Halbleiter für effizientere, komfortablere und erschwinglichere Elektrofahrzeuge
3Ccar (Integrated Components for Complexity Control in affordable electrified cars) widmet sich der Bewältigung von komplexen Fragen. Die Ambition des Projekts ist die Steigerung des Komforts und die Herstellung erschwinglicherer Elektrofahrzeuge, während der Weg für ein Transportmittel geebnet wird, das viele Interessengruppen für die Zukunft der Mobilität halten: vernetzte und automatisierte Fahrzeuge. „Einfach ausgedrückt, wirken wir der zunehmenden Komplexität von Elektrofahrzeugen – die auf die steigende Zahl von Anforderungen zurückgeht, die auf mehr Funktionalität, Effizienz und Komfort in erschwinglichen Elektrofahrzeugen abzielen – mit Halbleitern entgegen“, sagt Reiner John von Infineon Technologies, Koordinator von 3Ccar. Hierhin zu gelangen, war allerdings nicht so einfach, wie es sich in dieser kurzen Beschreibung anhört. Das Projekt legte drei wesentliche Komponenten von Elektrofahrzeugen zugrunde – Antriebsstrang-, Batterie- und Brennstoffzellensysteme – und konstruierte diese komplett neu, um hochinnovative Halbleiter einzubinden, welche die Energieeffizienz, Kosteneffektivität und Zuverlässigkeit steigern können. Diese Komponenten wurden nach und nach über die Integration von funktionellen, thermisch-elektrischen, elektromechanischen, elektronischen und nanoelektronischen Komponenten eingebunden. „Der Umstieg von den traditionellen E/E-Architekturen auf eine domänenorganisierte Architektur und Integration aller Subsysteme ist eine völlig andere Denkweise“, erklärt John. Nehmen wir als Beispiel die Batterie: während man diese als das Herzstück von Elektrofahrzeugen betrachten könnte, zielte Projekt 3Ccar auch darauf ab, diese zu deren Gehirn zu machen. Im Vergleich zu Standard-Batteriesätzen ist das 3Ccar-System über den gesamten Lebenszyklus kosteneffektiver: eingebaute Mikrocontroller geben jeder Zelle Aufschluss über ihren aktuellen Zustand und ermöglichen die Kommunikation mit benachbarten Zellen sowie weiteren Fahrzeugvorrichtungen. Falls Probleme entstehen, koppelt sich die Zelle einfach von dem Cluster ab, damit das Fahrzeug weiterbetrieben werden kann. Während bislang eine defekte Batteriezelle den Austausch der gesamten Batterie erforderlich machte, ist es außerdem jetzt möglich, lediglich die Zelle mit Fehlfunktion auszutauschen. Anders gesagt, die verstärkte Integration, auf die das Projekt abzielt, bedeutet auch eine höhere Systempartitionierung. Laut Mitgliedern des 3Ccar-Konsortiums ist eine solche Partitionierung entscheidend, um eine höhere Robustheit, Einfachheit, Ausfallsicherheit durch Redundanz, geringere Kosten und eine vereinfachte, anbieterunabhängige Wartung zu erreichen. Durch diese Vision stellt das Projekt tatsächlich den konventionellen Ansatz eines multifunktionalen zentralen Steuergeräts in Frage, das alle Fahrzeugsysteme beaufsichtigt. Stattdessen kann jetzt jedes fahrzeuginterne System Sensordaten überwachen, während eine Echtzeit-Auswertung und ferngesteuerte Programmierung gewährleistet ist. Dies wird durch modellbasierte Algorithmen ermöglicht, welche die Lebensdauer und den Betriebsstatus von jeder Elektrofahrzeug-Komponente bestimmen können. „Unser Ansatz erweist sich als erfolgreich und steht kurz vor der industriellen Anpassung. Die Anforderung der Verfügbarkeit und des Dauerbetriebs selbst nach einem Subsystemausfall wird nunmehr gemeinhin anerkannt, insbesondere für hochautomatisierte Fahrzeuge der Kategorien L4 und L5“, sagt John. Da elektrische, vernetzte und automatisierte Fahrzeuge bis 2030 massentauglich werden sollen, werden die im Zuge von Projekt 3Ccar entwickelten Technologien sicherlich schnell ihren Weg in kommerzielle Anwendungen finden.
Schlüsselbegriffe
3CCAR, Demonstrator, Elektrofahrzeug, Diagnostik, Halbleiter, automatisiertes Fahrzeug, Infineon, Nanoelektronik
