Wissenschaftler der City University of London haben einen potenziell bahnbrechenden Multi-Level-Wechselrichter für die Steuerung der Leistung und Geschwindigkeit eines Leichtflugzeug-Elektromotors entwickelt, der von einer Lithium-Ionen-Batterie angetrieben wird.
Paul Riley und Keith Pullen lieferten die Leistungselektronik, während Dr. Obrad Dordevic an der Liverpool John Moores University (LJMU) die Umrichter- und Motorsteuerung für das Lithium-Ionen-Batteriesystem entwickelte und implementierte, das von den deutschen Unternehmen TWT GmbH und Lion Smart GmbH im Rahmen des EU-finanzierten Clean Sky 2-Projekts LiBAT entwickelt wurde.
Das LiBAT-Projekt hat zum Ziel, einen Demonstrator eines Batteriepacks mit modernster Energiedichte für ein elektrisch angetriebenes Segelflugzeug zu konstruieren und zu montieren.
Im vergangenen Monat haben die Wissenschaftler der City und Dr. Dordevic, der das Steuerungssystem für die Elektroniktechnologie entwickelt und geliefert hat, Lion Smart dabei unterstützt, einen Propeller mit 3,25 kW Leistung bei 30 A Spitze anzutreiben, der sich mit 2860 U/min drehte; genug, um ein Segelflugzeug im Horizontalflug zu halten.
Professor Riley sagte:
„Die Integration von Multi-Level-Wechselrichtern in die Batterie, wie wir sie im LiBAT-Projekt vorgenommen haben, ist eine in der Forschung bekannte Lösung. Wir haben jedoch den mutigen Schritt gewagt, sie auf Mobilitätsanwendungen anzuwenden. Wir sind zuversichtlich, dass diese bahnbrechende Technologie den Sektor der Batteriesysteme für mobile Anwendungen verändern wird.“
Die Wissenschaftler der City haben die Anwendung der M2LeC-Multi-Level-Wechselrichtertechnologie erforscht – eine Form von Multi-Level-Wandlern, die die Funktionen der Erzeugung von Wellenformen des Elektromotors mit der Batterieladung und Verwaltung in einem einzigen Satz von Leistungselektronik-Hardware kombiniert, wobei die verschiedenen Funktionen allein durch Software ausgeführt werden.
Ihre Ergebnisse haben sie in der aktuellen Forschungsarbeit „A Qualitative Assessment of a Modified Multilevel Converter Topology M2LeC for Lightweight Low-Cost Electric Propulsion“ veröffentlicht, die in der Juli-Ausgabe 2020 der Zeitschrift Engineering erschienen ist.
Das LiBAT-Projekt flechtet mehrere wichtige Stränge zusammen, die den elektrischen Strom für eine Elektromobilitätslösung liefern. Lion Smart hat verschiedene Komponenten in die Batterie integriert, um eine abstimmbare Wechselstrombatterie (AC) zu schaffen.
In Kombination mit dem leistungsstarken immersiven Wärmemanagement und der exzellenten Energie- und Leistungsperformance garantiert das modulare Design ein skalierbares System, das den Einsatz von Ladegeräten oder Wechselrichtern für motorisierte Anwendungen überflüssig macht.
Angesichts des geringen Gewichts und Volumens des Packs und mit einer Energiedichte von 200Wh/kg und 3C Dauerentladeströmen erfüllt das Design ambitionierte Projektziele.
Die TWT GmbH koordinierte das Projekt, trug zur Konstruktion und Verifizierung bei und führte Simulationen des gesamten Systems durch, um die Leistung vorherzusagen und frühere Fehler zu korrigieren. Die Lion Smart GmbH lieferte innovative Batterie-Prototypen und war maßgeblich an der Systemauslegung, dem Prototyping und dem Testen des Batteriepacks beteiligt.
Geeignet für elektrifizierte Segelflugzeuge
Anwendungen für den LiBAT-Akku finden sich in vielen Bereichen, insbesondere in elektrischen Flugtaxis, Hybrid-Antriebssystemen, Hilfsnetzen mit flexibler Frequenz, Elektrofahrzeugen und Elektrowerkzeugen. Sie eignet sich sehr gut für elektrifizierte Segelflugzeuge, die im Mittelpunkt dieses Forschungsprojekts standen.
Wie viele andere Forschungsprojekte hat LiBAT während eines von COVID-19 betroffenen Jahres mehrere herausfordernde Situationen bewältigt, die in einem kurzfristigen Standortwechsel für die abschließenden Integrationstests gipfelten:
„Wir freuen uns, dass die EU uns die Möglichkeit gegeben hat, dieses außergewöhnliche Batteriesystem zu bauen, und uns dabei unterstützt hat. Angesichts der immensen Komplikationen der Pandemie sind wir alle sehr glücklich und stolz darauf, dass der Motor heute mit Batteriestrom betrieben wird„, sagte Dr. Jan Dahlhaus, der Projektkoordinator der TWT GmbH, bei der Abschlussdemonstration in Garching.
Dieses Projekt wurde vom Gemeinsamen Unternehmen Clean Sky 2 im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms „Horizont 2020“ der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 821226 gefördert.
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