Energiemanagement & Antriebe

Die Entwicklung von Fahrzeugantrieben ist traditionell ein Hauptaufgabenfeld des ika. Forschungs- und Entwicklungsarbeit in diesem Sektor haben einen hohen Stellenwert, um Mobilität zukünftig unabhängig von fossilen Energieträgern umweltverträglich und kostengünstig zu machen. Um diesen Ansprüchen zu genügen, gilt es, zum einen konventionelle, also bspw. batterieleketrische Systeme zu optimieren und darüber hinaus zukunftsträchtige Konzepte zu entwickeln. Bei der Suche nach neuen und verbesserten Antriebsystemen berücksichtigen wir nicht nur den Energiebedarf, sondern richten unsere Arbeit an den Bedürfnissen der Fahrzeugnutzer*innen aus. Die Ermittlung der Einsatzszenarien, die Kostenreduktion und Nachhaltigkeit, aber auch Komfortverbesserung spielen dabei eine ebenso wesentliche Rolle und stehen in direktem Zusammenhang mit dem Energiebedarf der Fahrzeuge.

Szenarienorientierte Enwicklung

Bei uns kommen modernste Entwicklungsmethoden und -werkzeuge zum Einsatz, von der Systemauslegung bis hin zur Erprobung von selbst gefertigten Prototypen. Eigens von uns entwickelte Methoden unterstützen zu Beginn einer Neuentwicklung die Anforderungsdefinition und helfen dabei, geeignete Lösungsansätze zu finden. Um den jeweiligen Anforderungen verschiedener Interessengruppen wie Herstellern, Nutzern und Gesetzgeber gerecht zu werden, legen wir unterschiedliche Szenarien zugrunde, die auch mittel- und langfristige Zukunftstrends berücksichtigen können. Dabei untersuchen wir vor allem elektrifizierte Antriebe, von rein batterieelektrischen Konzepten über Alternativen, bspw. mit Oberleitung, bis hin zu Brennstoffzellen.

Um bereits in einem frühen Entwicklungsstadium der Konzeptentwicklung umfassende, quantitative Aussagen über die Funktionsweise neuer Systeme treffen zu können, simulieren wir deren Längsdynamik mit Computerprogrammen wie MATLAB/Simulink und auf Komponentenebene auch mit FE- und CFD-Software. Diese Simulationen sind der Schlüssel zur Abdeckung eines großen Lösungsraums, zudem auch zur Optimierung der Komponenten zu einem effizienten Gesamtsystem.

Thermomanagement

Unabhängig vom Antriebskonzept fällt in Fahrzeugen Abwärme an, welche aber nur noch bedingt zu Heizzwecken genutzt wird. Durch innovative Ansätze können durch Abwärmenutzung jedoch energieintensive Nebenaggregate, wie zum Beispiel den Klimakompressor, entlastet somit der Gesamtwirkungsgrad des Fahrzeugs gesteigert werden.

Bei der Entwicklung von Antriebskonzepte, wie zum Beispiel batterielektrischen Fahrzeugen, nimmt das Thermomanagement vermehrt eine zentrale Rolle spielen, da der Kühlbedarf durch die notwendige Temperierung der elektrischen Speicher steigt. Gleichzeitig sinkt jedoch die verfügbare Abwärme. Neben dem Bedarf an Klimatisierungskälte fällt daher ein wesentlicher Bedarf an Heizwärme anfallen, sowohl aus Komfort- als auch aus Sicherheitsgründen. Bei schwindenden Abwärmemengen müssen daher zusätzliche Komponenten zur Abdeckung des Wärme- und Entfeuchtungsbedarfs vorgesehen werden. Diese Zusatzkomponenten verringern jedoch bei erhöhten Systemkosten wiederum die Effizienz des Fahrzeugs. Wir arbeitet daher an an neuen Klimatisierungskonzepten und innovativen Regelansätzen, sodass Effizienz und Komfort keinen Widerspruch darstellen.

Elektrik/Elektronik

Die Entwicklung von automobilen Energiesystemen reicht von der Integration neuer Fahrzeugtechnologien bis zur Entwicklung innovativer Energiemanagementmechanismen und Absicherungskonzepten. Zur Auslegung und Analyse technologischer Ansätze erbringen wir unter Einsatz von Simulationstools spezifische Untersuchungen bspw. zur Auslegung des Bordnetzes. Die Erprobung der entwickelten Algorithmen und die Untersuchung von
Fehlerfällen erfolgt dann im Bordnetzlabor oder direkt im Fahrzeug. Für die Entwicklung von Funktionsalgorithmen nutzen wir u. a. das Tool MATLAB/Simulink. Die automatisierte C-Codegenerierung zum Einsatz der Algorithmen auf mikrocontrollerbasierten Steuergeräten erfolgt im Rahmen von modellbasierten Vorserien- und Serienentwicklungen mit Hilfe von Targetlink. Darüber hinaus forschen wir an der Implementierung von serviceorientierten Softwarearchitekturen und Kommunikationsschnittstellen für die Fahrzeugkomponenten.

Prototypenbau in eigenen Werkstätten

Im Bereich Konstruktion erstellen wir die erforderlichen 3D CAD-Modelle, die durch die Berechnung und Dimensionierung der benötigten Bauteile ergänzt werden. Der Prototypenbau von mechanischen, fluidischen und elektrisch/elektronischen Komponenten wird in unseren eigenen Werkstätten durchgeführt. Für die Software-Entwicklung stehen Entwicklungswerkzeuge zur Verfügung, die eine Codegenerierung auf Steuergeräte-Ebene direkt aus der Simulationsumgebung ermöglichen. Weiterhin können für die Serienanwendung Diagnose und Funktionale Sicherheit betrachtet werden. Bei der Erprobung und endgültigen Optimierung neu entwickelter Prototypen kommen verschiedene Komponenten- und System-Prüfstände (z. B. Batterie-Test-Systeme oder Antriebsprüfstände) sowie unsere eigene Teststrecke zum Einsatz.

Leistungsspektrum

Neben der Abwicklung kompletter Entwicklungsaufträge bieten wir unseren Auftraggebern ebenso alle Einzelschritte des Entwicklungsprozesses als Teilleistung an. Zu unserem Standarddienstleistungsspektrum zählen insbesondere Simulationsrechnungen und technische Bewertungen, die Entwicklung von Hardware, Software und Algorithmen sowie teil- und vollautomatische Prüfstanduntersuchungen. Das Spektrum der Aktivitäten im Forschungsbereich Energiemanagement und Antriebe wird abgerundet durch State-of-the-Art-Studien, Studien für Ministerien und die Betreuung von Flottenversuchen. Außerdem führen wir im Hinblick auf die großen Veränderungen in der Branche Seminare zur Aus- und Weiterbildung durch.

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