1 1 2 1 Range-Extender Forschungsfahrzeug. (Hier Opel Ampera). 2 Für die Anwendung in Elektrofahrzeugen wurden besondere thermoelek- 2 ELEKTROMOBILITÄT – Projekt »Rexteg« thermoelektrische Generatoren für effizientere Range-Extender trische Module entwickelt. Das Projekt »RExTEG« Deutsches Zentrum für Luft- und birgt enormes Potenzial, beispielsweise im Hinblick auf die elektrische Einspeisung und Raumfahrt e.V. (DLR) Im Projekt » RExTEG « haben das DLR die Verbesserung des Thermomanagements Institut für Fahrzeugkonzepte Institut für Fahrzeugkonzepte und das – dies ist die wesentliche Erkenntnis aus Alternative Energiewandler Fraunhofer-Institut für Physikalische dem Projekt. Die Untersuchungsergeb- Pfaffenwaldring 38-40 Messtechnik (Fraunhofer IPM) gemeinsam nisse bilden eine hervorragende Basis für 70569 Stuttgart erforscht, wie sich die Effizienz von Hybrid- weiterführende Projekte hinsichtlich des und Range-Extender-Fahrzeugen (REx) Serieneinsatzes dieser Technologie. Ein Martin Kober mithilfe Thermoelektrischer Generatoren Schwerpunkt kann hier die Demonstration Telefon +49 711 6862 457 (TEG) verbessern lässt. Hintergrund der der Leistungsausbeute und die Langzeit [email protected] Untersuchung: Verbrennungsmotoren stabilität in realen Szenarien sein. www.dlr.de/fk nutzen lediglich ein Drittel der im Kraftstoff gebundenen Energie für den Antrieb; die Fraunhofer-Institut für restlichen zwei Drittel gehen als Abwärme Thermoelektrische Module (TEM): Physikalische Messtechnik IPM verloren. Thermoelektrische Module (TEM) Aufbau und Funktion Heidenhofstraße 8 nutzen diese Abwärme zur Erzeugung 79110 Freiburg von Strom. Moduldesign sowie das Die Optimierung der TEM im Hinblick auf thermoelektrische Gesamtsystem wurden eine spezielle Anwendung beginnt bei den Dr. Jana Heuer speziell für diese Anwendung optimiert. Materialien: Besonders geeignet für den Telefon +49 761 8857-411 Ziel war es, den Gesamtwirkungsgrad eines Einsatz in einem Range-Extender sind Ma- [email protected] Range-Extenders zu steigern. Untersucht terialien wie Skutterudite und Halb-Heusler- www.ipm.fraunhofer.de wurde dies anhand von Funktionsmustern. Legierungen. Sowohl mit Skutterudit- als Die TEG-Technologie in Hybridfahrzeugen auch mit Halb-Heusler-Materialien wurden 3 4 einige TE-Module nach den thermischen Prozesse können zusätzlich zu einem Qua- 3 Beispiel für Hochskalierung Anforderungen aufgebaut. Speziell für die litätssprung führen, indem sie neuartige des Sinterprozesses: Skutterudit- Skutterudite wurde eine spezifische Auf- Formen und / oder alternative Materialkom- Pressling mit 80 mm Durchmesser, bau- und Verbindungstechnik entwickelt, binationen zulassen. Durch Skalierungs- hier n-Typ. die für Einsatztemperaturen bis mindestens effekte und eine spezielle Prozessführung 4 Beispiel für TE-Schenkel- 500 °C geeignet ist. Das Ergebnis sind sollte eine erhebliche Kostenreduktion Herstellung mit verschiedenen Skutterudit-Module mit einer Leistung von möglich sein. Auf Basis dieser Ergebnisse Fertigungstechnologien und für 0,74 W/cm2 bei einer Heißseitentemperatur wird im Anschluss an das Projekt eine verschiedenen Geometrien, von 500 °C sowie Halb-Heusler-Module mit entsprechende Kleinserienfertigung von hier n-Typ. einer Leistung von 1,29 W/cm2 bei 550 °C TE-Modulen am Fraunhofer IPM installiert. Heißseitentemperatur. Die berechnete Effiam DLR entwickelte hochintegrierte TEG- zienz erreicht bei den Skutterudit-Modulen 7,9 % bei einer Temperaturdifferenz von Thermoelektrischer Generator (TEG): Bauweise konnte in diesem Projekt erstmals ∆T = 480 K sowie 5,3 % bei ∆T = 500 K für Konzept, Auslegung und Aufbau umgesetzt werden. Dies ist eines der wichtigsten Projektergebnisse. Dadurch konnte die Halb-Heusler-Module. Ein wichtiges Teilziel des Projekts war es, unter anderem das Systemgewicht auf Für den Einbau in den Thermogenerator eine für Hybrid-Fahrzeuge und Range- weniger als 8 Kilogramm deutlich reduziert und den Test des Gesamtsystems wurden Extender-Applikationen im Fahrzeug werden. Als Ergebnis der im Projekt durch- unterschiedliche Funktionsmuster herge- optimale TEG-Bauweise zu ermitteln. geführten holistischen Auslegungsmethode stellt und getestet: Die besonderen Randbedingungen eines konnte eine beachtliche Steigerung der Halb-Heusler-Module mit einer Hybriden erforderten einen gänzlich neuen simulierten Leistungsdichte, auf >50 W/kg Größe von 16 mm × 67 mm und Aufbau der TEG – und zwar hinsichtlich bzw. >130 W/dm³, erreicht werden. Die bei 28 Unicouplen thermodynamischer, thermomechanischer der Auslegung erzielte Leistungsdichte ist und auch konstruktiver Kriterien. Zudem damit weltweit die höchste für fahrzeug- wurden am DLR vorhandene Simulati- gerechte TEG. Die neuartige TEG-Bauweise onsmodelle für TEG-Gesamtsysteme auf konnte zudem in dem Projekt erstmals Thermoelektrische Module werden bisher Range-Extender-Fahrzeuge angepasst. erfolgreich als Funktionsmuster aufgebaut im Wesentlichen manuell in mehreren Ein- Mithilfe dieser Simulationswerkzeuge und getestet werden. Die aufgezeigten zelschritten hergestellt. Diese aufwändige wurden die TEG-Komponenten und die Potenziale und die Vorgehensweise werden Handarbeit macht Thermogeneratoren gesamtsystemischen Einflüsse auf das als richtungsweisend angesehen und bisher unwirtschaftlich für die breite Fahrzeug berechnet. sollen für zukünftige Entwicklungen weiter Skutterudit-Module mit einer Größe von 16 mm × 82 mm und 35 Unicouplen Anwendung im Automobil. Teilziel des verfolgt werden. Projekts war es daher, geeignete Prozesse Da das Abgas von Hybrid-Fahrzeugen im zur kostenoptimierten Herstellung von Vergleich zu konventionellen Fahrzeugen TE-Modulen zu entwickeln. Fraunhofer IPM ein höheres Temperaturniveau und eine hat unterschiedliche Fertigungsprozesse un- geringere Transienz im Fahrzyklus hat, tersucht, die die Herstellung vereinfachen konnte der TEG hierbei besser auf diese Im Rahmen des Projekts hat DLR das bzw. beschleunigen können. Einige dieser Randbedingungen ausgelegt werden. Die neue TEG-Design als Funktionsmuster TEG auf dem Prüfstand Kühlwasserwärmeübertrager Heißgaswärmeübertrager Thermoelektrische Module Heißgas Kühlwasser 5 5 6 6 mit eingebauten Skutterudit-Modulen von rund 1 W/cm2 bei Betriebspunkten von Fraunhofer IPM aufgebaut und wie sie im »Worldwide harmonized Light 5 Prinzip der modularen Struktur zur Untersuchung auf dem Prüfstand vehicles Test Procedure (WLTP)« festgelegt als Kreuzstromwärmeübertrager vermessen. Dabei erfolgte eine Verifikation sind. Obwohl die Leistung etwas geringer des TEG-Kerns. zwischen Simulation und Prototypen- als in der Simulation erwartet ausfiel, kann 6 TEG Funktionsmuster in hochin- vermessung. Durch die Bestückung des der Einbau und die Funktionsfähigkeit des tegrierter Bauweise. Thermogenerators mit Messtechnik konnte seriennahen Aufbaus als ein wesentlicher speziell die Temperatur-Vergleichmäßigung und erfolgreicher Schritt bewertet werden. in Längsrichtung der Wärmeübertrager aus der Simulation nachgewiesen werden. Die enge Abstimmung zwischen Dies ist ein großer technischer Fortschritt. System- und Modulentwicklung hat diese Zudem wurden erstmalig die neu designten Ergebnisse ermöglicht. Die konstruktive Skutterudit-Hochtemperaturmodule im Zusammenarbeit gibt Anlass zur Hoffnung hochintegrierten TEG-Funktionsmuster auf weitere positive Forschungser- eingebaut. Die verbauten Modulstreifen gebnisse, die der Thermoelektrik den konnten erfolgreich vermessen werden und Weg ins Automobil ebnen werden. © Fraunhofer IPM 09/2015; DLR e.V.; Fraunhofer IPM, Kai-Uwe Wudtke lieferten eine elektrische Leistungsdichte Das Projekt Rexteg: Titel Neuartiger thermoelektrischer Generator zur Steigerung der Effizienz von Range Extender Fahrzeugen (RExTEG) Laufzeit Dezember 2012 – Mai 2015 Partner • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Fahrzeugkonzepte, Projektkoordinator • Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM (Fraunhofer IPM) Förderung Das Projekt Rexteg wurde im Auftrag des Ministeriums für Wirtschaft und Finanzen Baden-Württemberg mit Mitteln der Baden-Württemberg-Stiftung bearbeitet. Im Internet http://elib.dlr.de/98080/ und www.ipm.fraunhofer.de/rexteg
© Copyright 2024 ExpyDoc
