Das dritte und damit bereits zweitletzte Review des Fokusprojektes e-Sling fand am 8. April in Dübendorf im Innovationspark statt. Die Präsentationen wurden im hybriden Format abgehalten, so konnten die Betreuer und Sponsoren sowohl online als auch vor Ort am Review teilnehmen und direkt mit den Studierenden diskutieren.

 

Schon fast traditionsgemäss fing das Flugzeugmodul an. Dieses hatte zum Start ins neue Semester vier grosse Meilensteine definiert, welche zu bestimmten Zeitpunkten zu erfüllen sind. So wird das Flugzeug nach dem Erreichen der vier Meilensteine flugfertig sein. Im Zentrum des Review 3 des Flugzeugmoduls standen nun die Ziele des Meilensteins 1: Die Elektromagnetische Verträglichkeit soll gewährleistet sein, das Batteriemanagementsystem muss fertig programmiert sein, der DC/DC Wandler soll einsatzbereit sein und die Kühlung muss befüllt und bereit für Tests sein.

Der Meilenstein 1 mit seinen vier Unterzielen zog sich wie ein roter Faden durch die ganze Präsentation.

 

Elsa Wrenger, die Teamleiterin, stellte zunächst ihren Themenbereich ‘Mechanik & Verkabelung’ vor. Der DC/DC-Wandler, über welchen auch schon im Review 2 intensiv diskutiert wurde, stand zunächst im Fokus. Erfolgreiche externe Test konnten am DC/DC-Wandler durchgeführt werden. Er ist aktuell im Teststand eingebaut – die gesamte Verkabelung im Flugzeug ist auch schon bereit für den Einbau des DC/DC-Wandlers. Anschliessend wurde auf die Propellersteuereinheit und den CHAdeMO Ladestecker eingegangen; auch dort sind jeweils die Verkabelungen abgeschlossen und der Einbau der Komponenten ins Flugzeug ist vorbereitet.

In der nächsten Projektphase wird sich Elsa mit den folgenden Aufgaben beschäftigen: Anpassungen, welche im Teststand gemacht wurden, werden im Flugzeug übernommen. Der Umbau ins Flugzeug wird vorbereitet und ein Ladeanschluss für die Niedervoltbatterie wird umgesetzt.

 

Der Themenbereich ‘Mechanik & Zulassung’ wurde als nächstes von Joël Meyer vorgestellt. Der DC/DC-Wandler, welchen Elsa bereits besprochen hatte, muss auch noch im Flugzeug untergebracht werden. Joël evaluierte diverse Konzepte für die Befestigung des Wandlers und präsentierte anschliessend die gewählte Lösung. Der DC/DC-Wandler wird nun direkt an die Firewall des Flugzeugs, welche die Pilotenkabine vom Motorkompartment trennt, angeschraubt. Diese Lösung wurde auch vom Chefingenieur des Flugzeugherstellers Sling Aircraft abgesegnet. Des Weiteren wurde ein Gehäuse für die Niedervoltbatterie geplant. Dieses muss gasdicht sein und im Falle des Ausgasens der Batterie das Gas aus dem Flugzeug herausleiten können. Joël präsentierte anschliessend noch die Motorabdeckplatten, welche nun am Motor montiert sind, sowie die nächsten Schritte, die im Zulassungsprozess in Zusammenhang mit den Behörden zu tun sind.

 

Jan Wallimann präsentierte den Bereich ‘Batterie & Kühlung’. Mithilfe eines BATEMO-Modells können die Batterien nun besser simuliert werden. Viele neue Erkenntnisse konnten durch das Modell gewonnen werden, wie die Temperaturabhängigkeit der Zellen, Abhängigkeiten zwischen Leistung und Spannung sowie neue Erkenntnisse bei der Wärmeentwicklung.

Auch das Modell für den State of Charge (SOC) der Batterien wurde verbessert, so werden neu bei der Berechnung des SOCs zusätzlich zur Batteriespannung auch noch der Entladestrom sowie die Zellentemperatur berücksichtigt.

Bei gemachten Tests am Antriebsstrang wurden die Zellspannungen stets beobachtet; dabei konnte festgestellt werden, wie sich ein Batteriemodul jeweils deutlich schneller auf- und entlädt als die anderen Module. So konnte auf einen Defekt im Modul geschlossen werden und das entsprechende Modul wurde ausgetauscht.

Schlussendlich befüllte Jan noch die Kühlung, welche nun bereit für die Tests ist.

 

Rafael Sutter, zuständig für ‘Elektronik’, begann im Anschluss seine Präsentation und ging gleich auf die Elektromagnetische Verträglichkeit im System ein. Der Inverter emittiert elektromagnetische Wellen und stört dadurch die wichtige Buskommunikation. Das stellt ein grosses Problem dar, welches gelöst werden muss. So wurden die Motorabdeckplatten installiert, die Schrimung der Motorkabel doppelseitig aufgelegt sowie die Stromsensoren aus der Batterie herausgenommen. Alle diese Massnahmen führten zu einer guten elektromagnetischen Verträglichkeit.

Rafael präsentierte dann den aktuellen Stand der gemachten Tests. So wurden bereits 20-minütige Tests mit 55 kW Leistung durchgeführt und das System blieb thermisch stabil.

 

Den Abschluss des Flugzeugmoduls machte Patrick Benito mit dem Bereich ‘Software’. Er präsentierte zunächst die Neuerungen, welche am Batteriemanagementsystem (BMS) gemacht wurden. Die Hauptaufgabe des BMS ist es, einen Schutz vor Überspannung, Überstrom und Übertemperatur zu garantieren. Zudem soll die Lebensdauer der Batterie optimiert werden. Es wurde nun ein Balancing im BMS implementiert. So können Spannungsdifferenzen eliminiert werden, welche die Kapazität der Batterien reduzieren. Denn das Laden und Entladen wird durch die minimale respektive maximale Spannung begrenzt. Nun können 171 individuelle Parallelschaltungen via CAN ausgeglichen werden. Das Flashen des BMS war aufgrund des Einbaus in die Flügelbatterie nicht möglich. So wurde ein BMS Bootloader erstellt, welcher nun das Programmieren von Variablen via CAN zulässt.

 

Am Ende der Präsentation des Flugzeugmoduls wurden nochmals die vier Ziele des Meilenstein 1 gezeigt. Hinter all diesen Zielen erschien nun ein kleines Häkchen und es bleiben somit nur noch 3 weitere Meilensteile, bis das Flugzeug flugfertig ist. Eine rege Diskussion wurde anschliessend mit allen Gästen des Reviews geführt – es dauerte über eine Stunde, bis alle Fragen aus dem Publikum geklärt werden konnten. Im Anschluss an die Diskussion war dann das Wasserstoffmodul an der Reihe, ihren Fortschritt im Projekt aufzuzeigen.

 

Robin Feuz startete gleich mit dem Bereich ‘Software, Sensorik und Niedervoltsystem’. Nachdem ein umfassendes Anforderungsprofil an jeden der benötigten Sensoren erstellt wurde, konnten die passenden Sensoren schliesslich gefunden werden. Über eine TTControl Steuereinheit können die Signale der 20 Sensoren aufgenommen werden und dann gebündelt an die Elektronische Steuereinheit (ECU) übermittelt werden. Die Hardware der ECU wurde in der letzten Projektphase ebenfalls fertig entwickelt und gefertigt.

Für die Speisung sämtlicher Komponenten im System mit der richtigen Spannung wird ein Niedervoltsystem entwickelt, welches durch zwei Spannungsquellen gespeist wird. Mit der Software RapidHarness konnte ein Überblick über das gesamte System erstellt werden, sodass passende Stecker und Kabel einfach gefunden werden können.

 

Sander Metting van Rijn stellte anschliessend die Bereiche ‘Brennstoffzelle, Kathodenkreislauf und Anodenkreislauf’ vor. Zunächst wurde auf das Eigendesign der vier Eingangsboxen für die Brennstoffzelle eingegangen. Diese leiten die Volumenströme optimal in die Brennstoffzelle und ermöglichen den kompakten Einbau von Sensoren vor und nach der Brennstoffzelle. Im Bereich des Kathodenkreislaufs wurde die gemachte Verschlauchung und Verrohrung durch Silikon und Aluminium vorgestellt. Die benötigten Ventile konnten bereits gefunden und bestellt werden. Eine Simulation des gesamten Kreislaufs wurde ebenfalls erstellt und kann nun für die Reglerauslegung verwendet werden. Des Weiteren wurde die gesamte Kompressorkühlung dargestellt und erklärt, welche neben dem grossen Brennstoffzellen-Kühlkreislauf den zweiten kleineren Kühlkreislauf im System bildet.

Im Anodenkreislauf wurde von Sander genauer auf Einlassverteiler vor der Brennstoffzelle sowie die Verrohrung eingegangen.

 

Colin Jüni, verantwortlich für die Bereiche ‘Brennstoffzelle, Anodenkreislauf, Kühlkreislauf’, übernahm anschliessend das Wort und schloss den Themenbereich ‘Anodenkreislauf’ mit Erläuterungen zum selbstentwickelten Wasserabscheider nach der Brennstoffzelle ab.

Der Kühlkreislauf stand anschliessend im Zentrum. Die im Eigendesign entwickelten Verbindungsstücke sowie der Ausgleichsbehälter wurden zuerst dargestellt, gefolgt vom Luftkühler der Firma Hydac. Auch im Kühlkreislauf wurden die passenden Ventile gefunden und eine Simulation für die Reglerauslegung konnte erstellt werden.

Colin erklärte anschliessend noch die Testkonzepte des Wasserstoffmoduls, bevor die Präsentation in die Diskussion überging.

 

Nach der Diskussion wurde das Review bei einem kleinen Apero im Hangar beendet, wobei die Studierenden mit den Betreuern und Sponsoren interessante Gespräche führen konnten. Das Kernteam hat sich über die zahlreichen Inputs von allen Seiten gefreut und probiert diese nun in der nächsten Projektphase umzusetzen. Das vierte und letzte Review wird am 8. Juni stattfinden.

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