Elektromobilität Neue Systemtechnik und dafür notwendige Qualifikationen

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1 Branchendialog Elektromobilität Nürnberg, 21. Juli 2011 Elektromobilität Neue Systemtechnik und dafür notwendige Qualifikationen Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB Zentrum für Kfz-Leistungselektronik und Mechatronik Schottkystrasse Erlangen Tel / , Fax

2 Branchendialog Elektromobilität Nürnberg, 21. Juli 2011 Inhalt Elektroantriebe für Automobile Wohin entwickelt sich die Technik? Wo liegen die Herausforderungen? Welche Qualifikationsprofile und -bedarfe lassen sich ableiten? 2

3 Einführung Antriebskonzepte BEV FCEV H 2 Konventionell Parallel- Hybrid Batterie- Elektrisch Seriell- Brennstoffzellen- 3

4 Einführung Leistungselektronik für die Autos von morgen Brennstoffzellenfahrzeuge Brennstoffzelle Plug-in Hybride und Elektrofahrzeuge HV-Bordnetz xc Hochlast-Verbraucher Klima-Kompressor x-by-wire, aktives Fahrwerk Anbauaggregate (NFZ) AC 12/14 V Bordnetz Hybridfahrzeuge Umrichter Gleichspannungswandler Ladegeräte AC Elektrischer Energiespeicher 4

5 Einführung Hochvolt-Bordnetz HV-Bordnetzspannung in Volt Kleinspannung Schutzkleinspannung Elektrische Leistung in kw Die techn. Handhabbarkeit der Ströme, sowie Kosten- und Gewichtsfaktoren erzwingen den Schritt zu berührgefährlichen Spannungen (Hochvolt-Bordnetz)! Elektro-Kleinstwagen, Micro- und Mild-Hybride Elektro-Kleinwagen, Voll-Hybride Mittelklasse- und Sport-EV, Power-Hybride (incl. hybrider Nutzfahrzeuge) 5

6 Einführung Hochvolt-Bordnetz Vollständige (allpolige) elektrische Isolation gegenüber berührbaren Teile (Fahrzeug- Chassis, 14V-Bordnetz, ). AC Hilfsantriebe 1) Isolationsüberwachung Hochvolt-Bordnetz Fahrantrieb 14V Bordnetz AC Elektrischer Energiespeicher Chassis 1) z.b. Klimakompressor, Öl- oder Wasserpumpe 6

7 Einführung Hochvolt-Bordnetz Konsequenzen für den Nutzer: keine! Elektroautos sind so sicher wie jedes andere Elektrogerät Im Falle eines Fehlers oder Unfalls erfolgt Spannungsfreischaltung des gesamten HV-Bordnetzes Konsequenzen Arbeiten am Fahrzeug: Alle System- oder gar Struktur-invasiven Arbeiten erfordern eine umfassende Qualifizierung aller Beteiligten im Umgang mit Hochvoltsystemen und Hochleistungsbatterien! 14 V Bordnetz Batterie Weiterbildungsbedarf Kfz-Handwerk Pannendienste Rettungsdienste Entsorgungs- und Recyclingunternehmen Serienfahrzeuge sind HV-eigensicher 7

8 Nutzung, Service, Recycling Fahrzeuge mit Hochvolt-Bordnetz Zusatzqualifikation Arbeiten unter Spannung (AuS) Fachkundiger für Arbeiten an HV-eigensicheren Fahrzeugen Elektrisch unterwiesene Person (EUP) Berechtigung Spannungsfreiheit herstellen und feststellen HV-System gegen Wiedereinschalten sichern Wartungsarbeiten, wie Austausch von HV- Komponenten, im spannungsfreien Zustand. Keine Arbeiten an Vorserienfahrzeugen! Nur Arbeiten, die nicht das Hochvolt-System betreffen. Elektrotechnischer Laie Keine Arbeiten an Fahrzeugen mit HV-Bordnetz. 8

9 Entwicklung Systemintegration Elektronik und Mechanik wachsen zusammen separat Kosten angebaut vollintegriert Technologie-Reifegrad, Produktionsvolumen Bildquellen: Toyota, Ford, Fraunhofer IISB 9

10 Entwicklung Systemintegration Elektronik und Mechanik wachsen zusammen Intelligente Antriebe Intelligente Batteriesysteme 10

11 Entwicklung Herausforderung Systemintegration Klare Schnittstellen zwischen Elektronik und Mechanik verschwinden Kosten Mechanische Konstruktion Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Materialauswahl Zuverlässigkeit Entwärmung Testbarkeit Fertigbarkeit 11

12 Entwicklung Herausforderung Systemintegration Systemintegration erfordert innovative Lösungen (Verlassen ausgetretener Lösungspfade) interdisziplinäres Denken Systemdenken Entlang des gesamten Wertschöpfungszyklus Fertigungstechnik, Montageprozesse System-Engineering Recycling Material- und Bauelementeentwicklung 12

13 Entwicklung Qualifikationsprofil: Ingenieur/in Kompetenzschwerpunkte Leistungselektronik Elektrische Antriebstechnik Mechatronik Ausbildungsdefizite heute insbesondere auf den Gebieten Thermisches Management Zuverlässigkeit Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) 1) Fertigungsgerechtes Design Normen Anpassung von Studieninhalten Weiterbildungsbedarf 1) für Leistungselektroniker 13

14 Weiterbildung Gute Ausgangsbasis mit einem breiten Angebot einschlägiger Fachseminare unternehmensintern: z.b. AutoUni (VW) national: Bay. Cluster Leistungselektronik, Fraunhofer-IISB, OTTI,... international: European Center for Power Electronics (ECPE) 14

15 Weiterbildung DRIVE-E Programm zur wissenschaftlichen Nachwuchsförderung Ferienakademie einwöchig (2010 in Erlangen, 2011 in Berlin) Fachvorträge, Diskussionen, Exkursionen mit Experten aus Industrie und Forschung Elektromobilität in voller thematischer Breite bundesweit ausgeschrieben für Hochschulen und Universitäten enger Expertenkontakt (dazu Begrenzung auf 50 Teilnehmer) DRIVE-E Studienpreise für herausragende Studien-/Bachelor- sowie Diplom-/ Masterarbeiten auf dem Gebiet der Elektromobilität je Kategorien mit 5.000,- Euro dotiert Eine Kooperation von BMBF und Fraunhofer 15

16 Weiterbildung Wissenschaftliche Nachwuchsförderung Ab Nov am Südgelände: KFZ-Werkstatt für Studentenprojekte Studentische Arbeiten am Testzentrum für Elektrofahrzeuge Vorlesung Elektromobilität an der FAU Architekturen und Systemtechnik für Elektromobilität (ab WS 2011/12) Automobilelektronik Projekt EcoCar Interdisziplinäres Gruppenprojekt für Studierende der EEI, MECH, MA, WW, INF, Upgrade eines bestehenden Elektrofahrzeugs auf modernste Technik Heranführen von Studenten an das Thema Elektromobilität Formula Student electric 16

17 Produktion, Service, Recycling Konventioneller Antriebsstrang e-antrieb mehrere Tausend mechanische Einzelteile viel Know-How und IP steckt in mechanischen Komponenten und deren Fertigungsprozessen wartungsintensiv (Zahnriemen, Öl, Filter,...) am Ende der Fahrzeuglebensdauer verschlissen vergleichsweise wenige Einzelteile Know-How steckt überwiegend in der Leistungselektronik und Software wartungsarm(-frei) Lebensdauer e-maschine >> Auto Bildquellen: Daimler, VW, Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität 17

18 Produktion, Service, Recycling Konventioneller Antriebsstrang e-antrieb Verschiebung von Kompetenzschwerpunkten Maschinenbau Elektronik, Mechatronik Bildquellen: Daimler, VW, Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität 18

19 Branchendialog Elektromobilität Nürnberg, 21. Juli 2011 Die Elektrifizierung des Antriebsstrangs verschiebt Qualifikationsprofile und generiert Weiterbildungsbedarf entlang der gesamten Wertschöpfungskette Entwicklung Produktion Nutzung Service Entsorgung, Recycling 19

20 Branchendialog Elektromobilität Nürnberg, 21. Juli 2011 Notwendiges Maßnahmenbündel Fördermaßnahmen an Schulen und Universitäten Interesse für Technik und das Thema Elektromobilität wecken! Anpassung von Lehr- und Studieninhalten Stärkung von interdisziplinärer Vernetzung und von Systemaspekten Berufsbegleitende Weiterbildungsangebote Unter Nutzung vorhandener Kompetenz-Center, Bildungsträger und Organisationen 20

21 Branchendialog Elektromobilität Nürnberg, 21. Juli 2011 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fraunhofer-IISB Ihr kompetenter Partner in allen Fragen der Leistungselektronik 21

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