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Elektrofahrzeuge

Neues Antriebssystem für Elektrofahrzeuge

Hochschule Landshut und Silver Atena entwickeln E-Motor mit integrierter Leistungselektronik, der leicht und kostengünstig herstellbar ist

 

Projekt startete am 01. April 2019

Vor dem Hintergrund von Klimaschutz, Abgasnormen und drohenden Diesel-Fahrverboten rückt die Elektromobilität wieder zunehmend in den Fokus der öffentlichen Diskussion – und damit das Ziel, die Technik für Elektroautos weiterzuentwickeln. Gemeinsam mit dem Unternehmen Silver Atena arbeitet die Hochschule Landshut nun im Rahmen des Forschungsprojekts „Ines Selma – Integriertes ElektroantriebsSystem mit skalierbarer Elektronik und Maschine” daran, eine neue, leicht herstellbare und kostengünstige Technologie für den kompletten elektrischen Antrieb zu entwickeln. Diese basiert auf einem Elektromotor mit integrierter Leistungselektronik, Sensorik und Regelung und soll in Zukunft als Antrieb für Elektro- und Brennstoffzellen-Fahrzeuge, als Starter-Generator sowie als Antriebsmotor in der Luftfahrt Anwendung finden. Das Projekt startet am 01. April 2019 und wird voraussichtlich bis März 2022 laufen.

Modularer Aufbau und kostengünstige Produktion

Neben Batterie und Leistungselektronik ist der Elektromotor der zentrale Bestandteil eines jeden E-Autos. Er wandelt elektrische Energie in mechanische Energie, indem stromdurchflossene Leiterspulen Magnetfelder erzeugen, deren gegenseitige Anziehungs- und Abstoßungskräfte letztlich ein Drehmoment erzeugen, wenn wir auf das Gaspedal treten. Im Rahmen eines Forschungssemesters wurde an der Hochschule Landshut bereits die Grundidee für das neue Elektromaschinenkonzept entwickelt. Das Besondere an dieser sogenannten Axialflussmaschine ist ihr modularer Aufbau aus U-Kernen sowie die Verwendung von Standardbauelementen wie UI30-Kernblechen und Steckspulen.

„Das macht die Maschine sehr leicht herstellbar und je nach Bedarf skalierbar – für kleinere Fahrzeuge verwendet man einfach weniger Joche, für größere mehr”, erklärt Prof. Dr. Alexander Kleimaier, Projektleiter an der Hochschule Landshut. Ein weiterer Vorteil des Motors ist, dass für die Herstellung weniger Kupfer und weniger Magnetmaterial (seltene Erden) nötig ist, was die Produktion im Vergleich zu klassischen E-Motoren wesentlich kostengünstiger macht. Darüber hinaus ist der Motor selbst bei Fehlern in einzelnen Wirkungsteilen kurzschlussfest, wodurch das System zuverlässig und ausfallsicher ist.

Komplettes System aus Maschine und Elektronik

Diesen Motor will Kleimaier nun im Rahmen des Projekts weiterentwickeln, vom Versuchsaufbau im Labor hin zu einem fahrzeugtauglichen Prototyp. „Im Moment sind wir mit der Geräuschentwicklung noch nicht zufrieden”, erzählt Kleimaier, „und die Anforderungen an die Leistungselektronik sind noch zu hoch. Daran müssen wir noch arbeiten.” Parallel dazu befasst sich Silver Atena mit eben dieser Leistungselektronik, welche die Maschine ansteuert und mit der Fahrzeugsteuerung kommuniziert. Aus der Kombination dieser beiden Komponenten soll so ein komplettes elektrisches Antriebssystem entstehen, das in dieser Form Maschine, Elektronik, Regelungssoftware und Sensorik optimal aufeinander abstimmt und auf Systemebene integriert.

Ziel ist Anwendbarkeit für Fahrzeuge

Bis es soweit ist, liegt vor Kleimaier und Silver Atena noch ein weiter Weg: „Im ersten Schritt entwickeln wir parallel die beiden Komponenten Maschine und Elektronik und stimmen sie aufeinander ab. Im zweiten Schritt kombinieren wir beides miteinander und nehmen es drittens auf dem Prüfstand in Betrieb, um zu sehen, ob das System auch fahrzeugtauglich ist”, erklärt Kleimaier die verschiedenen Projektphasen. Im vierten Schritt werden schließlich die Faktoren verbessert, die beim Prüfstand negativ aufgefallen sind. „Unser Ziel ist, das neue System für Fahrzeuge anwendbar zu machen”, so Kleimaier. Gelingt das, kann sich die Hochschule Landshut als Newcomerin auf dem Gebiet der Maschinenentwicklung endgültig etablieren. Der Patentantrag für die Axialflussmaschine ist jedenfalls schon auf den Weg gebracht.

Über das Projekt

Das Projekt „Ines Selma – Integriertes ElektroantriebsSystem mit skalierbarer Elektronik und Maschine” läuft voraussichtlich bis März 2022. Der Projektleiter an der Hochschule Landshut ist Prof. Dr. Alexander Kleimaier. Die Finanzierung des Projekts übernimmt das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie. Die Gesamtsumme liegt bei 1.040.045 Euro. Projektpartner: Silver Atena Electronic Systems Engineering GmbH
Projektleitung: Hochschule Landshut / Silver Atena (je nach Arbeitspaket)
Projektleitung Hochschule Landshut: Prof. Dr. Alexander Kleimaier, Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen
Fördersumme: 300.045 Euro
Gesamtprojektsumme: 1.040.045 Euro
Finanzierung: Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie

Prof. Dr. Alexander Kleimaier entwickelte an der Hochschule Landshut den neuen Elektromotor.

Die Elektromaschine ist einfach herstellbar: Die U-Joche für den Eisenkreis können aus Standard-Kernblechen hergestellt werden, die Spulen der Statorwicklung werden einfach aufgesteckt. Durch ihren modularen Aufbau ist die Maschine sehr leicht skalierbar – je nachdem wie viele Joche und Spulen verwendet werden.

Um zu testen, ob der Antrieb fahrzeugtauglich ist, kommt die komplette Maschine auf den Prüfstand – was bei dieser komplexen Technologie eine anspruchsvolle Aufgabe ist.

 

Mit dem neuen Projekt will sich die Hochschule Landshut als Newcomerin im Bereich Maschinenentwicklung etablieren.

 

Fotos: Hochschule Landshut

Good-Practice für die Verkehrswende: Kommune Warstein forciert  Errichtung von Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge

Agentur für Erneuerbare Energien zeichnet die Stadt Warstein als Energie-Kommune des Monats aus

Wie Kommunen sich trotz angespannter Haushaltslage für die Energiewende einsetzen können, zeigt die nordrhein-westfälische Stadt Warstein beispielhaft mit ihrem Engagement für den Ausbau von Ladeinfrastruktur für Elektromobilität. Mit Beratungsleistungen und Öffentlichkeitsarbeit unterstützt die Stadtverwaltung private und gewerbliche Akteure beim Errichten von Ladeinfrastruktur und schafft so gute Voraussetzungen für mehr Klimaschutz im Verkehr. Für dieses Engagement wird Warstein heute von der Agentur für Erneuerbare Energien als Energie-Kommune des Monats ausgezeichnet.

Mehr als ein Drittel der Kommunen in Nordrhein-Westfalen sind sogenannte Haushaltssicherungskommunen, also Kommunen, die aufgrund eines angespannten Haushaltes ein Sicherungskonzept aufstellen müssen, um schrittweise die Ausgaben an die Einnahmen anzugleichen. Dieser Status erlaubt es kaum, freiwillige Investitionen in Erneuerbare Energien zu tätigen. Die südwestfälische Mittelstadt Warstein im Kreis Soest hat dennoch einen Weg gefunden, sich insbesondere für die Energiewende im Verkehr zu engagieren. Dafür wird die Kommune heute als Energie-Kommune des Monats ausgezeichnet. „Warstein schafft Rahmenbedingungen, die dazu beitragen, die Anzahl der öffentlichen Ladepunkte zu steigern und somit die Verkehrswende zu beleben“, begründet Nils Boenigk, stellvertretender Geschäftsführer der Agentur für Erneuerbare Energien, die Auszeichnung.

In Warstein gibt es 2017 schon 16 Ladepunkte, an denen Elektrofahrzeuge laden können – so viel wie sonst kaum im südwestfälischen Umkreis. Errichtet wurden die Ladepunkte von mehreren Unternehmen, wobei diese vorab auf die Beratung durch die Stadt zurückgreifen konnten. Die Stadtverwaltung beschäftigt dafür einen Experten auf dem Gebiet, der sowohl über technische Anforderungen als auch über Förderprogramm informieren kann.

„Als Kommune können wir private und gewerbliche Akteure beim Aufbau der Ladeinfrastruktur mittels politischer Rahmengestaltung, Öffentlichkeitsarbeit und Netzwerkbildung unterstützen“, so Bürgermeister Thomas Schöne. Für ihn kann die Energiewende nur erfolgreich sein, wenn auch die Treibhausgase im Verkehrssektor sinken: „Die Elektromobilität kann dazu beitragen, die deutschen Klimaschutz- und Energieziele zu erreichen sowie die Luftqualität zu verbessern und Lärm zu mindern. Eine steigende Anzahl von Elektrofahrzeugen erfordert allerdings einen stetigen Aufbau von öffentlich zugänglichen Ladepunkten. Die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge stellt daher einen Schlüssel für die Verkehrswende dar.“ Im zweiten Schritt muss es dann darum gehen, dass die Ladepunkte auch Ökostrom zur Verfügung stellen. In Warstein ist das bisher u.a. bereits bei zehn Ladepunkten der Fall: Sie stehen auf dem Betriebsgelände eines in Warstein angesiedelten Technologiekonzerns.

„Durch alle diese Maßnahmen zeigen wir, dass auch eine kleine Kommune, die sich zudem noch in der Haushaltssicherung befindet, durch das Miteinander privater Investoren, unterstützt von der hiesigen Bauordnung und einem Fachmann für Elektromobilität, nennenswerte Leistungen für die Energiewende bringen kann“, resümiert Bürgermeister Schöne. Sein Ziel ist es, den Ausbau von Ladeinfrastruktur und Elektromobilität in der Region Südwestfalen weiter voranzutreiben. Schöne setzt dabei zukünftig auf die Zusammenarbeit mit anderen Akteuren, u.a. auch anderen Kommunen in der Region.

 

Ein ausführliches Portrait der Stadt Warstein ist nachzulesen unter http://www.kommunal-erneuerbar.de/de/energie-kommunen/energie-kommunen/warstein.html

 

Foto: Lodermeier