Elektroantriebe für Automobile€¦ · Elektroantriebe für Automobile Neue Systemtechnik und dafür notwendige Kompetenzen Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie

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



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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


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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


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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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


9

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



14

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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