Kernkompetenz »Antriebssysteme«

Unsere Kernkompetenz »Antriebssysteme« umfasst sowohl Lösungen für elektromotorische als auch für verbrennungsmotorische Antriebe. Die Systeme werden bei uns konzipiert, konstruiert, simuliert und im Versuch validiert. Ergänzend validieren wir mobile und stationäre Energiespeicher sowie thermische Speicher. Für verbrennungsmotorische Antriebe erforschen wir in unseren Forschungsmotoren synthetische Kraftstoffe und Additive.

Restwärmenutzung und Energierückgewinnung: Erprobung des Restwärmenutzungssytems im Heißgasprüfstand
© Fraunhofer ICT
Restwärmenutzung und Energierückgewinnung: Erprobung des Restwärmenutzungssytems im Heißgasprüfstand

Unsere Mobilität befindet sich im Wandel. Zunehmend kommen Batterieelektrische und hybride Fahrzeuge auf den Markt. Für die Übergangszeit sind aber auch noch verbrennungsmotorische Antriebe gefragt, ins besondere unter der Verwendung synthetischer Kraftstoffe. Wir befassen uns mit dem gesamten Spektrum der Antriebe für die Mobilitätswende.

Elektromotorische Antriebe

Im Bereich der »elektromotorischen Antriebe« beschäftigen wir uns intensiv mit Elektromotoren und Getriebesystemen für batterieelektrische Fahrzeuge. Dabei fokussieren wir uns auf Technologien, die eine hohe gewichtsspezifische Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad versprechen. Im Bereich der Entwicklung von Traktionsbatteriesystemen liegt unser Forschungsschwerpunkt auf der Entwicklung von leichten, sicheren und funktionsintegrierten Lösungen, die den Anforderungen an hohe Energie- und Leistungsdichten sowie den Sicherheitsanforderungen beim schnellen Laden und Entladen gerecht werden.

Verbrennungsmotorische Antriebe

Im Bereich der »verbrennungsmotorischen Antriebe« ist unser Forschungsschwerpunkt die Entwicklung technischer Lösungen im gesamten Antriebsstrang für mobile Anwendungen. Dabei betrachten wir den Verbrennungsmotor sowohl als alleiniges Antriebsaggregat als auch in Kombination mit einem Elektromotor als hybrides Antriebssystem. Die Zielsetzung aller unserer Entwicklungen in diesem Gebiet ist es, den Kraftstoffverbrauch und die Emissionen der Verbrennungsmotoren zu senken und das Gesamtsystem sicherer, flexibler, verfügbarer und vor allem mit bezahlbarer Mobilität in Einklang zu bringen.

Elektromotor mit innenliegender Kühlung und einem Leichtbau-Kunstoffgehäuse
© Fraunhofer ICT
Elektromotor mit innenliegender Kühlung und einem Leichtbau-Kunstoffgehäuse
Leichtbau-Nockenwellenmodul aus hochfestem, faserverstärkten Kunststoff
© Fraunhofer ICT
Leichtbau-Nockenwellenmodul aus hochfestem, faserverstärkten Kunststoff
3D-CAD-Schnittmodell des Fraunhofer ICT 1-Zylinder-Forschungsmotor
© Fraunhofer ICT
3D-CAD-Schnittmodell des Fraunhofer ICT 1-Zylinder-Forschungsmotor

Konstruktion, Simulation und Versuchserprobung

Mit unserer Kompetenz auf dem Gebiet »Konstruktion« führen wir für Industrieund Projektpartner Neuentwicklungen komplexer Systeme durch. Zum Beispiel konstruieren und fertigen wir Prototypen zur Validierung neuer Funktionsprinzipien oder Anordnungskonzepte von Traktionsbatterien und Elektromotoren bis hin zu kompletten thermischen Energiewandlern, wie Verbrennungsmotoren und Turbinen. Um neue Konstruktionen zu verifizieren und zu modellieren, analysieren wir mit unserer Kompetenz »Simulation« komplexe Komponenten und Systeme bereits während der Konzeptphase. Das Verhalten einzelner Komponenten im Zusammenspiel auf Systemebene erfassen wir dabei mit Simulationstools zur Wärme-, Stoff- und Informationsübertragung. Wir setzen auch das Gesamtfahrzeug-Simulationstool »IPG-CarMaker« ein, welches es ermöglicht, Fahrzeuge modular in variable Komponenten zu zerlegen, um deren Wirksamkeit im Fahrbetrieb zu untersuchen. Für die Strömungs-, Mehrkörper- und Struktursimulation setzen wir ebenfalls professionelle Tools gemäß aktuellem Industriestandard ein. Im »Versuch« betreiben wir moderne Prüfeinrichtungen und vervollständigen damit unsere Expertise aus Simulation, Konstruktion, Entwicklung und Fertigung von Komponenten und Systemen in einem umfangreichen Versuchsfeld. Auf unserem Motorprüfstand sind vollständige Vermessungen von Vollmotoren der kleineren PKW-Größe und 1-Zylinder-Forschungs-Motoren umsetzbar. An unserem Hybridprüfstand wird der gesamte elektrische Teil des Antriebsstrangs dargestellt. Auf einem Heißgasprüfstand werden Systeme zur Restwärmenutzung, thermoelektrische Generatoren, Wärmeübertrager, Turbogeneratoren, Abgasturbolader und Abgasanlagen untersucht.

Batterien, Akkumulatoren und Brennstoffzellen

Die richtige Auswahl eines Energiespeichers für die Anwendung, die elektrochemische Charakterisierung von Materialien und Zellen, die Ermittlung von physikalischen Parametern ihrer Materialien für Simulationen und die Ursachenforschung bei Zellversagen zählen zu unseren Forschungs- und Entwicklungs-Dienstleistungen im Bereich »Batterien und Akkumulatoren«. Wir arbeiten an aussichtsreichen Systemen der nächsten Generation und führen Sicherheitstests an Zellen und Modulen mit zeitaufgelöster Gasanalytik durch. Brennstoffzellen sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades wichtige Systeme für die zukünftige Gewinnung elektrischer Energie. Aktuell werden überwiegend Wasserstoff, Methanol und Erdgas für die Verstromung in Brennstoffzellen eingesetzt. Entwicklungen in diesem Bereich betreffen insbesondere die Optimierung der Systeme im Hinblick auf die jeweiligen Betriebsbedingungen und die eingesetzten Komponenten. Hier zielen aktuelle Arbeiten insbesondere auf die Integration von Brennstoffzellen in mobile und stationäre Anwendungen, sowie auf die Materialentwicklung der Systeme.

Umweltsimulation und Produktqualifikation

In speziellen technischen Anlagen werden Umwelteinflüsse an Produkten simuliert und maßgeschneiderte Tests entwickelt. Im Bereich »Umweltsimulation und Produktqualifikation« simulieren wir für den Mobilitätssektor Korrosion, Schadgas, Salznebel und Schwallwasser, Vibration, Mechanischer Schock, Druck, Druckwechsel, Klima, Temperatur, Temperaturschock und im Bereich der Elektronik Staub, Wasser, IP Schutzart und in der Materialforschung chemische bzw. UV-Beständigkeit
sowie Alterung.

Ausstattung

MOTORPRÜFSTÄNDE

  • Einzylinderuntersuchungen
  • Erprobung synthetischer Kraftstoffe
  • Wasserstoffverbrennung

EMISSIONSMESSTECHNIK

  • AVL M.O.V.E Gas & Particle Counter
  • AVL Particle Counter APC 489
  • TSI EEPS Partikelspektrometer
  • Cambustion Fast Gas Analyser (NOX, HC, CO)

HEISSGASPRÜFSTAND

  • UTF Erdgasbrenner
  • Max. Temperatur 1200 °C
  • Leistung bis 400 kW
  • Heißgasmassenstrom bis 1800 kg/h
  • Temperaturgradient bis zu 100 K/s

HOCHFREQUENZPULSATOR

  • Elektromagnetischer Antrieb
  • Dynamische und statische Prüfmaschine
  • Prüfkräfte von bis zu 100 kN
  • Prüffrequenzen von bis zu 285 Hz

TESTMETHODIK UND FAHRZEUGSIMULATION

  • Virtuelle Erprobung
  • IPG CarMaker
  • AVL InMotion
  • Ableitung von Lastkollektiven

DATENLOGGER

  • Individuell konfigurierbar
  • OBD, GPS, Temperaturen
  • Feuchte, Druck, Schwingungen

BATTERIETESTCENTER

  • Zellcharakterisierung
  • Sicherheitstests

DIENSTLEISTUNGSZENTRUM UMWELTSIMULATION

  • Korrosionsuntersuchungen
  • chemische Beständigkeit
  • Klima / Temperatur / Temperaturschock
  • IP-Schutzart
  • Vibration / mechanischer Schock
  • Freibewitterung / Sonnensimulation / UV-Beständigkeit / Virtuelle Produktqualifikation
  • maßgeschneiderte Umweltqualifikation