Mit Leidenschaft für Technik und Motorsport OWL-Racing-Team setzt auf robuste Steckverbinder von Phoenix Contact.

In der Werkstatt der TH OWL in Lemgo herrscht eine spürbare Kombination aus technischem Know-how und Leidenschaft für den Rennsport: Die 35 Studierenden des OWL-Racing-Teams tüfteln an ihrer neuen Konstruktion – dem E-Rennwagen OWL 2.4, mit dem das Team an der diesjährigen Formular Student teilnehmen möchte.

Bei dem weltweiten Konstruktionswettbewerb entwickeln und bauen die Studierenden selbstständig einen E-Rennwagen nach einem vorgegebenen Regelwerk. Für Till Söffgen, der in diesem Jahr das Subteam Powertrain leitet, zählt nicht nur das Ergebnis auf der Strecke, sondern auch die stetige Verbesserung ihres Autos. „Wir sind ein eher kleines Team und müssen mit wenigen Studierenden den Rennwagen nicht nur entwerfen und bauen, sondern auch in Betrieb halten und warten. Daher ist es für uns entscheidend, dass wir in unseren Entwicklungen robuste und zuverlässige Komponenten einsetzen.“

Der rund 70 kg schwere Akku des Elektrorennwagens mit einer Kapazität von 6,4 kWh ist einer der besonders komplexen Komponenten in der Entwicklung. Er besteht aus sechs Batteriesegmenten, die zusammen eine Gesamtspannung von 600 V erreichen. Eine der bemerkenswerten Änderungen gegenüber dem Vorjahresmodell betrifft das Steckverbindersystem im Akku.

Erstmals hat das Konstruktionsteam hier Batteriepol-Steckverbinder von Phoenix Contact eindesignt. Till Söffgen erklärt die Entscheidung: „Wir haben ein Leistungslimit von 80 kW, also rund 133 A. Da benötigen wir einen leistungsstarken Steckverbinder, der auch einige Zyklen steckbar sein muss.“ Die Steckverbinder werden fertig konfektioniert geliefert und können einfach verbaut werden. Selbst mit Hochvolt-Handschuhen, die bei der Arbeit am Akku getragen werden müssen, lassen sich die Steckverbinder noch gut bedienen. „Für uns ein rundum sinnvolles System“, resümiert Söffgen.

Neben der einfachen Fertigung und Bedienung steht für das Rennteam aus OWL insbesondere der Sicherheitsaspekt im Vordergrund. „Das Reglement macht bestimmte Vorgaben in Punkto Sicherheit, die wir mit den Batteriepol-Steckverbindern von Phoenix Contact einfach erfüllen“, macht Söffgen deutlich. Berührgeschütze Batteriepole und eine mechanische Kodierung sorgen für die geforderte Sicherheit beim Anschluss von Batteriepolen. Durch ein akustisches Feedback beim Stecken wird eine sichere und langlebige Verbindung erreicht. „Die Steckverbinder sind auf der Strecke enormen Vibrationen ausgesetzt. Da ist es wichtig, dass die Verbindung auch unter anspruchsvollen Bedingungen sicher hält.“

Neben den Batteriesteckverbindern kommen im Akku auch Datensteckverbinder von Phoenix Contact zum Einsatz, die eine sichere Überwachung der Batteriesegmente gewährleisten. Das Worst-Case-Szenario bei Elektrofahrzeugen ist bekannt: Der Akku überhitzt und führt dazu, dass das gesamte Auto brennt. Um das zu verhindern, setzt das OWL-Racing-Team auf eine kontinuierliche Überwachung von Spannung und Temperatur der Batteriezellen.

Ein Batteriesegment besteht aus 432 Lithiumrundzellen. Leiterplatten mit Messelektronik überwachen die Zellen. Die Werte werden analog abgegriffen und geräteintern über einen Board-to-Board-Steckverbinder zur Leiterplatte mit der Überwachungs-IC übertragen. „Bei den Board-to-Board-Steckverbindern haben wir uns für die SMD-Variante des FQ 2,54 von Phoenix Contact entschieden. Hierbei war uns wichtig, dass der Steckverbinder zuverlässig und robust ist, da er auch eine separate Halterung für die obere Leiterplatte ersetzt“, sagt Söffgen.

Der Spannungsüberwachungs-IC misst die Werte und überträgt diese über den CAN-Bus an die Hauptleiterplatte. „Wir ziehen den CAN-Bus und eine Versorgungsspannung einmal durch den gesamten Akku." Hierfür nutzt das Team PTSM-Leiterplatten-Steckverbinder. „Die PTSM-Steckverbinder haben drei wesentliche Vorteile für uns: Sie sind kompakt, SMT-fähig und wir müssen nicht crimpen“, erklärt Söffgen seine Wahl. Der Akku-interne CAN-Bus läuft auf einen PTSM-Anschluss auf der Hauptleiterplatte, auf der die Daten ausgewertet werden. Der Controller schaut, ob eine Spannung oder Temperatur zu hoch ist und steuert dann ggf. Schütze im Akku an, sodass der Stromfluss unterbunden und das Auto spannungsfrei geschaltet wird.

Auf der Hauptleiterplatte des Batteriemanagementsystems laufen alle Fäden zusammen. Sie bildet die Schnittstelle zwischen dem Akku und weiteren Steuergeräten des Fahrzeugs.

„Die Hauptleiterplatte zu entwickeln, ist eine der größten Herausforderungen“, erklärt Söffgen. Aber nur durch eine Eigenentwicklung kann das Team die sehr spezifischen Vorgaben des Regelwerks erfüllen und hat die erforderliche Flexibilität, um z. B. im Fehlerfall schnell zu reagieren.

Auf der Hauptleiterplatte des Akkus bilden zwei Rundsteckverbinder von Phoenix Contact die Datenschnittstelle zum Fahrzeug. Über die Rundsteckverbinder laufen der CAN-Bus und eine 24-V-Versorgungsspannung. Das CAN-Bussystem ermöglicht eine deutliche Reduzierung von Kabeln und Steckern, wodurch Gewicht gesenkt wird und sich die Aufwände beim Kabelbaum deutlich reduzieren. So bekommen z. B. das Hauptsteuergerät für die Antriebssteuerung oder das Dashboard für die Fahrer alle Daten über CAN-Bus. „Durch den Einsatz von fertig konfektionierten CAN-Leitungen sparen wir nicht nur viel Zeit, sondern haben auch eine saubere und zuverlässige Lösung“, bestätigt Söffgen.