Funktion, Zuverlässigkeit, Prüfung und Realisierung

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Leiter des Schwerpunkts 5: Dr.-Ing. Matthias Klingner

Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme
Zeunerstraße 38
01069 Dresden

Schwerpunkt 5: Funktion, Zuverlässigkeit, Prüfung und Realisierung

Schwerpunkt 5 der Fraunhofer Systemforschung befasst sich mit Lösungsansätzen für ausgewählte Herausforderungen der Elektromobilität im Umfeld von Sicherheit, Zuverlässigkeit und Fertigungstechnik. Der Fokus liegt dabei auf den Bereichen Batterietest und -prüfung, Methoden der Sicherheits- und Zuverlässigkeitsbewertung sowie Innenraumklimatisierung. Des Weiteren werden Komfortfragen adressiert sowie die kosteneffiziente Serienfertigung von Komponenten untersucht. Komplementäre Studien zur Rohstoffverfügbarkeit und zum Nutzerverhalten runden die Inhalte ab. Die Arbeiten im Rahmen des Vorhabens gliedern sich in fünf Teilprojekte:

Teilprojekt 5A umfasst „grundlegende Untersuchungen zur Test- und Prüfmethodik von Batterien für Fahrzeuganwendungen“. Die Sicherheit von Fahrzeugen mit modernen Li-Ionen-Speichern muss das gleiche Sicherheitsniveau aufweisen wie konventionelle Fahrzeuge. Die veränderte Technik stellt dabei in vielen Bereichen neue Anforderungen: Ziel des Teilprojektes ist es, eine übersichtliche und einheitliche Beschreibung der Notwendigkeit der Normung, möglicher Handlungsanleitungen und notwendiger Prüfeinrichtungen zu definieren. Als Grundlage dafür wird auf Ergebnisse bereits durchgeführter Tests sowie weitere durchzuführende Versuche und ergänzende Simulationen auf allen Ebenen von der Zelle bis zum Gesamtsystem zurückgegriffen.

Das Teilprojekt 5B „Innenraumklimatisierung von Elektrofahrzeugen“ entwickelt erweiterte Ansätze und Verfahren zur Klimatisierung von Fahrzeugkomponenten. Neben grundlegenden Fragen der thermischen Modellierung der relevanten Komponenten sowie der klimatischen Umwelteinflüsse werden „nicht-konventionelle“ Lösungsansätze zur Nutzung von Abwärme aus der Leistungselektronik und dem E-Motor betrachtet. Hierzu zählen strukturintegrierte Wärmetauscherelemente ebenso wie die Möglichkeit zur thermischen Vor-Konditionierung der Traktionsenergiespeicher durch zusätzliche thermische Speicherelemente auf der Basis von Phasenwechselmaterialien.

Im Mittelpunkt von Teilprojekt 5C „Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanalysen“ stehen Untersuchungen und Bewertungen spezifischer Komponenten und deren Zusammen- bzw. Wechselwirken innerhalb der Systemumgebung. Im Unterschied zur versuchstechnischen Ermittlung quantitativer Zuverlässigkeitsgrößen werden vorrangig qualitativ-methodische Verfahren (ASIL, FMEA) angewendet sowie analytische Betrachtungen und Auswertungen durchgeführt. Neben Erkenntnisgewinn über mögliche Anpassungen, Verbesserungen und Erprobungsmaßnahmen sollen zudem Spezifika einzelner Fahrzeuggattungen kenntlich gemacht und Konsequenzen für die Zuverlässigkeits- und Sicherheitstechnik dargestellt werden.

Teilprojekt 5D beinhaltet „vertiefende Studien zur Rohstoffverfügbarkeit und zum Nutzerverhalten“ aus dem Blickwinkel der Elektromobilität. Hierzu erfolgen vertiefende Untersuchungen zur Ökobilanzierung eines Batteriesystems und eines Hybridfahrzeugs sowie ressourcenorientierte Bewertungen ausgewählter Fertigungsprozesse für die Automobilelektronik. Ziele des Teilprojektes sind die Gewinnung einer Übersicht über Recyclingverfahren und Industriereststoffströme, Grundverständnis des Umweltprofils von E-Mobilitätskonzepten sowie die Bewertung von Fertigungsprozessen aus Sicht der Nachhaltigkeit.

Teilprojekt 5E untersucht „neue Anwendungsfelder für die Elektromobilität“ sowie „alternative Fertigungsverfahren für Elektrofahrzeugkomponenten“. Ersteres erstellt geeignete Konzepte für den Einsatz von elektrischen Traktionsantrieben in neuen Anwendungsfeldern, wie z.B. im Nutzfahrzeug, in Rangierfahrzeugen auf Flughäfen oder in Containertransportern in Seehäfen. Zweitem Teilthema fällt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung effizienter Serienfertigungsprozesse zu. Gelingt beispielsweise die gießtechnische Herstellung von Spulen des Radnabenmotors, so hätte dies gegenüber heutigen Verfahren nennenswerte Vorteile hinsichtlich der Herstellungskosten und der Ausnutzung des technischen Leistungspotenzials der Maschine.