Veröffentlicht am 14.09.2019 von Moritz Scholjegerdes
Die FVA-30 ist als hybrid-elektrischer Motorsegler für Mittelstreckenflüge (600-800 km) ausgelegt, wobei der Range Extender (REX) die im Reiseflug benötigte Leistung zur Verfügung stellt (optimaler Betriebspunkt). Die Batterie dient hierbei zur Abdeckung von Leistungsspitzen im Flugprofil (Start, Steigflug, ggf. Durchstartmanöver) und Puffern von Leistungsschwankungen im Reiseflug. In der ersten Ausbauphase ist jedoch zunächst die Zulassung eines rein-elektrischen Prototypen vorgesehen, der das selbstständige Starten, Steigen auf 1000 m Höhe (über Grund) und einen 15-minütigen Reiseflug unter pessimistischen Bedingungen erlaubt.
Ausbauphase I: Batterieelektrischer Prototyp
Für den batterieelektrischen Prototypen werden wir zunächst eine möglichst einfache Systemarchitektur verwenden und dann mit der Zeit und Erfahrungen die Komplexität systematisch steigern. Dazu werden wir jeden Inverter fest mit einer Batterie verbinden und die Antriebe der linken und rechten Seite somit komplett voneinander separiert belassen (siehe Abbildung unten). Des Weiteren wollen wir anfangs auf eine zusätzliche Regelung zu der in den Invertern verzichten, indem die Inverter direkt und nur über die Schubhebel gesteuert werden. Die Bedieneinheit im Cockpit soll lediglich der Anzeige von Informationen dienen und nicht systemrelevant sein. Durch die Trennung der Antriebsstränge wird im Vergleich zum Systemplan Phase II (siehe nächster Abschnitt) jedoch je ein Isolations-Wächter pro Batterie benötigt. Der DC-DC Wandler zwischen HV- und LV-Ebene soll in der ersten Ausbaustufe der FVA-30 wegfallen und durch eine größere Nieder-Volt Batterie ersetzt werden, weshalb jede Antriebsseite eine eigene 12 V LiFePo Batterie bekommen soll.
Systemplan des Antriebsstrangs des batterieelektrischen Prototyps (Phase I)
Die vorgesehene Redundanz im Antriebsstrang wird auch durch die Aufteilung des Batteriesystems auf zwei unabhängige parallele Batteriesysteme mit jeweils eigenem BMS abgebildet. Die in der zweiten Ausbauphase vorgesehene Kopplung der beiden HV-DC Stränge, erlaubt damit den Betrieb beider Motoren bei einseitigem Batterieausfall (siehe Batterietests, Redundanzfall).
Ausbauphase II: Hybrid-elektrischer Betrieb
Beim hybrid-elektrischen Betrieb speist der Range-Extender die für den Reiseflug benötigte Leistung über einen AC/DC-Wandler in den DC-Zwischenkreis, dessen Spannung bei reinem REX-Betrieb auf die Batteriespannung geregelt wird. Die über die Power Distribution Unit gekoppelten Antriebsstränge sind zusätzlich über einen DC/DC-Wandler mit dem 12 V Bordnetz zur Versorgung der Bordelektronik und Avionik verbunden, sodass letzteres nur im Notfall auf die verkleinerte Backup LV-Batterie zurückgreifen muss. Zur Überwachung des Isolationszustandes der zwei HV Batterien kommt ein Isolationswächter zum Einsatz.
Grober Systemplan für den hybrid-elektrischen Betrieb (Phase II)
Ausblick: Aktuell wird ein detaillierter Systemplan entwickelt, der auch Signalflüsse und Steuerungselektronik beinhaltet.