefunktion laufen auf ihr parallel.
Porsche Engineering hat das Konzept der Wechselstrom-Batterie zusammen mit der neuen Steuergeräte-Plattform in verschiedenen Prototypen umgesetzt und erfolgreich am Prüfstand getestet. Auch wurde das System in ein Testfahrzeug integriert, um die grundlegende Funktionsfähigkeit zu demonstrieren. „Für die Wechselstrom-Batterie war die Entwicklung der neuen Steuergeräte-Plattform zwingend notwendig. Da sie sich aber flexibel anpassen lässt, wurde daraus ein eigenständiges Projekt, das fortgeführt wird“, sagt Wenka.
Das Steuergerät lässt sich laut Porsche Engineering flexibel an neue Anforderungen anpassen und eigne sich daher für alle Einsatzfälle, bei denen hohe Rechenleistung und Echtzeitfähigkeit benötigt werden und sich die Anforderungen während des laufenden Projekts noch ändern können. „Derzeit ist geplant, die neue Steuergeräte-Plattform zunächst für die Prototypenentwicklung bei Porsche Engineering einzusetzen“, berichtet Wenka. Grundsätzlich eigne sich das Konzept in leicht abgewandelter Form aber auch für Serienfahrzeuge.
Effendie meint
Diese Technik ist hochinteressant. Bei der Firma Sax wird das Prinzip für Heimspeicher schon verwendet.
1. Wegfall von Wechselrichter, Pulswechselrichter, Filter, etc ( ermöglicht saubere Sinuskurve ohne Rauschen auf der Sinuswelle)
2. Schwache Zellen können einfach abgeschaltet werden. Man weiß welche Zelle getauscht werden muss.
3. sehr hohe Effizienz.
Ich finde es toll das diese Technik den weg ins Auto findet.
David meint
Ein Heimspeicher hat allerdings rechts unten kein Pedal. Insofern ist die Technik im Elektroauto doch noch einmal deutlich komplizierter. Aber, ja, interessante Perspektiven.
Donald meint
Bin der Meinung, dass die angegangenen Verluste in Form der Umwandlung elektrische Energie in Wärme inzwischen kein nennenswertes Thema mehr sind. Grob geschätzt wird 50% der Nutzungszeit der Autos der Innenraum geheizt. Alle Abwärme von Motor, Elektronik, Prozessoren und Batterie werden in das Heizsystem des Innenraums umgeleitet. Trotzdem muss meistens die Wärmepumpe noch laufen, weil es reicht nicht.
Nur dann, wenn es draußen wärmer ist als gewünschte Innenraumtemperatur, ist die Abwärme zu viel und muss abgeleitet werden. Und auch das ist nur die halbe Wahrheit, denn sie wird zum Hochheizen der Batterie benutzt. Erst dann wird auf den Kühler vom Kreislauf umgeschaltet.
Man braucht sich einfach nur mal bei den aktuellen Temperaturen das Schema der Kühlung während der Fahrt aufrufen und wird feststellen, das außer bei langer Vollgasstrecke überhaupt nichts durch den Kühler nach draußen geschickt wird.
So viel Verlustleistung kann das also nicht sein, die man da noch einsparen will.
Aber ja, man kann natürlich mal rum experimentieren was es bringt, wenn jede Phase seinen eigenen Akku und Wechselrichter bekommt. Ich sage voraus, es wird wie beim Windkraftrad enden: man stellt fest, die Zahl 3 ist das beste Verhältnis.
So, jetzt muss ich aber wieder ran in ein paar Dekrete unterschreiben.
Mary Schmitt meint
„wenn jede Phase seinen eigenen Akku und Wechselrichter bekommt“
Du reitest dich immer weiter rein, indem du versuchst, hier mitzureden und deine peinliche Nummer weiter unten in diesem Thread zu retten. Denn du hast von ü-b-e-r-h-a-u-p-t nichts ne Ahnung und das kommt hier gnadenlos heraus.
Es sind mehrere Module, hier je sechs, eine der drei Phasen zugeordnet. Das ist nur erforderlich, um mehrere Motoren steuern zu können. Das Funktionsprinzip ist, dass die sechs Module durch ihre blitzschnelle Verschaltung jeden Punkt ihrer Sinuskurve sukzessive nachbilden. Dafür muss innerhalb des Moduls jede einzelne Zelle in vier Wegen über MOSFET geschaltet werden, um beide Koordinatenachsen der Kurve erreichen zu können.
Das bedeutet, man benutzt echtzeitfähige System-on-Chip Prozessorsysteme mit FPGA Logiken, um klassische Hardware wie Gleichrichter, Wechselrichter, Onboardlader und BMS zu ersetzen. Diese Hardware gibt es dann nicht mehr! Ein weiterer Vorteil ist eine Aufhebung der starren Reihenschaltung. Jede Zelle wird einzeln angesprochen. Eine schwächelnde Zelle kann also trainiert, falls erfolglos schwächer belastet werden, so dass der gesamte Akku eine deutlich höhere Lebensdauer haben wird. Natürlich kann jede Zelle auch einzeln im Falle des Falles abgeschaltet werden und das Auto kann mit den verbleibenden Zellen weiterfahren. Ebenso geht es um Sicherheit, der Akku lässt er sich einfach herunterschalten, sowohl zur Wartung als auch nach einem Unfall fällt er auf Modulspannung zurück.
Donald meint
Hey Chppi, jetzt bist du aber voll am Thema meines Textes vorbei. Kann schon mal passieren, wenn man in Rage ist – und bei Frauen geht das schnell. Ich kann es dir verzeihen, kenne ja nun schon seit Jahren deine wilden Textergüsse.
Kann ja sein dass du dir was schönes zusammengereimt hast und das jetzt hier auskippen musst. Und wie dich die meisten z.b aus deinem kurzen Aufenthalt z.B. bei TM kennen, noch schön garniert mit ein paar persönlichen Spitzen.
Ich empfehle Porsche trotzdem einfach mal mit dem basics anzufangen. Kleber verwenden, der abdichtet, Radaufhängung zu bauen, die nicht abbrechen. Die Liste ist lang, einfach mal die gravierenden Rückrufe anschauen und verinnerlichen, nicht reflexartig auf Tesla verweisen. Und wenn diese einfachen Sachen dann mal im Griff sind, dann gerne so ein Gebastel wie von dir geschwurbelt.
Donald meint
Da fehlt doch wirklich ein i.
Also Chippi alias Chipwoman.
Immer etwas angespannt und schön auf Krawall gebürstet, so kennt man sie. Und alle mal unterhaltsamer als die immer gleiche Leier vom M ai k.
Donald meint
So chippi,
habe mir mal die Dissertation von Korte reingezogen und weiß nun, was du oben für Unsinn abgesondert hast.Fakt: Du bist nichts weiter als eine aufgeblasene Wichtigtuerin, die mit paar technischen Phrasen auf den Putz haut. Mir kannst du damit nicht imponieren. Aber zumindest bleibst du deiner Linie der vergangene Jahre treu.
Schon an dieser Stelle bin ich stutzig geworden: „Das Funktionsprinzip ist, dass die sechs Module durch ihre blitzschnelle Verschaltung jeden Punkt ihrer Sinuskurve sukzessive nachbilden.“
Soso, mit sechs Modulen. Ich empfehle Seite 70ff.
Mal abgesehen davon, dass wir hier über Thema von 2022 sprechen, war mir klar, Verhältnis Aufwand-Nutzen ist aktuell genau das Thema, was ich angezweifelt habe. Klar, aktuell nur ein Versuchsaufbau, Seite 159 lässt mich jedenfalls abwinken.
Viel größere Erkenntnis hingegen steht nicht in der Dissertation: Chippi ist noch größere Märchentante, wie D av iid Märchenonkel ist. Was für ein Dreamteam!
Dirk meint
Wenn man für den Antrieb 3 Phasen haben will ist es naheliegend, das ab den Speichern bereit zu stellen und sinusförmig phasenversetzt abzurufen.
Ich wette, bald kommt jemand auf die Idee, dass man mit dem Konzept auch mehr als 3 Phasen nutzen kann, um die Strangströme zu verringern und damit die Verluste. QED, bitte sehr.
Jörg2 meint
„Ich finde es aber gut, wenn man neue Wege ausprobiert.“
Dem möchte ich voll und ganz zustimmen.
Warum man so früh über eine Laborlösung PR machen muss, erschließt sich mir allerdings nicht. Wenigstens das Vorserienniveau sollte erreicht sein, damit man absehen kann, ob aus der Ing.-Idee auch ein verkaufbares Produkt werden kann.
Richard meint
Es gibt von der Firma Sax einen Heimspeicher der (nach meinem rudimentären Verständnis) eine ähnliche Technik verwendet. Solche Speicher scheinen fast keine Wandlungsverluste zu haben.
David meint
Absolut faszinierend die Module so zu unterteilen, dass sie direkt jeweils eine Phase Wechselspannung speisen. Das deutsche Engineering hat übernommen. Die Steuergeräte Plattform dürfte allerdings der Zonenarchitektur folgen.
Donald meint
Das hätte den bei Porsche schon mal eher einfallen können. Dann müssen die Dacia-Fahrer nicht für die Taikanfahrer schreiben, dass diese ein Problem an 400 Volt Ladesäulen haben. Akku halbiert, und schon würde es funktionieren.
Andererseits, warum auch nicht. Der allseits bekannte beschäftigungslose Dacia Fahrer aus Wendenschloß braucht ja irgendwas, um die Zeit rum zu bekommen.
Bär (NL) meint
„Wechselstrom-Batterie“…
1 April?
David meint
Nur weil du der Sache technisch nicht mehr folgen kannst, heißt noch lange nicht, dass das deutsche Engineering die Sache nicht möglich macht. Wobei es technisch eine Gleichstrombatterie bleibt, deren Leistungsabgabe aber dreifach unterteilt ist, so dass jeweils ein Drittel mit jeder Phase der Wechselspannung verbunden ist. Aber nicht statisch, das ist eine eventorientierte Echtzeitschaltung.
Powerwall Thorsten meint
Der ist er wieder der überhebliche Multimedia-FUD-Soldat, der hier so tut, als ob er das alles verstehen würde. Ich schmeiß mich weg.
M. meint
David versteht auch nicht alles, aber dir ist er so weit voraus, dass es schon lächerlich ist, dass du dich hier überhaupt noch äußerst – so oft, wie hier deine Ahnungslosigkeit schon dokumentiert wurde.
Du bist doch auch nur wegen deinem FUD hier. Sachlich war dein Beitrag jedenfalls überflüssig – wie immer eigentlich.
David meint
Dann such doch mal, ob du meine Worte zur Erklärung des Prinzips woanders ähnlich findest. Wird nicht klappen. Du magst wenig verstehen, das heißt aber nicht, dass es mir auch so geht. Das Prinzip ist, mit einer ultraschnellen Schaltabfolge jeden Teil der Sinuskurve als wandernden Punkt abzubilden, was bedeutet, echtzeitfähige Prozessoren ersetzen klassische Hardware. Auch diese Beschreibung des Prinzips sind meine eigenen Worte. Uns trennen Welten!
Bär (NL) meint
@David:
Unabhängig davon, was außen anhaftet, bleibt eine Batterie aufgrund ihrer chemischen Beschaffenheit per Definition ein Gleichstromelement.
Aber Ihre Antwort auf meine Frage lautet eigentlich: Nein, es ist kein Aprilscherz.
Da sind wir uns wohl einig.
elektromat meint
intern das wechselrichter zeuch mitverbaut und nach aussen nur noch Wechselspannung an den Leitungen ui Toll. BYD Packt immer mehr Technik ausserhalb der Batterie um möglichst viel Zellen auf den gegebenen Platz zu bekommen. Porsche machts umgekehrt. Intelligent sieht anders aus
Donald meint
Hat sich doch bewährt, das Wechselrichterzeug nach außen direkt in bzw an den Motor zu integrieren.
Keine Ahnung, warum man das dort wieder rausnehmen will, extra Strippen, Kühlschläuche und so weiter zu einem zusätzlichen externen Modul was irgendwo Platz braucht.
Die Verluste im Ladegerät und WR spielen ja nun nicht mehr die herausragende Rolle bei der gesamten Effektivität von bevs.
Lanzu meint
Das hier ist ein Prototypensystem. Hier nimmt man den Wechselrichter nicht nur aus dem Motor, sondern braucht keinen herkömmlichen Wechselrichter. Ist technisch interessant, aber ob das erfolgreich ist, wird man sehen.
Ich finde es aber gut, wenn man neue Wege ausprobiert. Hierdurch könnte die Effizienz nochmal gesteigert werden, da die Wechselrichterverluste eben vermieden würden und man diese auch nicht mehr wegkühlen muss. Das aufwendige ist die Steuerung.