Die Entwicklung innovativer elektrischer Antriebssysteme für leichte Elektrofahrzeuge hatte das europäische AVTR-Projekt "Optimal Electrical Powertrain via Adaptable Voltage and Transmission Ratio" zum Gegenstand, an dem neben dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB weitere internationale Partner beteiligt waren.
In dem mit EU-Mitteln geförderten Forschungsprojekt oblag dem Fraunhofer IISB das komplette Batteriesystem. Das IISB implementierte ein fortgeschrittenes, selbstständiges Batteriemanagementsystem inklusive Regelalgorithmen. Im Gegensatz zu bereits existierenden Elektrofahrzeugen fokussierte das Projekt auf ein genuines Elektromobil, das die japanischen Kei-Car-Spezifikation erfüllt.
Die damit einhergehenden Projektziele waren geringe Fertigungskosten, modularer Aufbau, reduzierte Komplexität, Produzierbarkeit - und "stilvolles italienisches Produktdesign". Der Prototyp des von den italienischen Firmen IFEVS und Polimodel entwickelten, rund 3 Meter langen Elektrofahrzeugs wurde bereits in Turin auf der Parco Valentino Car Show vorgestellt.
Unabhängigkeit von einzelnen Zellherstellern
Die verwendeten Batteriemodule wurden in Zusammenarbeit mit der Dräxlmaier Gruppe konzipiert, die auch die Produktion übernahm. Dabei kamen Automotive-qualifizierte 3 Ah-Li-Ionen-Rundzellen vom Typ 18650 eines asiatischen Premiumanbieters zum Einsatz. Infolge der Verwendung der seit Jahren in Massenproduktion hergestellten Batteriezellen des Typs 18650 sei die Unabhängigkeit von einzelnen Zellherstellern sichergestellt, so das Fraunhofer IISB.
Die insgesamt 8 Batteriemodule mit einem Energiegehalt von 12 kWh versorgen im Elektrofahrzeug einen Antriebsstrang mit 15 kW Leistung und 30 kW Spitzenleistung. Die Module nutzen eine 20p7s Zellkonfiguration und bringen jeweils nur 9,4 kg auf die Waage, wodurch auf Batteriemodulebene eine gravimetrische Energiedichte von 160 Wh/kg erreicht werde.
Auch das Batteriemonitoring wurde für kleinste Baugrößen und geringste Kosten optimiert. Die PCB-Abmessungen konnten auf nur 47 cm2 reduziert werden und sollen dabei beste Messpräzision, Temperaturerfassung und passives Balancing bieten. Möglich wurde die geringe Baugröße durch den Einsatz eines hoch integrierten und hoch genauen State of the Art-Batterieüberwachungs-IC, so die Forscher.
Für das passive Zell-Balancing hat Panasonic einen neuartigen Prototypen eines MOSFETs mit integrierter Schutzbeschaltung entwickelt. Schließlich haben die Wissenschaftler des Fraunhofer IISB ein bereits entwickeltes, fortgeschrittenes Batteriemanagementsystem (BMS) an die Anforderungen des AVTR-Projekts angepasst und in das neuartige Batteriesystem integriert. Das BMS basiert auf einem 32 Bit-Mikrokontroller von Infineon, auf dem ein OSEK / Autosar-Betriebssystem für automobile Anwendungen läuft. Das BMS funktioniert als eigenständiges, unabhängiges System und umfasst Regelalgorithmen, z.B. zur Leistungssteuerung, Datenkommunikation via CAN-Bus sowie erweiterte Sicherheits- und Schutzfunktionen.
Da komplette Redundanz implementiert wurde, könnte der Fahrer des Elektrofahrzeugs bei Bedarf jedes einzelne Batteriemodul vom Armaturenbrett aus überwachen und wäre sogar in der Lage, mit nur einem Radantrieb weiterzufahren. Nach Angaben des Fraunhofer IISB zeigen die Entwicklungsergebnisse des AVTR-Projekts, das erschwingliche, für den Massenmarkt attraktive Elektrofahrzeuge möglich sind.
