Überblick
Swissloop ist ein Hyperloop-Studierendenteam der ETH Zürich, in dem rund 38 Studierende jedes Jahr einen neuen Prototyp von Grund auf bauen. 2022/23 war ich einer von fünf Vollzeit-Elektroingenieuren für «Bertrand Piccard», den ersten vollständig schwebenden Pod von Swissloop.
An der European Hyperloop Week 2023 in Edinburgh gewann das Team 5 von 10 Auszeichnungen, darunter den Hauptpreis Complete System Award sowie Electrical Subsystem, Traction Subsystem, Sense & Control und Thermal Management.
Pod «Bertrand Piccard»
Ein 21 kg schweres Monocoque aus Kohlefaser mit linearem geschaltetem Reluktanzmotor, elektromagnetischer Schwebe- und Spurführung, Phasenwechselkühlung und einer LiPo-Batterie aus 24 Modulen.
Explosionsansicht der Pod-Subsysteme
Ein Blick in die Batteriebox
Meine Bachelorarbeit war die Hochvolt-Stromversorgung des Pods: 24 LiPo-Packs (192 Zellen) in einer einzigen 26 kg schweren Box sowie das Batteriemanagementsystem, das entscheidet, wann und wie bis zu 823 V zu den Antriebs- und Schwebe-Wechselrichtern gelangen.
Zwischen Mikrocontroller und Relais sitzt ein FPGA. Es lässt nur diese vier Relaiskombinationen zu, fügt zwischen Wechseln 60 ms Totzeit ein und öffnet bei Überstrom oder Isolationsfehler selbständig alle Relais. Die Kondensatorspannung folgt R·C = 100 Ω × 2.1 mF = 0.21 s.
Spannung und Temperatur aller 192 Zellen über 12 in Serie verkettete Slave-Boards, dazu Packstrom und -spannung mit 5 kHz abgetastet.
Ein STM32H7 mit FreeRTOS führt die obige Zustandsmaschine aus und meldet an die Fahrzeugsteuerung über isolierten CAN FD.
Relaislogik in Hardware, ein Isolationsüberwachungsgerät, eine eigene Niederspannungsversorgung und jede kritische Prüfung sowohl in Hardware als auch in Software umgesetzt.
Meine Beiträge
- Entwicklung und Betrieb des 800-V/250-A-Batteriesystems: 24 LiPo-Module in einer Box mit integriertem BMS und Isolationsüberwachung.
- Entwicklung der BMS-Hardware (Altium) und Firmware in C/C++ und SystemVerilog für STM32H7 und FPGAs.
- Echtzeitüberwachung von über 290 Sicherheitssensoren via CAN FD zur autonomen Fehlererkennung umgesetzt.
- Mithilfe beim Umbau der Leistungselektronik von 400 V auf 800 V, inklusive Antriebs- und Schwebe-Wechselrichter.
Bachelorarbeit & Publikation
Das Design der Batterie und Stromversorgung wurde zu meiner Bachelorarbeit an der ETH Zürich.
Publikation ansehenFahrt des Pods
Fahrt 1: 58.8 km/h nach 30 m Beschleunigung. Fahrten 2 und 3: vollständig berührungsloses statisches und dynamisches Schweben.