De toekomst is voor de elektrisch auto, daar zijn de meeste experts van overtuigd. Maar veel vraagstukken zijn tot nog toe niet opgelost. Onderzoekers van 33 Fraunhofer-Instituten hebben zich daarom verenigd in het project Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität om de elektromobiliteit een flink stuk vooruit te helpen. Op 30 juli 2011 werd het 2-jarige project afgesloten: De ontwikkelde demonstratievoertuigen werden bij het evenement op 2 september 2011 in Papenburg op het ATP-testcircuit gepresenteerd.
Het wordt in de toekomst stil op straat: elektro-auto’s moeten de diesel- en benzinemotoren op termijn aflossen. Maar er staan nog een aantal vragen open: hoe wordt de energie tijdens het ‘tanken’ opgeslagen? Welke netwerken zijn hiervoor nodig? En hoe verloopt de betaling voor het opladen van de batterijen? Om deze en verdere vraagstukken op te lossen en de diverse componenten van de elektrische auto’s op elkaar af te stemmen zijn twee jaar geleden onderzoekers van 33 Fraunhofer-Instituten een samenwerking aangegaan.
Doel van de samenwerking is de ondersteuning van de automobiel- en toeleveringsindustrie om een langdurige toppositie op het gebied van de elektromobiliteit veilig te stellen. Het project werd gefinancierd door het Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) met 34,5 miljoen euro met middelen uit het Konjunkturprogramm II.
Samenwerkingsproject elektromobiliteit
“We houden ons bezig met systeemoverlappende aspecten, te beginnen bij de opwekking van energie tot aan de business modellen”, beschrijft prof. Ulrich Buller, president van de Fraunhofer-Gesellschaft, de aanpak van het onderzoek. “We zijn met in totaal vijf prioriteiten aan de slag gegaan: vraagstukken van de decentrale energieopwekking en transport naar de voertuigen, opslag van energie, voertuigtechniek en systeemintegratie. Het gaat ons ook om een nieuwe keten van waardering en acceptatie van de elektromobiliteit”. “In 2011 ligt bovendien de focus op functioneren, betrouwbaarheid, testen en realiseren”, vult prof. Holger Hanselka, hoofd van het Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit (LBF) en coördinator van het project aan.
Aan het eind van het project presenteerden de instituten hun resultaten op 2 september op het ATP-testcircuit in Papenburg. Hier kon een proefrit met de testvoertuigen ‘Frecc0’ van de eerste en tweede generatie worden gemaakt. De basis van deze beide elektrische auto’s is de Artega GT, in 2-zits sportwagen. “In de Frecc0 1.0 hebben we vooral commercieel verkrijgbare componenten ingebouwd en ons geconcentreerd op de optimalisering van het samenspel van deze componenten”, zegt Franz-Josef Wöstmann, afdelingsleider bij het Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) in Bremen. Het IFAM heeft in het project de leiding voor de opbouw van het demonstratievoertuig Frecc0 op zich genomen.
Speciale wielnaafmotoren
In Frecc0 2.0 zijn nieuw ontwikkelde componenten gemonteerd. Een voorbeeld zijn de wielnaafmotoren, die bij het IFAM gezamenlijk met collega’s van het Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB), voor Werkstoffmechanik IWM en Betriebsfestigkeit und Zuverlässigkeit LBF werden ontworpen. “We hebben de motor van begin af aan afgestemd op de Europese markt”, zegt Wöstmann. “De diameter is zodanig gekozen, dat deze past in 15 inch velgen. Het volume van de motor is aangepast aan de beschikbare ruimte. Daarvoor zijn alle componenten ontwikkeld en met een zo hoog mogelijke vermogensdichtheid, vanaf de vermogenselektronica en de uitvoering van de koeling tot aan de design”.
De wielnaafmotor gemonteerd op een demo-auto (foto: Fraunhofer-IFAM)
Omdat de onderzoekers de hele aandrijflijnen, dus de complete motor met middentunnel, cardanas en versnellingsbak uit de auto hebben gehaald en ondergebracht in de wielnaven, zijn volledig nieuwe voertuigconcepten mogelijk. Een auto, die van buiten ongeveer de grootte van een Golf heeft, zou qua binnenruimte ongeveer even groot zijn als een S-Klasse.
Een ander voordeel: het vermogen kan naar behoefte aan elk wiel worden toegevoerd. Dat levert een hogere veiligheid op voor de inzittenden, omdat elk wiel niet alleen apart wordt afgeremd maar ook apart wordt aangedreven. Daarmee biedt deze wielnaafmotor door middel van Torque Vectoring een verdere ontwikkeling van het huidige ESP. “Alle componenten van de wielnaafmotor zijn ontworpen voor serieproductie”, benadrukte Wöstmann.
Gegoten spoel
Een ander innovatief voorbeeld is de gegoten spoel. Met een nieuw proces kunnen de onderzoekers de spoelen nu gieten in plaats van wikkelen. Het voordeel: de ruimte binnen de motor wordt beter benut. Ten opzichte van de conventionele 55% voor een gewikkelde spoel wordt een ruimtebenutting van meer dan 90 % gehaald. Op deze manier kan bij een even groot volume een hogere vermogensdichtheid en een hoger rendement gehaald. Als het motorvermogen gelijk blijft, zouden ook veel kleine spoelen kunnen worden gebruikt of bij dezelfde afmetingen aluminium worden toegepast. “Dankzij de nieuwe productietechniek is het mogelijk om de inbouwruimte, het gewicht en de prijs van de spoelen aanzienlijk te reduceren”, zegt Felix Horch van het IFAM.
Maar Frecc0 is niet alleen voor de wetenschappers van Fraunhofer een testplatform. Ook automobiel fabrikanten en toeleveranciers kunnen in samenwerking met het IFAM de Frecc0 gebruiken om nieuwe componenten te testen of verder te ontwikkelen.
