ISBN 9783843919715

978-3-8439-1971-5, Reihe Fahrzeugtechnik

Peter Burda
Verfahren zur Entwicklung und Auslegung von Energiespeichersystemen für Elektrokraftfahrzeuge

232 Seiten, Dissertation Technische Universität München (2014), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die mobile Speicherung elektrischer Energie stellt die größte Herausforderung für den Erfolg von Elektroautos dar. Die mitführbare Energie limitiert die Reichweite. In Kombination mit den hohen Kosten von Batterien verlangt dies individuelle und neuartige Fahrzeugkonzepte. Die sich ergebenden Potentiale werden nur durch eine parallel erfolgende und aufeinander abgestimmte Entwicklung von Fahrzeug und Energiespeicher nutzbar. Dafür wird ein Vorgehen definiert, das es erlaubt für verschiedene Phasen des Produktentstehungsprozesses, von der Konzeptdefinition, über die Entwicklung, bis zum Aufbau eines Prototypenfahrzeugs, eine gemeinsame Entwicklung von Batteriepack und Gesamtfahrzeug zu betreiben.

Der Entwickler wird zunächst in die elektrochemischen Grundlagen und den prinzipiellen Aufbau eingeführt. Eine Technologievorauswahl analysiert die Eigenschaften von unterschiedlichen Typen von Lithium-Ionen-Zellen und deren Eignung zum Aufbau von Energiespeichern für Elektrofahrzeuge.

Aufbauend auf diesen Grundlagen wird ein vierstufiges Vorgehen zur Entwicklung von Lithium-Ionen-Energiespeichern definiert: In einer Konzeptionsphase wird anhand des Anforderungsprofils für ein zu entwickelndes Fahrzeugkonzept ein Energiespeicher dimensioniert und dadurch die prinzipielle Realisierbarkeit der Konzeptidee abgesichert bzw. das Anforderungsprofil entsprechend nachgeschärft. In der Definitionsphase erfolgt die Auswahl geeigneter Technologien und das Packaging des Energiespeichers. Im Rahmen der Realisierungsphase erfolgt die Auskonstruktion des Energiespeichers. Hier werden eine gute Fertigbarkeit des Batteriepacks, die Einbeziehung externer Komponenten der Batteriekühlung, und die mechanische, elektrische und logische Integration in das Fahrzeug realisiert. Simulationen der mechanischen, thermischen und elektrischen Auslegung des Energiespeichers werden durchgeführt, bevor ein kostenintensiver Hardwareaufbau erfolgt. Eine Absicherung der Entwicklung durch Analyse der funktionalen Sicherheit und Sicherheitsüberprüfung der eingesetzten Zellen, erlaubt einen darauf folgenden gefährdungsfreien Hardwareaufbau und Versuchseinsatz. Das Vorgehen wird anhand der Entwicklung des Elektrofahrzeugs MUTE exemplarisch gezeigt.