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Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2011 Ulm, 28. Juni 2011
Dr. Martin März© Fraunhofer IISB
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Dr. Martin März
Elektroantriebe für Automobile Neue Systemtechnik und dafür notwendige Kompetenzen
Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISBZentrum für Kfz-Leistungselektronik und Mechatronik Schottkystrasse 10 91058 Erlangen Tel. 09131/761-310, Fax -312● ●www.zklm.iisb.fraunhofer.de
Forum 3: Fahrzeugtechnik eCar
Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2011 Ulm, 28. Juni 2011
Dr. Martin März© Fraunhofer IISB
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Inhalt
Elektroantriebe für Automobile
Wohin entwickelt sich die Technik?
Wo liegen die Herausforderungen?
Welche Qualifikationsprofile und -bedarfe lassen sich ableiten?
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Einführung
Antriebskonzepte
KonventionellParallel- Seriell-
Hybrid
H2
Batterie- Brennstoffzellen-Elektrisch
BEV FCEV
Dr. Martin März© Fraunhofer IISB
4
Einführung
Hochlast-Verbraucher Klima-Kompressor x-by-wire, aktives Fahrwerk Anbauaggregate (NFZ)
12/14 VBordnetz
Hybridfahrzeuge
Plug-in Hybride und Elektrofahrzeuge
Brennstoffzellenfahrzeuge
HV-Bordnetz
Leistungselektronik für die Autos von morgen
ElektrischerEnergiespeicher
UmrichterGleichspannungswandlerLadegeräte
Brennstoffzelle
DC
DC DC
xC
DC
DC
AC
DC
AC
DC DC
DC
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5
Einführung
500 A
150 A
400
350
300
250
200
150
100
50
0 0 15 30 45 60 75 90Elektrische Leistung in kW
HV-
Bor
dnet
zspa
nnun
g in
Vol
t
250 A
75 A
Schutzkleinspannung
Elektro-Kleinstwagen, Micro- und Mild-Hybride
Elektro-Kleinwagen, Voll-Hybride
Mittelklasse- und Sport-EV, Power-Hybride (incl. hybrider Nutzfahrzeuge)
Kleinspannung
Spannungen im elektrischen Antriebsstrang
Die techn. Handhabbarkeit der Ströme, Kosten- und Gewichtsfaktoren erzwingen den Schritt zu berührgefährlichen Spannungen!
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6
Einführung
Kostenreduzierung durch Systemintegration
Kos
ten
Technologie-Reifegrad, Produktionsvolumen
separatseparat
vollintegriertvollintegriert
1997 2005 2012
angebautangebaut
Bildquellen: Toyota, Ford, Fraunhofer IISB
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Entwicklung
Klare Schnittstellen zwischen Elektronik und Mechanik verschwinden Immer engere Abhängigkeiten zwischen
Mechanischer Konstruktion Materialauswahl Zuverlässigkeit Entwärmung elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) Fertigbarkeit Testbarkeit Kosten.
Systemintegration erfordert das Verlassen ausgetretener Lösungspfade, interdisziplinäres Denken und System-denken entlang des gesamten Wertschöpfungszyklus
Herausforderung Systemintegration
Material- und Bauelementeentwicklung
Fertigungstechnik, Montageprozesse
System-Engineering Recycling
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Einführung
Herausforderung Systemintegration
Intelligente BatteriesystemeIntelligente Antriebe
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Entwicklung
Qualifikationsprofil: Ingenieur/in
Kompetenzschwerpunkte Leistungselektronik Elektr. Antriebstechnik Mechatronik
Ausbildungsdefizite heute insbesondere auf den Gebieten Thermisches Management Zuverlässigkeit Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
für Leistungselektroniker Fertigungsgerechtes Design Normen
Anpassung von Studieninhalten Weiterbildungsbedarf
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Weiterbildung für Entwicklungsingenieure
Gute Ausgangsbasis mit einem breiten Angebot einschlägiger Fachseminare unternehmensintern: z.B. AutoUni (VW) national: Bay. Cluster Leistungselektronik, Fraunhofer-IISB, OTTI, ... international: European Center for Power Electronics (ECPE)
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Produktion, Service, Recycling
Konventioneller Antriebsstrang e-Antrieb
mehrere Tausend mechanische Einzelteile viel Know-How und IP steckt in mechanischen
Komponenten und deren Fertigungsprozessen wartungsintensiv (Zahnriemen, Öl, Filter, ...) am Ende der Fahrzeuglebensdauer verschlissen
vergleichsweise wenige Einzelteile Know-How steckt überwiegend in der
Leistungselektronik und Software wartungsarm(-frei) Lebensdauer e-Maschine >> Auto
Bildquellen: Daimler, VW, Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität
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Produktion, Service, Recycling
Konventioneller Antriebsstrang e-Antrieb
Bildquellen: Daimler, VW, Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität
Verschiebung von Kompetenzschwerpunkten
Maschinenbau Elektronik, Mechatronik
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Nutzung, Service, Recycling
14 VBordnetz DC
DC
DC
DC
AC
DC
Batterie
Elektrofahrzeuge sind sicher! Bei Manipulation oder Unfall erfolgt eine Spannungsfreischaltung des gesamten HV-Bordnetzes Dennoch: Alle System- oder gar Struktur-invasiven Arbeiten erfordern eine umfassende
Qualifizierung aller Beteiligten im Umgang mit Hochvoltsystemen und Hochleistungsbatterien!
Weiterbildungsbedarf Kfz-Handwerk Pannendienste Rettungsdienste Entsorgungs- und
Recyclingunternehmen
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Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs
verschiebt Qualifikationsprofile und generiert Weiterbildungsbedarf
entlang der gesamten Wertschöpfungskette
Entwicklung Produktion Nutzung Entsorgung, RecyclingService
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Fördermaßnahmen an Schulen und Universitäten Interesse für Technik und das Thema Elektromobilität wecken!
Anpassung von Lehr- und Studieninhalten Stärkung von interdisziplinärer Vernetzung und von Systemaspekten
Berufsbegleitende Weiterbildungsangebote Unter Nutzung vorhandener Kompetenz-Center, Bildungsträger und Organisationen
Notwendiges Maßnahmenbündel
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DRIVE-E Programm
Ferienakademie einwöchig (2010 in Erlangen, 2011 in Berlin) Fachvorträge, Diskussionen, Exkursionen
mit Experten aus Industrie und Forschung Elektromobilität in voller thematischer Breite bundesweit ausgeschrieben für Hochschulen und Universitäten enger Expertenkontakt (dazu Begrenzung auf 50 Teilnehmer)
DRIVE-E Studienpreise für herausragende Studien-/Bachelor- sowie Diplom-/
Masterarbeiten auf dem Gebiet der Elektromobilität je Kategorien mit 5.000,- Euro dotiert
Eine Kooperation von BMBF und Fraunhofer
zur wissenschaftlichen Nachwuchsförderung
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !
Ihr kompetenter Partner in allen Fragen der Leistungselektronik
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