Die Hybridisierung von im öffentlichen Nahverkehr eingesetzten Fahrzeugen bietet die Möglichkeit signifikanter Treibstoff- und Emissionsreduktionen, da die Fahrzyklen gut vorhersehbar sind und häufige Brems- und Beschleunigungsvorgänge enthalten (Start-Stopp Betrieb). Der Einsatz verfügbarer elektrochemischer Speicher (Batterien, Ultracaps) zur Zwischenspeicherung der Bremsenergie ist zwar möglich, jedoch können die geforderten Leistungen bzw. die gewünschte Lebensdauer nur mit großem finanziellen Aufwand bzw. starker Überdimensionierung des Energiespeichers erreicht werden. Im Gegensatz zu den elektrochemischen Speichern bieten Flywheel-Speicher das Potenzial, eine hohe Leistungsdichte mit einer hohen Energiedichte zu verbinden. Durch den Einsatz moderner (Verbund-)Materialien sowohl im Schwungrad selbst wie auch in den Lagern können Flywheel-Speicher sehr kompakt und leicht gebaut werden. Außerdem erreichen sie bereits mit heute verfügbarer Lager-Technologie eine im Vergleich zu modernen Batteriesystemen deutlich erhöhte Lebensdauer. In dem Projekt E3ON soll die Realisierbarkeit von kompakten Flywheel-Speichern unter den in öffentlichen Nahverkehrsfahrzeugen gegebenen Rahmenbedingungen untersucht werden: Gemeinsam mit potenziellen Kunden (siehe beiliegende LOI) werden für Schienenfahrzeuge und Hybridbusse typische Lastprofile sowie extern auftretende mechanische Belastungen (Vibrationen, Fliehkräfte, ...) spezifiziert. Auf deren Basis werden die Hauptkomponenten des Systems (Schwungmasse und Lagerung, Motor/Generator, Umrichter) theoretisch und experimentell in Bezug auf Lebensdauer und Sicherheitsaspekte untersucht. Das Ergebnis der Forschungsarbeiten sind Realisierungsvorschläge für die einzelnen Komponenten sowie eine erste Abschätzung der unter den gegebenen Randbedingungen erreichbaren Lebensdauer und der Kosten. Daraus können die wichtigsten Parameter eines im Rahmen eines Folgeprojekts zu realisierenden Prototyps bzw. Vorseriengeräts abgeleitet werden, wobei speziell der erreichbare Wirkungsgrad (round-trip efficiency), der speicherbare Energieinhalt, die aufnehmbare bzw. abgebbare elektrische Leistung, die erreichbare Lebensdauer und der zu erwartende Preis von Interesse sind. Zusätzlich können die Projektergebnisse zur Beurteilung der Realisierbarkeit von noch weiter miniaturisierten Flywheel-Speichern herangezogen werden. Derartige Speicher eignen sich zum Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen des zukünftigen Individualverkehrs.
Energiesparen und Energieeffiziente Systeme sind aufgrund der Kyoto-Beschlüsse von 1997 und verschiedener EU-Programme wie z.B. der EU-Richtlinie 'Energy Using Products' (EUP) von steigender Bedeutung. Dabei sollen nicht nur die Großverbraucher und die Industrie, sondern auch die Haushalte einen entsprechenden Beitrag leisten. Einphasen-Asynchronmotoren werden aufgrund der Robustheit und des geringen Kaufpreises sehr häufig vor allem dort eingesetzt, wo ein Antrieb mit konstanter Drehzahl laufen soll. Im Haushalt sind typische Anwendungsbereiche z.B. die Pumpen und Lüfter im Heizungsbereich. Laut der 'Wilo-Herbstkampagne: Mit Hocheffizienz gegen CO2' ist eine ungeregelte Heizungspumpe mit 605kWh/Jahr nach dem Elektro-Herd mit 876kWh/Jahr der zweitgrößte Verbraucher im Haushalt. Bei ungeregelten Heizungspumpen läuft die Pumpe mit konstanter Drehzahl, die Fördermenge wird über meist elektrisch betätigte Stellventile verändert. Dies ist in höchstem Grade ineffizient. Eine Verbesserung kann erreicht werden, indem auf die Stellventile verzichtet und die Drehzahl der Pumpe entsprechend der gewünschten Fördermenge verändert wird. Im vorliegenden Forschungsgebiet werden die Konzepte Phasenanschnittsteuerung, Schwingungspaketsteuerung (als Voll- oder Halbschwingungssteuerung ausgeführt) und Erweiterte Schwingungspaketsteuerung (Halbwellensteuerung mit der Möglichkeit eine Halbschwingung umzupolen) hinsichtlich des dabei erzielbaren Wirkungsgrades untersucht.
Ziel des Vorhabens ist die Erforschung der Herstellungs-, Einsatz- und Verwertungsbedingungen großer Folienkondensatoren für die Gleichstrom-Übertragung, durch Einsatz neuartiger Polymerfolien als Dielektrikum, zur Erhöhung der Energiedichte und zur Senkung der Eigenerwärmung. Vom Lehrstuhl für Kunststofftechnik (LKT) werden hierfür im Labormaßstab Folienmaterialien hergestellt, charakterisiert und zu Folien weiterverarbeitet. Zur Materialherstellung werden die Ansätze alternativer Polymermischungen ('Blends') und mit anorganischen, nanoskaligen Füllstoffen versetzte Kunststoffe ('Nano-Compounds') verfolgt. Beide Routen gilt es hinsichtlich der erreichten Zieleigenschaften und Anwendungstauglichkeit zu charakterisieren, zu optimieren und Wechselwirkungen entlang der Prozesskette aufzudecken. Konkret werden zunächst verschiedene Konzepte zur Einarbeitung der Füllstoffe im Doppelschneckenextruder verfolgt. Die Materialien werden dann hinsichtlich Homogenität, Füllstoffverteilung und (di)elektrischen Zieleigenschaften charakterisiert. Zudem werden die Blends/Compounds zu Folien weiterverarbeitet. An den Folien erfolgen thermische, mechanische, rheologische und (di)elektrische Untersuchungen. Zudem werden die Morphologie und Oberflächenbeschaffenheit geprüft, um ggf. Rückschlüsse auf eine Metallisierbarkeit zu ziehen. Das Zielmaterial wird dann aus dem Labor in einen seriennahen Prozess im großtechnischen Maßstab überführt.
Im Rahmen des Projektes H3Top soll ein anwendungs- und kostenoptimierter modularer Filmkondensator entwickelt werden. Die elektrischen und mechanischen Anschlüsse sind noch frei definierbar und werden in Zusammenarbeit mit den Partner optimiert entwickelt. Hierbei wird der Kondensator speziell für die 3-Level-Wechselrichter-Technologie angepaßt, was einen erhöhten internen Konstruktionsaufwand im Kondensator bedeuten wird. Besondere Anforderungen wie z.B. die Schwingungsfestigkeit müssen ebenfalls untersucht werden. Es wird zunächst durch eine Simulation ein theoretischer Kondensator entwickelt. Diese Ergebnisse fließen in das Design der Kondensatormuster ein. Es folgen sowohl Labor - wie auch Praxistest, um die Kondensatoren zu optimieren. Durch integrierte Temperaturfühler werden die Praxiswerte mit den theoretisch errechneten Werten überprüft. Alle Parameter des Kondensators werden in einer Nachuntersuchung analysiert, um das reagieren des Bauteils auf die Anforderungen der Demonstratoren zu erkennen und in Folgeschritten gegebenenfalls zu optimieren.
Ziel des Verbundvorhabens ist es, für den Bereich kleiner und mittlerer Antriebsleistungen für Plug-In Fahrzeuge ein modulares Antriebskonzept zu entwickeln, das auf heutigen Getriebekonzepten aufbaut und je nach Fahrzeugklasse eine unterschiedliche Anzahl an Elektromaschinen vorsieht. Die Antriebsmotoren sollen als schlanke schnelldrehende Elektromaschinen mit insbesondere integriertem Umrichter ausgeführt werden und ermöglichen so das modulare Grundkonzept. Verbrennungs- und die Elektromotoren werden dabei kostendämpfend über ein gemeinsames Kühlsystem gekühlt. Im Teilvorhaben soll ein anwendungsoptimierter Hochstrom-Aluminium-Elektrolyt-Kondensator und ein Hochstrom-Hochtemperatur Filmkondensator für automotive Anwendungen entwickelt werden. Diese sollen unter speziellen Lastprofilen (Betriebsspannung UB von 800 VDC, Ripple Ströme von 200 A, Frequenzen f von größer als 16 kHz eine Lebensdauer von 8000 Stunden aufweisen können. Nach erfolgter Systemspezifikation mit den Partnern erfolgt das Design der Zwischenkreiskondensatoren. Dazu werden zwei Wege beschritten. Zum einen soll eine Elko-Variante auf der Basis einer bei FTcap vorhandenen NV-Hochstrom Variante aufgebaut werden. Dabei liegt der Fokus auf der Untersuchung und Entwicklung eines hochleitfähigen hochtemperaturstabilen 400V Elektrolyten, der in der Lage ist die Spezifikation zu erfüllen. Zum anderen soll eine Filmkondensator-Variante auf der Basis der GW-Technologie von FTcap entwickelt werden, der die Spezifikation erfüllt. Es sollen neuartige Dielektrika verwendet werden. Beide Varianten sollen gefertigt, getestet und die Funktionalität im Demonstrator nachgewiesen werden.
Ziel des Vorhabens ist eine Optimierung des Kondensators hinsichtlich der Integration, der Temperaturbelastbarkeit und der Eignung für hohe Schaltfrequenzen. Dabei sollen die hohen Temperaturwechselbeanspruchungen sowohl im Kondensator selbst, als auch zu den Halbleitern durch neue Kontaktierungskonzepte zuverlässig erfüllt werden. Bei den Lösungsansätzen wird gleichzeitig die Kostenrelevanz nicht außer Acht gelassen, sodass in Summe auch eine Kosteneinsparung den Kondensatoren angestrebt wird. Im Rahmen des AP1 werden die Anforderungen an das Gesamtsystem und an die Komponenten, Module und Technologien erarbeitet. Das AP2 beinhaltet eine Kondensatorspezifikation mit der Festlegung der elektrischen, thermischen und mechanischer Anforderungen. Im Rahmen des AP3 wird eine Konzeptstudie durchgeführt. Durch die erhöhten Anforderungen der SiC- Technologie sollen zwei Lösungsansätze betrachtet werden. Zum einen der Einsatz neuer Materialien als Dielektrikum, zum anderen die Aufteilung des Zwischenkreiskondensators in zwei Teilkondensatoren unterschiedlicher Technologien (CeraLink + PCC Kondensator). Im Arbeitspaket AP 4 findet hierzu die Erforschung notwendiger Technologien statt. Hautmerkmale sind die Erforschung neuer Aufbau- und Verbindungstechnologien im Kondensator selbst und zu den peripheren Bauelementen. (AP5 n.v. bei EPCOS) Im AP 6 erfolgt die endgültige Konstruktion und Herstellung des Zwischenkreiskondensators.
Ziel des Vorhabens ist eine Weiterentwicklung der Kondensatoren hinsichtlich der Integrationsfähigkeit, der Energiedichte, der Temperaturbelastbarkeit und der Eignung für hohe Schaltfrequenzen. Dadurch soll eine Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Robustheit der Kondensatoren erzielt werden. Im Rahmen des AP1 wird eine Systemspezifikation für die zu realisierenden Bauelemente erarbeitet. Ziel ist die Erarbeitung eines Zwischenkreiskondensators der sich optimal in das mechanische Aufbaukonzept des Antriebsystems einfügt. Das AP2 umfasst die Konzeptphase. Hier werden mögliche Kondensator-Konzepte erarbeitet und für die die Anwendungsbereiche Nutzfahrzeuge und Automation bewertet. Im AP3 werden die verschiedenen Konzepte im Hinblick auf die Zuverlässigkeit des Kondensators untersucht und beurteilt. Das AP4 versucht durch ein verbessertes Kühlkonzept die Temperaturbelastung des Kondensators zu senken. Im AP6 wird der Kondensator hergestellt, erprobt und in die Demonstratoren eingebaut. Nach dieser Systemerprobung wird im AP7 das Konzept final unter wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten bewertet.
Ziel des Gesamtvorhabens ist die Erforschung, Erprobung und Bewertung von innovativen Stromrichterfunktionalitäten, die zu einer Erhöhung der Netzstabilität und Übertragungskapazität von Verteilnetzen beitragen können. Dies umfasst optimierte leistungselektronische Netzschnittstellen und verteilte robuste Speicherlösungen. Ziel dieses Teilvorhabens ist die Erweiterung bestehender Speicherlösungen, um zusätzliche Netzdienstleistungen wirtschaftlich anbieten zu können. Dies beinhaltet im Besonderen zwei Kernziele. Zum einen die Ertüchtigung der benötigten leistungselektronischen Komponenten, um Zusatzfunktionen zur Stabilisierung des Netzes bereitstellen zu können. Zum anderen die Evaluierung neuartiger Lithium-Ionen-Kondensatoren auf ihre Eignung für den Einsatz in stationären Energiespeichern. Innerhalb dieses Teilvorhabens werden zunächst System- und Topologiestudien durchgeführt, um die wirtschaftlich und technisch geeignetste Aufbaukonfiguration zu ermitteln. Die Bewertung erfolgt anhand zuvor definierter Referenzeinsatzszenarien. Zur Erprobung und Bewertung dieser Technologien wird ein Demonstrator eines LI-Kondensator-Speichers aufgebaut. Dieser umfasst neben den Speicherzellen auch ein Energiemanagementsystem und eine auf Netzdienstleistungen optimierte leistungselektronischen Schnittstelle. Dieser wird zunächst separat in einem Prüffeld messtechnisch charakterisiert. Anschließend wird dieser Energiespeicher in einen der innerhalb des Gesamtprojekts aufgebauten Systemdemonstratoren integriert und erprobt. Die anderen Arbeitsschwerpunkte des Gesamtvorhabens konzentrieren sich vorrangig auf regelungstechnische Fragestellungen. Am Gesamtdemonstrator werden die einzelnen Arbeitsstränge zusammengeführt, so dass die neuen Regelverfahren auch an dem LI-Kondensatorspeicher erprobt werden können. Die Arbeiten bilden die Basis für die Ableitung von Anforderungen an zukünftige Grid-Codes und Netzanschlussrichtlinien.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 46 |
| Kommune | 1 |
| Wirtschaft | 5 |
| Wissenschaft | 23 |
| Zivilgesellschaft | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 46 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 46 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 43 |
| Englisch | 5 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 16 |
| Webseite | 30 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 19 |
| Lebewesen und Lebensräume | 16 |
| Luft | 24 |
| Mensch und Umwelt | 46 |
| Wasser | 12 |
| Weitere | 46 |