Zuverlässige Systeme für die Elektroautos der Zukunft

Das Fachgebiet Fahrzeugsysteme und Grundlagen der Elektrotechnik der Universität Kassel arbeitet derzeit im Rahmen des vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie geförderten Forschungsprojekts „Prädem“ gemeinsam mit Volkswagen und der TU Ilmenau an der Zukunft der Elektromobilität.

Der Erfolg künftiger Fahrzeuge am Markt wird unter anderem von seiner Zuverlässigkeit und Wartungsfreundlichkeit abhängen. Deshalb entwickeln und testen die Kasseler Wissenschaftler seit einem Jahr ein Diagnosesystem, wie es sie für Verbrennungsmotoren schon lange gibt. „Es geht darum, frühzeitig zu erkennen, ob eine elektrische Antriebsmaschine Probleme hat“, sagt Prof. Dr. Ludwig Brabetz, der Leiter des Fachgebiets. Ziel sei ein System, das die Werkstätten leicht bedienen und auswerten können. Zur Finanzierung der Forschungsarbeiten an der Universität Kassel stehen hierfür 1,6 Millionen Euro Projektmittel bereit.

Die Zahl der elektrischen Komponenten steigt auch in Autos mit Benzin- oder Dieselmotor seit Jahren an. Beispielsweise ist die bisher hydraulisch gesteuerte Lenkung in vielen Fahrzeugen schon durch eine elektrisch betriebene ersetzt worden. „Elektrische Systeme sind einfach besser zu regeln als hydraulische“, erklärt Brabetz, „und sie haben oft einen höheren Wirkungsgrad.“ Da die elektrischen Systeme nicht an den Motor gekoppelt sind und nur bei Bedarf Leistung aufnehmen, helfen sie schon heute, den Spritverbrauch eines Autos zu senken. Die steigende Zahl elektrisch betriebener Aggregate ist allerdings auf das reibungslose Funktionieren ausgefeilter Bordnetze angewiesen, also auf das zuverlässige Zusammenspiel untereinander vernetzter Steuergeräte, Regler, Wandler oder Sensoren.

Doch der Zuwachs an Elektrik hat Folgen. Ein modernes Auto benötige im normalen Fahrbetrieb 600 Watt elektrische Leistung, sagt Brabetz. Im Extremfall, wenn viele Verbraucher gleichzeitig Strom benötigten, könnten es kurzfristig auch einige Kilowatt sein. Höhere Leistung aber sorgt für höhere Temperaturen in den Stromkabeln. Es kann zu plötzlichen Spannungsabfällen kommen, wenn Generator und Batterie nicht genügend elektrische Leistung liefern. Um diese steigenden Anforderungen zu erfüllen, arbeitet das Laborteam des Fachgebiets an einer maßgeschneiderten Verteilung der Energie im Bordnetz für jedes Fahrzeugmodell. „Mit einer intelligenten Regelung des Systems und einer optimalen Topologie der Verkabelung lassen sich Energie und Kosten sparen“, sagt der Physiker, der viele Jahre als Entwickler in der Automobilindustrie tätig war. Momentan „dimensionieren die Hersteller im Zweifelsfall ihr Bordnetz eher etwas größer als nötig, um auf der sicheren Seite zu sein“, erklärt Brabetz.

Mit dem Schritt hin zum reinen Elektromobil werden die Anforderungen an Robustheit und Sicherheit des Bordnetzes nun noch höher, betont der Kasseler Forscher. Denn dieses müsse mit deutlich höheren Strömen und Spannungen klarkommen als das Netz eines Autos mit Verbrennungsmotor. Außerdem werde der Stromverbrauch der elektrischen Komponenten mitentscheidend für den Erfolg eines Elektromobils am Markt sein. Denn wenn das Bordnetz zu viel elektrische Energie schluckt, geht das auf Kosten des Aktionsradius. Ein Kilowatt mehr Strombedarf im Netz könne, je nach Fahrzeug, etwa sechs Prozent Verlust an Reichweite bedeuten, sagt Brabetz. Ein ausgeklügeltes, gut geregeltes elektrisches System zum Antrieb der Aggregate helfe daher, die Energieeffizienz und damit auch Reichweite und Marktchancen eines Elektroautos zu steigern.

Solar World Congress 2011
Das Forschungsprojekt „Prädem“ unterstreicht die breite Kompetenz der Uni Kassel auf dem Feld der zukünftigen Energieversorgung. Die Universität richtet in diesem Jahr den Solar World Congress aus. Der Solar World Congress ist weltweit der größte Wissenschaftskongress im Bereich Solarenergie und –architektur. Hauptthemen der Veranstaltung vom 28. August bis 2. September in Kassel sind solares Heizen und Kühlen, Solararchitektur, regenerative Stromversorgung, regenerative Energieressourcen sowie regenerative Energien und Gesellschaft. Ausrichter ist die Universität Kassel in Kooperation mit der International Solar Energy Society (ISES).