Sensor-Technik Wiedemann GmbH (STW) im Gespräch mit Daniel Gaede, Alumnus KA-RaceIng e.V. des Karlsruher Institute of Technology (KIT).
Im Rahmen des internationalen Konstruktionswettbewerb Formula Student entwickeln und fertigen Studenten von über 500 Hochschulen aus aller Welt jährlich Rennwagen. Seit 2006 wird die Formula Student, die erstmalig 1981 in den USA ausgetragen wurde, unter der Schirmherrschaft des VDI auch in Deutschland ausgerichtet. Neben der großen Zahl an teilnehmenden Rennwagen mit Verbrennungsmotoren stieg mit der Einführung einer separaten Elektro-Klasse im Jahr 2010 kontinuierlich die Zahl der Boliden mit E-Motor. Die Formula Student Electric (FSE) ist eine Serie von internationalen Events, die angehenden Ingenieuren die Chance bietet, in interdisziplinären Teams einen eigenen Rennboliden zu designen und zu konstruieren. Innerhalb eines Events ist nicht nur die Schnelligkeit des Boliden ausschlaggebend. Vielmehr entscheidet das Gesamtpaket, also beispielsweise auch ein wirtschaftlich tragfähiges Konzept, über eine erfolgreiche Teilnahme.
STW unterstützt das Team seit 2011 und liefert das Batterie-Management-System.
Warum interessieren Sie sich für Elektromobilität?
Gaede: Die Elektromobilität stellt in meinen Augen die Zukunft der Fortbewegung dar. Der elektrische Antriebsstrang überzeugt durch eine sehr hohe Effizienz im Vergleich zum Verbrennungsmotor.
Wie ist die Arbeit in einem Studententeam?
Gaede: Die Arbeit in einem Formula Student Team ist definitiv eine Erfahrung fürs Leben. Man arbeitet Tag und Nacht gemeinsam an einem gewaltigen Projekt, geht zusammen durch Höhen und Tiefen und unterstützt sich gegenseitig.
Wie kamen Sie zur Beschäftigung mit der Batterietechnik?
Gaede: Vor meinem Studium machte ich eine Ausbildung zum Physiklaborant am damaligen Forschungszentrum in Karlsruhe (mittlerweile ebenfalls Karlsruher Institut für Technologie (KIT)). Hier kam mein erster Kontakt mit Lithium-Ionen Zellen zustande. An dem Institut wurde zum einen an neuen Strukturierungsverfahren der Aktivmaterialien gearbeitet und zum anderen Kalorimeter- und Drucktests an kommerziellen Lithium-Ionen Zellen durchgeführt. Hierbei wuchs mein Interesse an der Batterietechnik und gleichzeitig an der Elektromobilität. Als ich während meines Studiums von KA-RaceIng hörte, wusste ich sofort, dass ich die Batterie des Elektro-Rennwagens bauen möchte.
Was sind die großen technischen Herausforderungen bei so einem Projekt?
Gaede: Eine große Herausforderung stellen die Sicherheitsvorgaben des Reglements dar, die es genau umzusetzen gilt, aber auch der Leichtbau im Rennsport fordert das gesamte Team. Damit man an der Spitze mithalten kann, muss jedes Gramm am Fahrzeug gut durchdacht sein und nach Möglichkeit müssen leichtere Lösungen gefunden werden. Außerdem ist es sehr wichtig, notwendige Sponsoren für innovative kostenintensive Konzepte zu finden und auch entsprechende Fertigungspartner.
Wie lief die Saison? Was waren die größten Erfolge?
Gaede: Der Saisonstart in Silverstone war noch sehr durchwachsen. Dies lag einfach daran, dass wir ein revolutionäres Fahrzeug bauen wollten mit einer Vielzahl an neuen Konzepten und Optimierungen. Dadurch zog sich die Fertigung leider deutlich mehr in die Länge als geplant. So hatten wir vor Silverstone erst wenige Testkilometer sammeln können und noch zu wenig Erfahrungswerte, um ein Rennen für uns entscheiden zu können. In Hockenheim lief es dann schon wesentlich besser.
Unser KIT 15e räumte jede Menge Auszeichnungen in den statischen Disziplinen ab und auch zu Beginn der dynamischen Disziplinen entwickelte es sich richtig gut. Im Auto-Cross fuhren wir unter die Top 5. Am letzten Renntag stand wie immer der Endurance an, das wichtigste und entscheidende Rennen. Dieser konnte bis zum Fahrerwechsel als Erfolg verbucht werden, Batterietemperatur und Kapazität schienen vielsprechend. Leider kam es noch während des Wechsels zur Disqualifizierung unseres Fahrzeugs durch eine Ölleckage am Kühlsystem. Dadurch war in Hockenheim leider kein Podiumsplatz mehr zu holen.
Drei Wochen später standen nun Formula Student Hungary (FSH) und Formula Student Spain (FSS) an. In dieser Zeit konnten wir viele Testkilometer sammeln und Schwachstellen am Fahrzeug verbessern. In FSH wurde unser Einsatz dann mit einem ersten Platz Over All honoriert. In FSS konnte der KIT 15e mit einer souveränen Gesamtleistung überzeugen. Im Endurance, der Königsdisziplin, schafften wir es sogar, das weltbeste Formula Student Electric Team „AMZ“ aus Zürich zu schlagen. Dadurch erzielten wir in der Gesamtwertung den zweiten Platz in Barcelona.
Wie kam es zur Überlegenheit des KIT-15e?
Gaede: In Kooperation mit dem elektrotechnischen Institut entwickelten wir einen permanenterregten Synchronmotor mit einer maximalen Drehzahl von 30.000 U/min. Mithilfe von Stiefelmeyer Lasertechnik konnten wir diese in Eigenregie fertigen. Außerdem konnten zwei Teammitglieder ein zweistufiges Planetengetriebe in Zusammenarbeit mit der Firma Spezialgetriebebau Puls entwickeln und fertigen, welches optimal auf unsere Anforderungen und unsere neuen Motoren abgestimmt war. Dadurch ergab sich eine äußerst kompakte und deutlich leichtere Motor-Getriebe-Unit (MGU) als im Vorjahr. Aber auch die Zuverlässigkeit des Traktionsakkumulators sei an dieser Stelle zu erwähnen.Dank neuer Hochleistungs-Lithium-Polymer-Zellen war unsere Batterie in der Lage, bei gleicher Leistungsabgabe deutlich weniger Verlustwärme zu erzeugen. Zu guter Letzt hatte der KIT15e erstmals ein Regelungssystem mit Active-Yaw-Control, welches uns in den dynamischen Disziplinen einen klaren Vorteil verschaffte.
Warum haben Sie sich für das Batterie-Management-System von STW entschieden?
Gaede: STW unterstützt uns schon seit 2011 und die Zuverlässigkeit des BMS Systems ist hervorragend. Als wir von der neuen Version des powerMELA mBMS gehört haben und der neuen Modularität des Systems, waren wir sehr begeistert und konnten nun die Elektronik-Komponenten in der Batterie flexibler platzieren. Auch die Gewichtsreduktion der Bauteile war sehr erfreulich.
Was zeichnet das STW-System nach Ihrer Meinung aus?
Gaede: Das STW-System ist modular aufgebaut und somit auch sehr flexibel. Es zeichnet sich durch eine leichte Bedienung der Toolchain aus und ermöglicht eine gute Dokumentation.
War es einfach, das System in Betrieb zu nehmen?
Gaede: Nach leichten Startschwierigkeiten gab es keine Probleme mehr. Diese lagen jedoch primär an Kommunikationsproblemen intern. Hier möchte ich nochmals die tatkräftige Unterstützung der Entwicklungsingenieure des powerMELA mBMS hervorheben, welche uns immer mit Tat und Wissen unterstützt haben.
Gab es Probleme mit der Zuverlässigkeit?
Gaede: Zu Beginn hatten wir EMV-Probleme, welche von unserer Aradex Leistungselektronik verursacht wurden. Diese konnten wir mit zusätzlichen Filterkondensatoren in der Batterie beheben.
Was werden Sie Ihren Nachfolgern für die Saison 2016 mitgeben?
Gaede: Dass die sehr guten Batteriezellen der Saison 2015 beibehalten werden sollten und dass die Kühlung der Batterie weiter ausgebaut werden sollte.
Werden Sie persönlich nochmals beteiligt sein?
Gaede: Ich werde weiterhin als Alumnus passiv für das Team tätig sein und in der nächsten Season die neue Zelllieferung aus China organisieren. Zudem möchte ich weitere Tests mit den Batteriezellen durchführen.
Interview: Marlene Steinle, STW GmbH
www.sensor-technik.de
