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1A CUE Consulting & Engineering GmbH  

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Präzise Messergebnisse für Entwicklungen in der E-Mobility: In der neuen Web-Seminar-Reihe „CSM Xplained“ werden Grundlagen und Lösungen anwenderbezogen erklärt.

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Energiespeichersysteme

CSM Xplained: Messtechnik für die E-Mobility

Automobilhersteller müssen potenzielle Probleme mit öffentlichen Ladestationen identifizieren und adressieren, bevor neue Fahrzeugmodelle auf den Markt kommen. FEV unterstützt durch die ganzheitliche Analyse der operativen Effektivität von batterieelektrischen Fahrzeugen an Wechsel- und Gleichstrom-Ladestationen.

Ladesäulen / Ladekonzepte

Mobile Charging Analyzer prüft Kompatibilität zwischen BEV und Ladestationen

Die Groupe PSA investiert in großem Umfang in verschiedene Elektrifizierungsprojekte, um ihren Kunden, die elektrisch fahren, eine nahtlose Fahrt zu ermöglichen. Um diese Projekte zu realisieren wurden PSA ENGIE und somit EVBox als einen der Partner ausgewählt, die Ladestationen in ganz Europa bereitstellen werden. 

Partnerschaft 

EVBox beliefert Groupe PSA mit Ladestationen 

DEKRA setzt das Scienlab Charging Discovery System (CDS) von Keysight ein, um die Ladetechnologie innerhalb eines Elektrofahrzeugs (Electric Vehicle, EV) oder einer Ladestation (Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE) zu testen und zu zertifizieren. 

Einsatz interoperabler Ladelösungen über verschiedene Standards und Schnittstellen hinweg  

Dekra testet Ladetechnologie mit Testsystem von Keysight 

Die TH Köln und die AixControl GmbH haben in einem gemeinsamen Forschungsprojekt ein zweistufiges Schnellladesystem für die Elektromobilität entwickelt. Dank des Aufbaus kann in der Ladeelektronik auf eine Leistungsstufe verzichtet werden.  

Forschungsprojekt 

Neuartiges Ladesystem für die Elektromobilität 

BorgWarners sechste Kupplungsgeneration (GenVI) für AWD-Systeme optimiert Gewicht, Effizienz, Haltbarkeit und Packaging weiter. Im Zentrum der Innovationen steht eine patentierte, zentrifugalgesteuerte Kolbenpumpe.

OEM Supplier

Die nächste Generation integrierter AWD-Aktuatoren

Als Kompetenzzentrum für Magnetfeldsensorik innerhalb der TDK-Gruppe bietet TDK-Micronas seinen Kunden neben Motor-Controllern auch passende Sensorlösungen an. Mit einem neuen All-in-One-Entwicklungs-Kit ermöglichen TDK-Micronas und NewTec zudem den einfachen Einstieg in die Steuerung von Elektromotoren.

Next Generation Motor Controllers – Steuerung von Elektromotoren leicht gemacht

Wie Sie die Entwicklung von Automotive-Anwendungen mit zwei Batterien (12V und 48V) vereinfachen können

Elektronische Bauelemente

Energiemanagement

Stromversorgungslösung für 48V/12V-Batteriesysteme

Allegro MicroSystems Europe stellt eine Kombination aus einem Hall-Effekt-IC und einem Seltenerd-Magnet-Pellet vor, die eine Lösung für die digitale Zahnraddrehzahlerfassung mit Richtungserkennung und Nulldrehzahlfähigkeit bietet.  

Allegro: 2-Draht-Drehzahl- und Richtungssensor-IC 

Das Angebot an Fahrerassistenzsystemen in Neuwagen steigt und steigt. Diese Systeme nehmen mithilfe von Sensoren die Fahrzeugumgebung wahr, interpretieren diese und sollen so den Fahrer während der Fahrt unterstützen sowie den Fahrkomfort erhöhen. Da Assistenzsysteme (noch) nicht eigenständig zur Verkehrssicherheit beitragen, ist es besonders wichtig, dass sie die Sicherheit des Fahrers nicht gefährden, indem sie ihn ablenken oder stören. Bevor solche Systeme also Einzug in Fahrzeuge finden, sollten diese unter möglichst realen Bedingungen getestet werden.  

Lass dich nicht ablenken! 

Reine Datensensoren müssen nicht zwangsläufig ‚dumm‘ sein. Indem man intelligente Zustandsüberwachungs-Features in den SerDes-Chipsatz (Serializer/Deserializer) integriert, nimmt man dem zentralen Prozessor das periodische Abfragen des Betriebszustands der einzelnen Sensoren ab. Damit werden Prozessor-Ressourcen gespart und dem System eine zusätzliche Schutzebene verliehen. 

Zustandsüberwachung  von ADAS-Sensoren 

Für die Umsetzung zukünftiger Mobilitätslösungen sind 3D-Lasersensoren nützlich. Durch sie wird autonomes Fahren der Level 4 und 5, bei denen ein Mensch am Steuer nicht mehr Bedingung ist, erst möglich. Mit dem Ultra Puck VLP-32 und Velarray liefert Velodyne LiDAR 3D-Lasersensoren zur optimalen Vermessung der Fahrzeugumgebung. 

3D-Lasersensoren 

Allegro MicroSystems Europe stellt einen Hall-Effekt-basierten differentiellen Drehzahlsensor mit einem Permanentmagnet-Pellet in einem Modul vor. Der ATS668 bietet integrierten EMI-Schutz und ist eine Lösung für digitale Zero-Speed-Drehzahlmessungen in Getrieben. Der Sensor wird in einem  vergossenen Gehäuse ausgeliefert.  

Differentieller Drehzahlsensor in Dreidraht-Ausführung 

TDK präsentiert miniaturisierte Epcos MEMS-Drucksensor-Dies. Die Automotive-Typen der Serie C33 haben Abmessungen von 1 x 1 x 0,4 mm3 und sind nach eigener Angabe mit die kleinsten ihrer Art. 

Drucksensor-Dies für Automotive-Anwendungen 

DC-Kleinstantriebe leisten heute in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen beachtliches. Sie überzeugen durch ihre geringe Leistungsaufnahme, wandeln elektrische Energie effizient in Bewegungsenergie um, sind einfach in der Drehzahl regelbar, leicht, leise und zuverlässig. Dadurch treiben sie in vielen Branchen immer wieder die Technik voran. Inzwischen gilt das auch für die Elektromobilität. Treibende Kraft eines innovativen Laderoboters für Elektroautos sind grafitkommutierte DC-Kleinstantriebe.

DC-Kleinstantriebe leisten heute in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen beachtliches. Sie überzeugen durch ihre geringe Leistungsaufnahme, wandeln elektrische Energie effizient in Bewegungsenergie um, sind einfach in der Drehzahl regelbar, leicht, leise und zuverlässig. Dadurch treiben sie in vielen Branchen immer wieder die Technik voran. Inzwischen gilt das auch für die Elektromobilität.

Elektromobilität ist unbestreitbar im Kommen, doch bis zur funktionierenden Standardtechnologie gibt es noch ein paar Hürden zu bewältigen. Eine davon ist der Ladevorgang. Straßenzüge mit massenhaft aneinandergereihten Ladesäulen sind keine akzeptable Lösung und auch in der eigenen Garage würde man gern darauf verzichten, weil doch recht viel Platz verloren geht und das Kabel schnell zur Stolperfalle werden kann.

Eine Alternative ist induktives Laden. Dabei ist das Equipment unter dem Straßenbelag oder im Garagenboden praktisch unsichtbar. Das hat jedoch seinen Preis und für die Installation sind oft umfangreiche Erdarbeiten notwendig. Im Vergleich zum konduktiven Laden mittels Kabel geht zudem immer ein Teil des Stroms verloren, und dieser Anteil wird größer, wenn das Fahrzeug nicht genau über der Spule parkt.

Die Autohersteller lösen das, indem sie eine Navigationshilfe anbieten, um die Abstände zwischen den beiden Spulen genau zu justieren. Inzwischen gibt es jedoch eine vielversprechende Alternative, bei der es solche Probleme prinzipbedingt nicht gibt: den Laderoboter von Volterio. Die Idee stammt aus der Masterarbeit, die Christian Flechl 2014 an der Technischen Universität Graz (Österreich) abgeschlossen hat. Heute ist er Geschäftsführer der Volterio GmbH und der Laderoboter steht kurz vor dem Start der Serienproduktion.

Das System besteht aus einer Fahrzeug- und einer Bodeneinheit (Bild 1). Die Fahrzeugeinheit lässt sich einfach in Elektroautos integrieren und kann meist sogar nachgerüstet werden. Die Bodeneinheit liegt im „Ruhezustand“ als unauffällige, lediglich sechs Zentimeter hohe Konstruktion auf dem Boden (Bild 2). Zum Laden parkt man das Auto einfach darüber. Haben sich beide Einheiten identifiziert, fährt teleskopartig ein Roboterarm aus, auf dem der „Stecker“ – ein konisch-runder Stromüberträger – sitzt (Bild 3). Er steuert das Gegenstück am Unterboden des Fahrzeugs an und stellt den vollen Kontakt auch dann her, wenn das Fahrzeug nicht optimal steht. Es genügt, wenn sich der Anschluss in einem 50 mal 50 Zentimeter großen Feld befindet.

Sein Ziel findet der Roboter über ein Ultraschall-System. Die Verbindung ist in weniger als 15 Sekunden hergestellt. Die Ladeleistung eines Ladegeräts mit Heimanschluss beträgt 22 kW, womit auch große Autobatterien in vier bis fünf Stunden aufgeladen werden können. Die Technik ist aber dafür ausgelegt, bis zu 100 kW Gleichstrom zu bewältigen, was die Ladezeit auf eine Stunde senkt.

Bei der Entwicklung des Prototyps kam es auch auf die Motoren an, die die drei Achsen des Roboterarm bewegen: „Wir wollten eine möglichst flache Einheit bauen, also ging es im Gerät von Anfang an sehr eng zu“, erinnert sich Flechl. „Zugleich sind jedoch erhebliche Gewichte der hochstromtauglichen Kabel und Stecker zu bewegen, die Motoren müssen daher – in Verbindung mit dem passenden Getriebe – bei minimalem Volumen ein hohes Drehmoment und eine hohe Dynamik erreichen.“

Bei seiner Internetrecherche stieß der junge Diplomingenieur recht schnell auf Faulhaber, denn für die geforderte Spezifizierung gibt es nicht viele Angebote auf dem Markt. In den Prototypen wurden DC-Kleinstmotoren der Baureihe CR mit Planetengetriebe und passendem Motion Controller eingebaut. Darüber hinaus hat Faulhaber zu Testzwecken weitere Antriebe ausgewählt und zur Verfügung gestellt.

DC-Kleinstmotoren mit Grafitkommutierung sind mit Durchmessern von 23 bis 38 mm besonders leicht und kompakt. Durch die Konstruktion als Glockenankermotor mit der patentierten, freitragenden Rotorspule mit Schrägwicklung, die um einen ruhenden Magneten rotiert, kann fast der gesamte Motordurchmesser für die elektrische Spulenwicklung genutzt werden. Dadurch erreichen die Motoren im Verhältnis zu ihrer Größe und ihrem Gewicht höhere Leistungen und Drehmomente als konventionelle Ausführungen. Die kleinen Motoren liefern je nach Baugröße Drehmomente bis etwa 220 mNm. Zudem arbeiten sie ohne Rastmoment, wodurch ein präziser Positionierbetrieb, eine sehr gute Drehzahlregelung und ein insgesamt höherer Wirkungsgrad im Vergleich zu anderen DC-Motortypen erreicht wird.

Der Begriff „Grafitkommutierung“ bezieht sich auf das verwendete Bürstenmaterial in Kombination mit einem Kommutator aus einer Kupferlegierung. Dieses Kommutierungssystem ist sehr robust und eignet sich besonders für dynamische Hochleistungsapplikationen mit schnellem Start-/Stoppbetrieb, wie es der dreiachsige Roboterarm des Ladegeräts erfordert. Das Ladegerät ist für etwa 20.000 Zyklen ausgelegt; dafür wird nur rund ein Prozent der Lebensdauer der Antriebe benötigt. Wichtig ist auch die Robustheit der Antriebe, denn die Ladeeinheit soll auch nach längerem Stillstand und bei ungünstigen Witterungsbedingungen und mit Straßenstaub am Boden zuverlässig funktionieren.

Mittlerweile hat sich der Prototyp in ausgiebigen Testreihen bewährt, und bewiesen, dass die Technologie den konkurrierenden Konzepten in entscheidenden Aspekten deutlich überlegen ist. Auch mehrere Hersteller von Premium-Fahrzeugen haben sich davon überzeugt und sind nun dabei, die Serienfertigung der Ladesysteme zu organisieren. Derweil wendet sich Volterio bereits neuen Aufgaben zu: „Automatisierte Ladevorgänge lassen sich vielseitig nutzen“, fährt Flechl fort. „Das gilt für den gesamten Bereich der Logistik sowie für alle fahrerlosen Fahrzeuge. Auch an E-Lkw wird inzwischen gearbeitet. Wir entwickeln die passenden Laderoboter dazu, und freuen uns, dass Faulhaber uns dabei weiter mit geeigneten Motoren, Getrieben und Controllern unterstützt.“ (oe)

Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG 

www.faulhaber.de

Bild 1: Das Ladesystem besteht aus einer Fahrzeug- und einer Bodeneinheit. Die Fahrzeugeinheit lässt sich einfach in Elektroautos integrieren und kann meist sogar nachgerüstet werden.

Bild 2: Die Bodeneinheit des Ladegeräts ist im Ruhezustand lediglich 6 cm hoch.

Bild 3: Haben sich beide Einheiten identifiziert, fährt teleskopartig ein Roboterarm aus, auf dem der „Stecker“ – ein konisch-runder Stromüberträger – sitzt. Er steuert das Gegenstück am Unterboden des Fahrzeugs an und findet punktgenau den vollen Kontakt auch dann, wenn das Fahrzeug nicht optimal steht.

Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen, Leiter Marketing bei Faulhaber.

Leistungsstarke Antriebstechnik für den Roboterarm des Ladesystems.

Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee

180121_Faulhaber_Laderoboter

Faulhaber ist spezialisiert auf Entwicklung, Produktion und Einsatz von hochpräzisen Klein- und Kleinstantriebssystemen, Servokomponenten und Steuerungen bis zu etwa 250 Watt Abgabeleistung. Dazu zählt die Realisierung von kundenspezifischen Komplettlösungen ebenso wie ein umfangreiches Programm an Standardprodukten wie bürstenlose Motoren, DC-Kleinstmotoren, Encoder und Motion Controller. Die Marke Faulhaber gilt weltweit als Zeichen für hohe Qualität und Zuverlässigkeit in komplexen und anspruchsvollen Anwendungsgebieten wie Medizintechnik, Fabrikautomation, Präzisionsoptik, Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt sowie Robotik. Vom leistungsstarken DC-Motor mit 224 mNm Dauerdrehmoment bis zum filigranen Mikroantrieb mit 1,9 mm Außendurchmesser umfasst das Standardportfolio mehr als 25 Millionen Möglichkeiten, ein optimales Antriebssystem für eine Anwendung zusammenzustellen. Dieser Technologiebaukasten ist zugleich die Basis für Modifikationen, um auf besondere Kundenwünsche für Sonderausführungen eingehen zu können.

ausgabe 01/2021

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