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Effizienzsteigerung für Elektrofahrzeuge: Aktive thermische Feldschwächung

Mit dem Aufkommen von Elektrofahrzeugen (EVs) ist die Effizienz des Antriebsstrangs zu einem zentralen Thema geworden. FEV hat eine innovative Lösung entwickelt: die aktive thermische Feldschwächung. Diese Technologie bietet bedeutende Vorteile, bringt jedoch auch einige Herausforderungen mit sich.

Vorteile der aktiven thermischen Feldschwächung

Ein großer Vorteil dieser Strategie ist die Reduzierung des Energieverbrauchs. Durch die gezielte Erhöhung der Rotortemperatur und die Schwächung der Permanentmagnete kann der Energieverbrauch in Fahrzyklen um bis zu 0,59 Prozent gesenkt werden. Bei einer Geschwindigkeit von 120 km/h beträgt die Einsparung etwa einen Prozentpunkt im Vergleich zu herkömmlichen Kühlstrategien. Diese Einsparungen führen zu einer erhöhten Reichweite von Elektrofahrzeugen. Die Effizienz im Antriebsstrang wird durch die thermische Schwächung der Permanentmagnete verbessert, besonders bei niedrigen Lasten. In bestimmten Betriebsbereichen kann die Effizienz auf bis zu 97 Prozent steigen. Optimiertes Wärmemanagement ist ein weiterer Vorteil. Durch die Erhöhung der Rotortemperatur kann die Kühlleistung reduziert werden, was die Kupferverluste verringert und die Effizienz erhöht. Zukünftige Generationen von Elektromotoren mit höherer Leistungsdichte werden noch mehr von dieser Strategie profitieren.

Herausforderungen der aktiven thermischen Feldschwächung

Batterie-Megatrends von Materialvielfalt über Sicherheit bis Energiedichte

Die Elektromobilität ist für die Erreichung der CO2-Reduktionsziele von entscheidender Bedeutung, wobei insbesondere batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs) eine zentrale Rolle spielen. Ihre Effizienz und Leistung hängen maßgeblich von der Qualität und Kapazität ihrer Batteriespeicher ab. FEV fokussiert sich auf die Weiterentwicklung von Batterietechnologien, um die Energieeffizienz, Sicherheit und Lebensdauer der Batterien zu verbessern.

Im Bereich der Materialforschung für Batteriezellen begegnet FEV den Herausforderungen von Sicherheit und Energieinhalt durch die Entwicklung neuer Kathodenmaterialien und optimierter Zellchemien. Diese Ansätze versprechen nicht nur eine höhere Energiedichte und verbesserte Ladezeiten, sondern auch eine kosteneffizientere und nachhaltigere Produktion. Die Weiterentwicklung von Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NMC) und Lithium-Eisen-Phosphat (LFP) sind Beispiele für Materialinnovationen, die sowohl die Leistung als auch die Kostenstruktur von Batterien revolutionieren könnten.

Zudem erforscht FEV die Integration von Batteriesystemen auf Fahrzeugebene, um die strukturelle Integrität und die Crashsicherheit zu optimieren. Die Konzepte „Cell-to-Pack“ (C2P) und „Cell-to-Vehicle“ (C2V) illustrieren, wie eine engere Integration der Batteriekomponenten nicht nur Platz und

Zukunftsweisende Brennstoffzellentechnologien für den Schwerlastverkehr

Der Schwerlastsektor steht vor enormen Herausforderungen beim Übergang zu nachhaltigeren Energielösungen. Brennstoffzellen spielen dabei eine Schlüsselrolle, denn sie bieten eine nachhaltige Alternative zu fossilen Brennstoffen. Allerdings gibt es noch Hürden in Bezug auf Herstellbarkeit und Langlebigkeit, die überwunden werden müssen. Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) Brennstoffzellen sind aufgrund ihrer Effizienz besonders beliebt und die Bipolarplatten innerhalb dieser Zellen sind entscheidend für Verbesserungen.

Graphitplatten, trotz ihrer Langlebigkeit, sind dick und beeinträchtigen die Leistungsdichte, während metallische Platten zwar dünner, aber anfällig für Korrosion in der feuchten und sauren Umgebung einer Brennstoffzelle sind. Um die Vorteile beider Materialien zu vereinen, hat das Fraunhofer UMSICHT eine innovative Methode für die Herstellung von Graphit-Polymer-Verbundwerkstoffen entwickelt, die großtechnisch für PEM-Brennstoffzellen umsetzbar ist.

Das von öffentlichen Mitteln unterstützte Projekt „BiFoilStack“ konzentriert sich auf neuartige, verbundfolienbasierte Zell- und Stapeldesigns, die eine verbesserte Haltbarkeit und niedrigere Produktionskosten versprechen, ohne die Effizienz und Leistungsdichte zu beeinträchtigen. Diese Technologie ermöglicht es, die Korrosion zu minimieren und die mechanische und chemische Belastung der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) zu reduzieren.

E-MOBILITÄT AUF DEM VORMARSCH

Im Jahr 2023 markierte der deutsche Elektroautomarkt einen signifikanten Anstieg mit über 500.000 zugelassenen Elektrofahrzeugen, was einen beachtlichen Fortschritt gegenüber den Vorjahren darstellt. Interessanterweise verzeichneten Plug-in-Hybride einen Rückgang in den Neuzulassungen, was auf veränderte Verbraucherpräferenzen und Förderpolitiken hinweist. Wasserstoff-Fahrzeuge mit Brennstoffzellen dürfen bei den elektrischen Fahrzeugen nicht außer Acht gelassen werden. Allerdings ist deren Anzahl mit 263 Neuzulassungen im Jahr 2023 noch sehr gering, was die Herausforderungen dieser Technologie noch gut unterstreicht.

Zwei grafische Darstellungen illustrieren diesen Trend: Die monatlichen Neuzulassungen von Elektrofahrzeugen im Jahr 2023 sowie die Entwicklung über die letzten Jahre, wodurch der wachsende Trend zur Elektromobilität deutlich wird.

ALL-SOLID-STATE-BATTERIEN IM FEV EVA EXPERTEN-CHECK

In der sich rasant entwickelnden Welt der Elektromobilität, werden immer mehr Durchbrüche in der Feststoffbatterietechnologie verkündet. Dies könnte weitreichende Implikationen für die Zukunft des elektrischen Fahrens haben. Doch was bedeutet das konkret, und welche Vorteile, aber auch Challenges bringen All-Solid-State-Batterien (ASSBs) mit sich?

Unser Experte Dr. Jürgen Kölch hat das Thema Feststoffbatterie / All-Solid-State-Batterien (ASSBs) mal genauer für Euch unter die Lupe genommen.

All-Solid-State-Batterien (ASSBs) markieren einen Wendepunkt in der Evolution der Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge. Sie unterscheiden sich grundlegend von den herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien durch den Einsatz fester anstelle flüssiger Elektrolyte. Diese Neuerung verspricht nicht nur eine Steigerung der Leistungsfähigkeit und Sicherheit, sondern könnte auch die Reichweite und Zuverlässigkeit von Elektrofahrzeugen signifikant erhöhen. Während die Vorteile von ASSBs überzeugend sind, gilt es, verschiedene Herausforderungen zu meistern, um ihre Potenziale voll ausschöpfen zu können.