Der „IISB-ONE“: Ein innovatives Erprobungsfahrzeug mit Straßenzulassung

Quelle: Fraunhofer IISB

Den Elektrosportwagen „IISB-ONE“ mit Straßenzulassung stellte das  Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB jetzt vor. Das Fahrzeug basiert auf einem Chassis der früheren Firma Artega und ist ausschließlich mit IISB-Komponenten ausgestattet. Diese wurden in verschiedenen Forschungsprojekten und in Kooperationsprojekten mit der Automobilindustrie entwickelt.

Seit über zehn Jahren entwickelt das Fraunhofer IISB leistungselektronische Komponenten für batterie- und hybridelektrische Fahrzeuge. Das Portfolio umfasst elektrische Antriebssysteme, integrierte Umrichter, isolierende und nicht-isolierende DC/DC-Wandler sowie Ladegeräte und Batteriespeichersysteme. Um diese Komponenten im Verbund und unter Praxisbedingungen erproben zu können, wurde nun das Erprobungs- und Demonstrationsfahrzeug „IISB-ONE“ vorgestellt.

Durch zahlreiche Komponenten- und Fahrzeugtests sowie die Einhaltung relevanter Normen und Vorschriften konnte das Projektziel einer Straßenzulassung des „IISB-ONE“ erreicht werden. „Ziel war es, nicht einfach ein funktionsfähiges Fahrzeug zu bauen, sondern darüber hinaus eine flexible alltagstaugliche Forschungsplattform zu schaffen“.

Integriertes elektrisches Antriebssystem

Der im Fahrzeug installierte integrierte Traktionsantrieb wurde vom Fraunhofer IISB im Rahmen des BMBF-geförderten Verbundforschungsprojekts FSEM realisiert. Das System zeichne sich durch zwei mechanisch unabhängige Einzelradantriebe mit integriertem Doppelumrichter und separater feldorientierter Regelung der beiden E-Maschinen aus.

Blick ins Fahrzeugheck: Im Vordergrund ist die über der Hinterachse angeordnete Antriebseinheit mit mit den beiden elektrisch unabhängigen, 80 kW starken Permanenterregten Synchronmaschinen (PSM) zu erkennen, dahinter der integrierte Batteriespeicher mit 355 V Nennspannung.

Damit sei eine freie Drehmomentverteilung auf beide Antriebsräder der Achse möglich. Insgesamt stehen pro Rad eine Antriebsleistung von 80 kW sowie ein Spitzendrehmoment von 2000 Nm zur Verfügung. Die in den Antrieb vollständig integrierte Leistungselektronik senke sowohl den Platzbedarf als auch die Kosten und führt zu einem deutlich verbesserten EMV-Verhalten. Die Leistungselektronik nutze erstmals neuartige intelligente Umrichterbausteine, die viele konzeptionelle Schwächen heutiger Leistungsmodule beseitigen sollen.

Intelligente Energiespeicherung und -verteilung

Herzstück des Hochvolt-Bordnetzes des IISB-ONE sei ein auf Lithium-Ionen-Zellen basierendes Batteriesystem mit 355 V Nennspannung. Das am Institut entwickelte integrierte Batteriemanagement soll einen zuverlässigen Betrieb garantieren. Der modulare interne Systemaufbau ermögliche eine Adaption des Energiespeichers an unterschiedlichste Leistungs-, Energie- und Fahrzeugklassen.

Ein Gleichspannungswandler mit 3,5 kW ersetzt die klassische Lichtmaschine im Auto und versorgt das 12 V-Bordnetz berührsicher aus der Hochvolt-Batterie. Ein nicht-isolierender Hochleistungs-Gleichspannungswandler stelle dem Antriebssystem in Abhängigkeit vom Fahrzustand stets die optimale Betriebsspannung zur Verfügung. Das System sei auch offen für die zukünftige Einbindung eines weiteren Energiespeichers, egal ob es sich beispielsweise um eine Zusatzbatterie oder eine Brennstoffzelle handelt.

Universelle Lademöglichkeiten

Neben kabelgebundenen Lademöglichkeiten verfügt der IISB-ONE über ein in den vorderen Kennzeichenträger integriertes induktives Ladesystem.

Der „IISB-ONE“ ist vorbereitet für den Test und die Demonstration verschiedenster kontaktloser und kabelgebundener Ladetechnologien. Ein in den Energiespeicher integriertes proprietäres AC-Ladegerät ermöglicht ein flexibles „Tanken“ sowohl an öffentlichen Ladestationen als auch an jeder beliebigen Steckdose mit bis zu 3,7 kW. Über den integrierten Hochleistungs- Gleichspannungswandler wird zusätzlich eine DC-Schnelladefunktion an kostengünstigen, da ungeregelten Gleichspannungs-Ladestationen bereitgestellt.

Highlight ist ein induktives Ladesystem an der Fahrzeugfront, mit dem ein kontaktloses Laden des IISB-ONE mit bis zu 3,5 kW ermöglicht wird. Das System zeichnet sich durch höchsten Nutzerkomfort, eine hohe Positionstoleranz, geringe Kosten, hohe Sicherheit und einen hohen Ladewirkungsgrad von bis zu 97%  bei einem Gewicht von nur 3 kg aus.

Flexibles Fahrzeugsteuerungskonzept vereinfacht Komponenten-Integration

„Die Integration von Subsystemen zu einem zuverlässig funktionierenden Fahrzeug stellt aufgrund der Varianz der verfügbaren Kommunikations-Schnittstellen und Protokolle eine echte Herausforderung dar“, so die Forscher. Aus diesem Grund wurde am IISB eine anpassungsfähige Fahrzeugsteuerung entwickelt, welche eine einfache kommunikative Verknüpfung verschiedenster (Prototypen-)Systeme zu einem Gesamt-Fahrzeug ermöglicht.

Eine zusätzliche Software-Abstraktionsschicht soll hierbei die einzelnen Steuergeräte für den Anwender handhabbar machen. Die Fahrzeugsteuerung koordiniere und überwache die Antriebstrang- und Energiespeicher-Systeme und gewährleistee jederzeit einen sicheren Fahrzeug-Betriebszustand.