Porsche stellt neues Batteriekonzept auf Wechselstrom-Basis vor
Das Antriebssystem von Elektrofahrzeugen besteht in der Regel aus einer Hochvoltbatterie mit Batteriemanagementsystem, einer Leistungselektronik zur Steuerung des Elektromotors und einem On-Board-Charger für das Laden mit Wechselstrom. Auch wenn sich dieser Aufbau bewährt hat, so könnte er sich doch künftig wandeln. „Der Trend in der Automobilindustrie geht in Richtung Hochintegration von Komponenten“, sagt Thomas Wenka, Fachprojektleiter bei Porsche Engineering. „Das eröffnet uns neue Möglichkeiten hinsichtlich Gehäusegröße, Gewichts- und Kostenreduzierung, Zuverlässigkeit und Effizienz.“
Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie hat Porsche Engineering nun ein Wechselstrom-Batteriesystem entwickelt. Das Besondere daran: Es integriert die normalerweise getrennten Funktionen des Batteriemanagement-Systems, des Pulswechselrichters und des On-Board-Laders in einer einzigen Komponente.
Für die Studie haben die Entwickler von Porsche Engineering die Hochvoltbatterie des Elektroantriebs in 18 einzelne Batteriemodule gegliedert, verteilt über die drei Phasen des Wechselstroms. Die flexible Zusammenschaltung der einzelnen Batteriemodule zu einem Modularen Multilevel Series Parallel Converter (MMSPC) als verteiltes Echtzeitsystem ermöglicht eine dynamische Modellierung des Spannungsverlaufs, sodass die sinusförmige dreiphasige Wechselspannung für den Motor direkt aus der Gleichspannung der Batteriemodule erzeugt werden kann, heißt es von Porsche Engineering. „Mit dem MMSPC ist sowohl die direkte Ansteuerung des Elektro-Antriebsmotors beim Fahren als auch die direkte Anbindung ans Wechselstromnetz zum Laden der Batterie möglich“, erklärt Daniel Simon, Fachprojektleiter bei Porsche Engineering.
Das Konzept der Wechselstrom-Batterie bietet laut dem Unternehmen zahlreiche technische Vorteile. Dazu zählt etwa eine sicherere Handhabung der stromführenden Bauteile beim Service oder bei einem Unfall. „Dann wird der MMSPC ausgeschaltet, und das System fällt quasi auf seine Einzelmodule zurück, das heißt, es kann nur noch die Modulspannung gemessen werden“, so Wenka. Außerdem bietet das Konzept potentiell eine höhere Schnellladefähigkeit durch gepulstes Laden.
Parallel zum Konzept der Wechselstrom-Batterie haben die Elektronikexperten von Porsche Engineering auch ein Steuergerät mit einer besonders leistungs- und echtzeitfähigen, einheitlichen und hochintegrierten Rechnerplattform entwickelt. Die einzelnen Funktionen der Wechselstrom-Batterie wie Motor- und Batteriemanagement sowie die Ladefunktion laufen auf ihr parallel.
Porsche Engineering hat das Konzept der Wechselstrom- Batterie zusammen mit der neuen Steuergeräte-Plattform in verschiedenen Prototypen umgesetzt und erfolgreich am Prüfstand getestet. Auch wurde das System in ein Testfahrzeug integriert, um die grundlegende Funktionsfähigkeit zu demonstrieren. „Für die Wechselstrom-Batterie war die Entwicklung der neuen Steuergeräte-Plattform zwingend notwendig. Da sie sich aber flexibel anpassen lässt, wurde daraus ein eigenständiges Projekt, das fortgeführt wird“, sagt Wenka.
Das Steuergerät lässt sich flexibel an neue Anforderungen anpassen und eignet sich daher für alle Einsatzfälle, bei denen hohe Rechenleistung und Echtzeitfähigkeit benötigt werden und sich die Anforderungen während des laufenden Projekts noch ändern können. „Derzeit ist geplant, die neue Steuergeräte-Plattform zunächst für die Prototypenentwicklung bei Porsche Engineering einzusetzen“, berichtet Wenka. Grundsätzlich eigne sich das Konzept in leicht abgewandelter Form aber auch für Serienfahrzeuge.
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