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DRIVE-E-Akademie, Erlangen Fahrzeugkonzepte Maßgeschneiderte Fahrzeugkonzepte für Elektroantriebe © ika 2010 · All rights reserved 10.03.2010 #100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 1 Erlangen, 10. März 2010 Prof. Dr.-Ing. habil. J.-W. Biermann Dipl.-Ing. Bastian Hartmann Institut für Kraftfahrzeuge RWTH Aachen University

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DRIVE-E-Akademie, ErlangenFahrzeugkonzepte

Maßgeschneiderte Fahrzeugkonzepte für Elektroantriebe

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Erlangen, 10. März 2010

Prof. Dr.-Ing. habil. J.-W. BiermannDipl.-Ing. Bastian Hartmann

Institut für KraftfahrzeugeRWTH Aachen University

Elektromobilität an der RWTH

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 2

GeschäftsstelleGeschäftsstelleGeschäftsstelleGeschäftsstelle

ElektromobilitätElektromobilitätElektromobilitätElektromobilität

Forschungsschwerpunkte ika und ISEA zum Thema Elektromobilität

� Fahrzeugkonzepte � Elektrische Antriebe

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 3

� Fahrzeugkonzepte

� Antriebsstrang

� Batteriepack

� Karosserie

� Fahrwerk

� Thermomanagement

� Elektrische Antriebe

� Leistungselektronik

� Leistungselektronische Bauelemente

� Batteriespeicher

� Batteriemanagement

Eckdaten:� Gründung 1902 (ika) und 1981 (fka)

� Das ika beschäftigt ca. 230 Mitarbeiter:

� 60 Ingenieure, 40 Angestellte und Arbeiter, sowie Azubis,130 studentische Hilfskräfte

� Zusammen mit dem Kooperationspartner fka

Kurzvorstellung Institut für Kraftfahrzeuge

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 4

� Zusammen mit dem Kooperationspartner fkaZugriff auf insgesamt ca. 300 Mitarbeiter

Projektstruktur:� 55 % Vorentwicklung

� 20 % Serienentwicklung

� 25 % Zukunftsentwicklung und Sonstige

Referenzen:� Automotive-Kunden aus Europa, USA und Asien

� 17 % OEM und 45 % Zulieferer

� 38 % öffentliche Forschung

Kurzvorstellung ikaForschungsschwerpunkte

Forschungsschwerpunkte

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Integrative Fahrzeugsicherheit

• Umwelt- und ressourcenschonende Fahrzeuge

• Vernetzte Mobilität> > >

Fahrwerk Karosserie Antrieb Elektronik Akustik Fahrerassistenz Strategie- und Prozessentwicklung

Kurzvorstellung ikaGeschäftsbereich Antrieb

Tätigkeitsfelderv, T , n, SOC1

v

v

Vorausschau

Vorausschau

Tbrake

CAN_BUS

Fbkin

w

VEH

FbkoutFbk_out

VEH

Tbrake

CAN_Hybrid

Fbkin

w

Vehicle1

TRANS_CAN

TraOut

clutch

CAN_BUS

ENG_CON

CLUTCH

TRANS

Transmission Control Uni t(incl . clutch)

wout_1

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Fbkout

win

Fbkin_1

Fbkin_2

Torque SumTransmission

eta=1

n

Subsystem1

BUSTRQ

Subsystem

ENG

wout

con_in

Fbkin

Mapped InternalCombustion Engine

(abstract)

wout

Fbkout

P

Starter

win

Fbkin

Mapped InlineStarter

MOT

Fbkout

Tdem and

win

VORAUSSCHAU

HMI

ECM BCM ABS

BAT_CAN

MOT_CAN

TRANS_CAN

ENG_CAN

CAN_BUS

Hybrid Control Uni t

Ground

wout

Fbkout

win

Fbkin

Fixed Gear RatioVerteiler, HA, VA

(mapped loss)

Fbkout

wout

win

Fbkin

TRANS

wout

Fbkout

Conin

win

Fbkin

Five SpeedTransmission

(mapped losses)

ENG_CAN

ENG_con

CAN_BUS

Gaspedal

ENG

TCM

Engine Control Uni t

Bremspedal

VEHOUT

ECM BCM ABS

v_ego [m/s]

Gaspedal

HMI

Tbrake

Driver and Cycle1

Displays_hybrid

CLUTCH

wout

Fbkout

Fn

win

Fbkin

Clutch

BUS

VEH

Beobachtung1

<BAT_SOC>

Leichtbausitze

CFK –Heckklappe

AGM- Batterie

Leichtlaufreifen

CFK -Motorhaube

Leichtbausitze

Schalthinweis –anzeige

Leichtlauföle

Li-Ionen Batterie288 V7,5 Ah

Automatisiertes 5-Gang

Verbrennungsmotor 44 kW89 Nm1.0 l 3-Zylinder Benziner

E-Maschine37 kW223 Nm

GPS

Lidar Sensor

UmrichterGleichrichter

HMI

Aktiver Bremskraftverstärker

Li-Ionen Batterie288 V7,5 Ah

Li-Ionen Batterie288 V7,5 Ah

Automatisiertes 5-Gang

Verbrennungsmotor 44 kW89 Nm1.0 l 3-Zylinder Benziner

E-Maschine37 kW223 Nm

Automatisiertes 5-Gang

Verbrennungsmotor 44 kW89 Nm1.0 l 3-Zylinder Benziner

E-Maschine37 kW223 Nm

GPSGPS

Lidar SensorLidar Sensor

UmrichterUmrichterGleichrichterGleichrichterGleichrichter

HMIHMI

Aktiver BremskraftverstärkerAktiver Bremskraftverstärker

Tätigkeitsfelder

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 6

> Konzeption, Simulation

> Konstruktion und Aufbau

> Versuch, Verifikation, Benchmark

> Konventionelle Antriebe

> Hybridantriebe

> Elektrotraktion

v, T, n, SOC1

v

v

ve hicle .au xilia r_p ower

a uxili ar p ower

Vorausschau

Vo rau sscha u

Tbrake

CA N_BUS

Fbkin

w

V EH

F bkoutFb k_ ou t

V E H

Tb rake

CA N_Hyb rid

Fbkin

w

V ehi cle1

T RA NS _CA N

T ra Out

cl utch

CA N_B US

E NG_CON

CLUT CH

T RA NS

T ran sm issi on Co ntro l Uni t(in cl. clu tch)

wo ut_ 1

wo ut_ 2

Fb ko ut

wi n

Fbkin _1

Fbkin _2

To rqu e S umT ra nsmission

et a=1

S um E l

n

S u bsyste m1

BUS TRQ

S ub system

E NG

wou t

con_ in

Fbkin

Ma ppe d I nte rnalCom bustio n E ng ine

(ab st ract)

wout

F bkout

P

S ta rter

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F bkin

M ap ped In lineS tart er

M OT

F bkout

P

T de ma nd

win

V ol tag e

Ma ppe d E le ctric M oto r

VORAUSS CHA U

HMI

ECM BCM A BS

BAT_CAN

MOT_CA N

TRANS_CA N

E NG_CAN

CA N_BUS

Hyb rid Co ntr ol Uni t

Gro und

VE H_A UX PO WE R

Goto 1

wout

F bkout

win

F bkin

Fixe d G ear Ra tioV erte ile r, HA , V A

(m ap ped loss)

F bkout

wout

win

F bkin

Fi xed Gear Ratio

TRA NS

wout

F bkout

Con in

win

F bkin

Fi ve S pe edT ran sm issio n

(m app ed losses)

ENG_ CA N

E NG_co n

CA N_B US

Gaspe dal

ENG

TCM

E ng ine Cont rol Un it

B remspedal

VE HOUT

ECM B CM A B S

v_ego [m/ s]

Gaspedal

HMI

Tbr ake

Dr iver and Cycle1

Displa ys_ hybr id

CLUT CH

wo ut

Fb ko ut

Fn

wi n

Fbkin

Clu tch

BUS

VEH

Be ob acht ung 1

U

B AT

P

B at tery

<B AT_S OC>

vehicle.auxi l iar_power

auxi l iar power

Sum El

Fbkout

P

win

Vol tage

Mapped Electric Motor

VEH_AUXPOWER

Goto1

woutFbkin

Fixed Gear RatioU

BAT

P

Battery

> Konzeption, Simulation

> Konstruktion und Aufbau

> Versuch, Verifikation, Benchmark

> Hybridantriebe

> Konventionelle Antriebe

> Elektrotraktion

> Konzeption, Simulation

> Konstruktion und Aufbau

> Versuch, Verifikation, Benchmark

> Hybridantriebe

> Konventionelle Antriebe

> Elektrotraktion

> Konzeption, Simulation

> Konstruktion und Aufbau

> Versuch, Verifikation, Benchmark

> Hybridantriebe

> Konventionelle Antriebe

> Elektrotraktion

> Konzeption, Simulation

> Konstruktion und Aufbau

> Versuch, Verifikation, Benchmark

> Hybridantriebe

> Konventionelle Antriebe

> Elektrotraktion

Start- Stop-Automatik

Leichtlaufreifenmit hohem Druck

SpiegelersatzsystemWärmespeicher angepasstes

Tankvolumen

> Konzeption, Simulation

> Konstruktion und Aufbau

> Versuch, Verifikation, Benchmark

> Hybridantriebe

> Konventionelle Antriebe

> Elektrotraktion

Automatisiertes 5-Gang Schaltgetriebe

Kettentrieb

Leichtlaufreifen Automatisiertes 5-Gang Schaltgetriebe

Kettentrieb

Automatisiertes 5-Gang Schaltgetriebe

Kettentrieb

LeichtlaufreifenLeichtlaufreifen

> Konzeption, Simulation

> Konstruktion und Aufbau

> Versuch, Verifikation, Benchmark

> Hybridantriebe

> Konventionelle Antriebe

> Elektrotraktion

> Konzeption, Simulation

> Konstruktion und Aufbau

> Versuch, Verifikation, Benchmark

> Hybridantriebe

> Konventionelle Antriebe

> Elektrotraktion

Kurzvorstellung ikaHistorie der alternativen Antriebe

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 7

Inhalt

• Einleitung

• Neue Fahrzeuganforderungen durch alternative Antriebe

• Bestehende Fahrzeugbeispiele

• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 8

• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika

• Zusammenfassung

EinleitungMotivation

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Ölp

reis

[$/

bbl

]

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 9

0

1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

SchadstoffSchadstoff-- und und LärmemissionenLärmemissionen

steigende Mobilitätsteigende Mobilität GesetzgebungGesetzgebung

CO2

Steuern

NationalerEntwicklungsplanElektromobiltät

EinleitungState of the Art

Verbrennungsmotor+GetriebeVerbrennungsmotor+Getriebe

KarosserieKarosserie

AbgasanlageAbgasanlage

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 10

KraftstofftankKraftstofftank

NebenaggregateNebenaggregate

Hydraulische BremsanlageHydraulische Bremsanlage

EinleitungDie alte Strategie...

Altes FahrzeugkonzeptAltes Fahrzeugkonzept

Alter AntriebAlter Antrieb-

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 11

Alter AntriebAlter Antrieb

Neuer AntriebNeuer Antrieb

„Neues“ Fahrzeugkonzept ?„Neues“ Fahrzeugkonzept ?

+

=

Einleitung

Mini E:

Leergewicht: 1465 kg

Sitzplätze: 2

Motorleistung: 150 kW

Batteriekapazität: 35 kWh

Batteriegewicht: 260 kg

Mini E:

Leergewicht: 1465 kg

Sitzplätze: 2

Motorleistung: 150 kW

Batteriekapazität: 35 kWh

Batteriegewicht: 260 kg

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 12

Kofferraumvolumen: 60 lKofferraumvolumen: 60 l

Quelle: BMW AG

Mini Otttomotor:

Leergewicht: 1205 kg

Sitzplätze: 4

Motorleistung: 128kW

Kofferraumvolumen: 160 l

Mini Otttomotor:

Leergewicht: 1205 kg

Sitzplätze: 4

Motorleistung: 128kW

Kofferraumvolumen: 160 l

• Kosten

– Höhere Anschaffungskosten

Aber:• Niedrige Betriebskosten

(z.B. mit Nachtstrom)

• geringe Instandhaltungs- und

Neue FahrzeuganforderungenKundenerwartungen (Kritische Aspekte)

• „Nachtanken“

– Höhere Ladezeit aufgrund der um ein Vielfaches geringeren Leistungsdichte der Elektroleitung

Aber:• Langsam-Ladung nahezu überall möglich

• Infrastruktur für Schnell-Ladung wird

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 13

• geringe Instandhaltungs- und Wartungskosten

• Steuervorteile

• Reichweite

– Geringere Reichweite aufgrund der um ein Vielfaches geringeren Energiedichte moderner Batteriesysteme

Aber:• Fzg.-Einsatz im täglichen Nahverkehr

(z.B.: Zweitwagen)

• Gezieltes Nachladen am Ende der Fahrstrecke

• Einsatz eines Range-Extenders

• Infrastruktur für Schnell-Ladung wird geschaffen

• Weg zur Tankstelle entfällt

• NVH-Verhalten

– Ungewohntes Geräuschverhalten des Elektroantriebs (Straßenbahn)

Aber:• Geringerer Geräuschpegel

• Chance nutzen neue Geräusche entsprechend zu vermarkten

Neue FahrzeuganforderungenEntwicklungsthemen (Übersicht)

• Antrieb

− Antriebskonzept(Zentral, radnah, Rabnabe)

− Auswahl E-Motortyp

• Elektrischer Energiespeicher

• Bordnetz

– Elektrifizierung der Nebenaggregate

– Energiemanagement

– Funktionsarchitektur

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 14

− Hohe Energiedichte

− Modularer Aufbau

− Lebensdauer

• Karosserie

– Leichtbau

– Aerodynamik

– Bauraumkonzepte für Batterie und Antrieb

– Crashsicherheit der „neuen“ Komponenten

• Fahrwerk

– Leichtlaufreifen

– Rekuperative Bremsanlage

• Gesamtfahrzeug

– Sound Engineering

– Thermomanagement(Heizen/Kühlen)

• Triebstrangkonfiguration

− Flexiblere Konfigurationen möglich(Zentralmotor, radnahe Motoren, Radnaben-Motoren)

− Bewertungskriterien: Package/Bauvolumen, Gewicht, Effizienz, Funktionalität

• Leichtbau auf Komponentenebene

Neue FahrzeuganforderungenBeispiel: Antriebsstrang

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 15

− Vorteil gegenüber konv. Antrieb konsequent nutzen

− Weiteres Potential für Antriebsumrichter

• Kosten

− Ziel für den elektrischen Antriebsstrang (LE + E-Motor + Getriebe) ist das Preisniveau heutiger Antriebseinheiten mit Verbrennungsmotor und Getriebe

• Sicherheit & Funktionen

− Übertragung von Fahrdynamikfunktionen wie ASR, ABS und Torque Vectoring auf den elektrischen Antrieb

− Funktionale Sicherheit berücksichtigen

• Kostenreduktion

− Batterie ist Kostentreiber -> durch modularen Aufbau dem Kunden bedarfsgerechte Batteriegrößen und somit Reichweiten anbieten

• Hohe Energiedichte

− Lithium-Ionen Batterien bieten derzeit höchste Energiedichte für Fahrzeuganwendung -> weiteres Potential absehbar (> 500 Wh/kg)

Neue FahrzeuganforderungenBeispiel: Elektrischer Energiespeicher

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 16

Fahrzeuganwendung -> weiteres Potential absehbar (> 500 Wh/kg)

• Lebensdauer

− Anwendung im Fahrzeug ergibt neue Anforderung für die Batterie

− Einsatz von „konventionellen“ Consumer-Zellen fragwürdig

• Sicherheit

− Thermische Stabilität gewährleisten –> z.B. über Auswahl Kathodenmaterial

− Anforderung Crashsicherheit berücksichtigen

• Reduzierung des Energieverbrauchs

− Reduzierung des Fahrzeuggewichtes

− Verbesserung der Aerodynamik

Neue FahrzeuganforderungenBeispiel: Karosserie

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 17

− Verbesserung der Aerodynamik

• Neue Fahrzeugarchitekturen

− Gestaltungsfreiheit durch neue Antriebsstrangstrukturen(z.B.: Radnabenmotoren)

− Package-Restriktionen durch die Einbindung der Komponente Batterie

• Crashsicherheit

− Bestehende Normen und Anforderungen sind auch für moderne Fahrzeugkonzepte maßgeblich

− Zusätzliche Sicherheitsanforderungen an die Komponente Batterie

Neue FahrzeuganforderungenBeispiel: Integration des Energiespeichers

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 18

SandwichbodenGetriebetunnel (T-Form)

Quelle: www.cartypes.com

CityTrabant nTStreetScooter CompactPhylla (2010) Blue ZERO Ecell

Pivo 2

Model T

Nuvu

BB1

Cleanova 2

e500

eBoxeCom

Fluence ZEFortwo ev

iMiev

Kangoo ZE

LeafOscar

Pantila electric coupéRAV4 EV

Ze-0

Zoe ZEFocus BEV

Benni

QUICC! DiVa

BlueCar

City

Doblo

EcoCarrier E2

Ecostar EV

EPIC electric minivan

EV Plus

GreenyG-WizHotzenblitz

i10 electricLiV Dash

LiV Surge

LiV Wise

Maranello SCE

MegaMicro-Vett Doblò

NXRPanda Elettrica

Ranger EVSedan EV

SUTSUV

TangoXebra

Ydea

ZX40S

ForTwo electric drive (2012)1600

1800

2000

Fah

rzeu

gh

öh

e [m

m]

Bestehende FahrzeugbeispieleÜbersicht Elektrofahrzeuge

VansSUV

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 19

NXG

Trabant nTStreetScooter CompactPhylla (2010) Blue ZERO Ecell

Aptera 2e

Blitz

C30 BEV

E1

e500

eRuf

E-UP

Evergreen

GTLampoLotus Elise

Mini E

R8 e-tron

SmeraTwizy ZE

X1

Focus BEV

SLS AMG eDrive

Quant

iChange

Circuit EV

eKa

Buddy Buddy 3

CityELClio électriqueCOM-V3

Corbin Sparrow

e- Wolf E1

EV1

Golf CitySTROMer

Greenster

Hotzenblitz

LiV Flash

Liv Rush

MM NmG

Roadster

Saxo électrique

SpyderTWIKE

Twingo Quickshift Elettrica

XS500Ydea

ZENN

800

1000

1200

1400

2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500

Fahrzeuglänge [mm]

Konzept

Prototyp

Serie

Minis

Sport-wagen

Klein-wagen

Kompakt-wagen Mittelklasse

Conversion Design

– Umrüstung des VM-Serienfahrzeugs auf Elektroantrieb

– Bestehende Fahrzeugarchitektur und Komponenten werden nicht angepasst

Bestehende FahrzeugbeispieleUnterschied Conversion/Purpose Design

Purpose Design

– Fahrzeugentwicklung mit Fokus auf den elektrischen Antrieb

– Neukonstruktion und Anpassung aller relevanter Fahrzeugmodule

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 20

angepasst

Vorteil:

• Entwicklungsaufwand gering

• Bestehende Prozesse und Strukturen werden beibehalten

Nachteil:

• Das Potential des Elektrofahrzeugs kann nicht vollständig ausgeschöpft werden

Vorteil:

• Neue Antriebsstrukturen können zweckmäßig umgesetzt werden

• Geschäftsfeld für neue Unternehmen

Nachteil:

• Hoher Entwicklungsaufwand

• Wenig Gleichteile mit VM-Fahrzeuge

Bestehende FahrzeugbeispieleBeispiele Conversion Design

Tesla Roadster

• Plattform des Lotus Elise

Smart Electric Drive

• Plattform ist Serien-Smart

• Erste Generation verfügt über ZEBRA-Batterien

• Zweite Generation wird vonLi-Ion Batterien angetrieben

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 21

• Plattform des Lotus Elise

• Batteriepack besteht aus Standard Laptop-Zellen

Mini E

• Plattform ist Serien-Mini

• Antriebskomponenten von AC-Propulsion

• Notlösung für Flottenversuche

Bestehende FahrzeugbeispieleBeispiele Purpose Design

Blue Zero

• Leichtbau

• Karosseriedesign

• Sandwich-Architektur

• Modularität

• Innenraumgestaltung

Twike

• neues Fahrzeugkonzept

• optionaler Fahrrad-Betrieb

• reduzierter Luftwiderstand

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 22

• Innenraumgestaltung

Aptera

• neues Fahrzeugkonzept

• Leichtbau

• reduzierter Luftwiderstand

EV1

• Leichtbau

• reduzierter Luftwiderstand

• Batterie-Package

Heuliez Friendly

• Sitzkonzept

• Radnabenantrieb

Alternative Fahrzeugkonzepte des ikaHistorie

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 23

Inhalt

• Einleitung

• Neue Fahrzeuganforderungen durch alternative Antriebe

• Bestehende Fahrzeugbeispiele

• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 24

• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika

• Beispiel 1: Ford Model T 2015

• Beispiel 2: RWTH Elektrofahrzeug „StreetScooter“

• Beispiel 2: Verbundprojekt „e performance“

• Zusammenfassung

Ford Model T 2015 Die Wettbewerbsaufgabe

1908 So war „Tin Lizzy“

Qualitativ

• Einfach

• Robust

• Leicht

2008 Vorgaben Ford

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 25

• Niedriger Preis

• Neuartige Fertigungstechniken

• Nutzbar für alle Kundengruppen in unterschiedlichen Umgebungen

• Vielfältigkeit und Aufrüstbarkeit

• Reparaturfreundlich

• Lange Modelllaufzeit

• „Ein Auto für Jedermann“

• Leicht

• Ansprechend

Quantitativ

• Zielkosten 7.000 $

• min. 2 Passagiere

• Reichweite: min. 200 km

Ford Model T 2015 Konzeptphase

Länge 3220 mm

Breite 1810 mm

Höhe 1590 mm

Design

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 26

Radstand 2110 mm

Spur 1624 mm

Passagiere 3 (in einer Reihe)

Leistung

Verbrauch Verbrenner

Verbrauch elektrisch

Höchstgeschwindigkeit

Gewicht

Antriebsposition

Vorderachse

Hinterachse

Reifen

Bremsen (vorne / hinten)

Ford Model T 2015 Antriebskonzept

Länge 3220 mm

Breite 1810 mm

Höhe 1590 mm

Antrieb

Verbrenner Hybrid Plug-In EV

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 27

Radstand 2110 mm

Spur 1624 mm

Passagiere 3 (in einer Reihe)

Leistung 30 – 40 kW

Verbrauch Verbrenner 3.52 – 4.17 l/100 km

Verbrauch elektrisch 11 kWh/100 km

Höchstgeschwindigkeit 120 km/h

Gewicht 800 kg (+ Batterie)

Anriebsposition

Vorderachse

Hinterachse

Reifen

Bremsen (vorne / hinten)

Randbedingungen:

• vmax = 120 km/h

• mFzg = 800 kg + 220 kg

• cw ⋅ A = 0.3 ⋅ 2.4 m2 = 0.72 m2

• Reichweite: ≥ 200 km

Spitzenleistung: 28 kW

Durchschnittsleistung: 3,12 kW

Energieverbrauch: 94 Wh/km

0 200 400 600 800 1000 1200-20

-10

0

10

20

30

time [s]

po

wer

[kW

]

power demand at wheelaverage (propulsion) power demand at wheel

NEDC

Ford Model T 2015 Fahrzeugarchitektur

Länge 3220 mm

Breite 1810 mm

Höhe 1590 mm

Fahrzeugarchitektur

Zentraler FahrersitzProfilintensive

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 28

Radstand 2110 mm

Spur 1624 mm

Passagiere 3 (in einer Reihe)

Leistung 30 – 40 kW

Verbrauch Verbrenner 3.52 – 4.17 l/100 km

Verbrauch elektrisch 11 kWh/100 km

Höchstgeschwindigkeit 120 km/h

Gewicht 800 kg (+ Batterie)

Anriebsposition Heckmotor

Vorderachse McPherson

Hinterachse Schräglenker

Reifen 175/65 R14

Bremsen (vorne / hinten) Scheibe / trommel

ProfilintensiveKarosserie

ModularerAntrieb

Batterie

Tank

Inhalt

• Einleitung

• Neue Fahrzeuganforderungen durch alternative Antriebe

• Bestehende Fahrzeugbeispiele

• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 29

• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika

• Beispiel 1: Ford Model T 2015

• Beispiel 2: RWTH Elektrofahrzeug „StreetScooter“

• Beispiel 3: Verbundprojekt „e performance“

• Zusammenfassung

RWTH Elektrofahrzeug "StreetScooter" Zielsetzungen

Zielsetzungen „StreetScooter“

Projektziele Vorgaben

• Anpassung eines Fahrzeugkonzeptes an Vor- und Nachteile des Elektroantriebs

• Entwicklung von Demonstrationsfahrzeug und -fabrik mit Serientauglichkeit (ggf. Betreuung bis zur Serienreife)

Baukasten für E-Fahrzeuge

• Basisverkaufspreis deutlich unter Wettbewerb

• Individualisierbarkeit

Fahrzeugderivate

© ika 2010 · All rights reserved10.03.2010#100540 · 10bh0011.pptx Folie Nr. 30

Serientauglichkeit (ggf. Betreuung bis zur Serienreife)

• Schaffung einer skalierbaren Fahrzeugarchitektur

• Senkung der Produktkosten(insb. der Komponenten des elektrischen Antriebs)

• Entwicklung großserientauglicher Elektronikkomponenten

• Prägung eines neuen Vermarktungskonzeptes

• Standardisierung von Schnittstellen und Modulgrenzen; Schaffung einer Quasi-Norm

• Schnelle Umsetzung von Forschungsergebnissen in die Praxis

• Nutzung von Synergien mit anderen Elektrofahrzeugen

• Individualisierbarkeit und Upgrade-Fähigkeit

• Leistungs- und Reichweiten-skalierbarkeit

• Sicherheit und Zuverlässigkeit auf heutigem Kompaktklasseniveau

• Hoher Wiederholungsgrad von Gleichteilen

Antriebsmodule

Batteriemodule

Komfortmodule

Airbag

Airbag

Air bag

RWTH Elektrofahrzeug "StreetScooter" Entwicklungsprozess

Friends CoupéCabrio PickupCompact Work

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Package 2D Package 3DDesign

ZeichnungDesign

Flächenmodell

ModularesKarosseriekonzept

RWTH Elektrofahrzeug "StreetScooter" Fahrzeugvariante „Compact“

Länge 2900 mm

Breite 1650 mm

Höhe 1500 mm

Radstand 2000 mm

Passagiere 2

Leistung 30 kW

Fahrzeugdaten Compact

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Leistung 30 kW

Verbrauch elektrisch 13 kWh/100 km

Hauptbatterie 10,6 kWh (30 kW)

Zusatzbatterie (1 oder 2) 6 kWh (<30 kW)

Höchstgeschwindigkeit 120 km/h

Beschleunigung 6 s (0 – 50 km/h)

Reichweite (modular) 60 – 130 km

Leergewicht 1000 kg (inkl. Batterie)

Anriebsposition Heckmotor

Vorderachse McPherson Federbein

Hinterachse Chapman Federbein

Reifen 175/65 R15

Bremsen (vorne / hinten) Scheibe / trommel

• Antrieb mit zwei radnahen Motoren in gemeinsamen Gehäuse

• Differenzial entfällt; zwei radseitige Getriebestufen

• Batteriepack aus parallel verschalteten Batteriemodulen

• Leistungsskalierung durch Hinzufügen paralleler Module

Inhalt

• Einleitung

• Neue Fahrzeuganforderungen durch alternative Antriebe

• Bestehende Fahrzeugbeispiele

• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika

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• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika

• Beispiel 1: Ford Model T 2015

• Beispiel 2: RWTH Elektrofahrzeug „StreetScooter“

• Beispiel 3: Verbundprojekt „e performance“

• Zusammenfassung

Projekttitel:

„e performance“

Konzeption und Aufbau eines Batterie-elektrischen Fahrzeuges

Fördervolumen:

Circa 22 Mio €

Projektlaufzeit:

Oktober 2009 – Oktober 2012

Alternative Fahrzeugkonzepte des ikaAktuelle Projekte am ika

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Oktober 2009 – Oktober 2012

Teilvorhaben der RWTH-Institute:

Konzeption, Analyse und Realisierung von Komponenten und

Fahrzeugmodulen des Batterie-elektrischen Fahrzeugs

Fördervolumen:

10,5 Mio € (Förderquote:100 %)

Alternative Fahrzeugkonzepte des ikae performance - Arbeitspakete

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Inhalt

• Einleitung

• Neue Fahrzeuganforderungen durch alternative Antriebe

• Bestehende Fahrzeugbeispiele

• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika

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• Alternative Fahrzeugkonzepte des ika

• Zusammenfassung

Zusammenfassung

• Die Entwicklung alternativer Fahrzeugantriebe wird durch gesellschaftliche, ökologische und ökonomische Rahmenbedingungen forciert. Dabei steht insbesondere der elektrische Antrieb im Fokus des Interesses

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• Fahrzeuge mit alternativen Antrieben unterliegen neuen Anforderungen, die nahezu alle Bereiche des Fahrzeugs tangieren

• Aktuelle Forschungsprojekte zeigen mögliche Lösungsansätze und das Potential des Purpose-Design gegenüber dem klassischen Conversion-Design

• Themen wie Kosten, Reichweite, „Nachtanken“ und Geräuscheindruck prägen die Akzeptanz. Letztendlich entscheidet der Kunde über den Markterfolg

Vielen Dank für Ihre

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Prof. Dr.-Ing. habil. J.-W. Biermann

Institut für KraftfahrzeugeRWTH Aachen UniversitySteinbachstr. 7

Kontakt

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Steinbachstr. 752074 AachenGermany

Telefon +49 241 80 25606Telefax +49 241 80 22147

E-Mail [email protected] www.ika.rwth-aachen.de