Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer hochdynamischen Regelungstechnik für den Einsatz hochfrequent taktender Einspeisewechselrichter auf Basis von Siliziumcarbid(SiC) -Halbleitern. Innerhalb des Vorhabens wird ein netzgekoppelter Wechselrichterdemonstrator mit schnellschaltenden SiC -Halbleitern und einem neuartigen modellbasierten Regelansatz entwickelt. Der Demonstrator soll in der Lage sein, sowohl aktuelle als auch zukünftige Vorgaben hinsichtlich Elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) und Regeldynamik bzw. Regelgüte zu erfüllen und somit auch eine flexible Lösung für Anforderungen bieten, die sich im Rahmen der Energiewende durch die Veränderung des Versorgungsnetzes ergeben.
Das Forschungsprojekt soll eine objektive, wissenschaftlich fundierte, und justitiable Bewertungsgrundlage für eine Funk-Verträglichkeitsanalyse zwischen dem Drehfunkfeuer in der Luftfahrt und Windenergieanlagen als statische und dynamische Objekte schaffen, die damit insbesondere eine derzeit nicht vorhandene belastbare Basis für Genehmigungs- und Planfeststellungsverfahren von Windparks liefert. Derzeit sind etwa 1800 MW Ausbauleistung in der Windkraft wegen solcher Verträglichkeitsbedenken blockiert. Einerseits beinhaltet dies die messtechnische Untersuchung in einer miniaturisierten Flugumgebung, in der überhaupt erst erforderliche messtechnische Untersuchungen in ihrer Parametervielfalt und Genauigkeit systematisch angestellt werden, insbesondere in Abhängigkeit unterschiedlicher Zustände, die ein Windpark bzgl. Drehgeschwindigkeit, Windrichtung, Synchronizität, Geländetopologie, etc. einnehmen kann. Technische Entwicklungsziele sind die Weiterentwicklung eines miniaturisierten Drehfunkfeuers, die Implementation genannter Windparkzustände in die skalierte Messumgebung sowie die Entwicklung der Messtechnik in der verkleinerten Flugumgebung. Mit der entwickelten skalierten Flugumgebung werden Hypothesentests für Messflüge in der 1:1 Umgebung erarbeitet. D.h. die tatsächliche Vorhersagefähigkeit des skalierten Messverfahrens soll mit diesen validiert werden, indem ausgewählte aussagekräftige Szenarien, z.B. worst-case Szenarien, in der 1:1 Umgebung vermessen werden. Die wesentlichen Arbeitsinhalte bzgl. der verkleinerten Flugumgebung sind: -Definition von Windparkzuständen mit meteorologischen Daten und Umsetzung in verkleinerter Umgebung -Entwicklung miniaturisiertes Drehfunkfeuer und entsprechender Messtechnik -Vermessung miniaturisierter Windparks und Ableiten des Störpotenzials -Ableiten von Hypothesentest aus der skalierten Flugumgebung -Durchführung von Validierungsmessungen in 1:1 Umgebung.
Intelligente und nachhaltige Mobilität ist ein zentrales Ziel der neuen Hightech-Strategie. Forschungsarbeiten zu Elektroniksystemen für die Elektromobilität sowie automatisiertes, elektrisches Fahren leisten hier wesentliche Beiträge. Für eine höhere Marktakzeptanz von Elektrofahrzeugen sind neben der Reichweite auch die Kosten entscheidend. Diese können durch die Steigerung der Wirkungsgrade von elektronischen Komponenten entscheidend gesenkt werden. Der aktuelle Stand der Technik zur Darstellung von hocheffizienten elektrischen Antrieben mit hoher Leistung stößt an seine Grenzen. Ziel im Forschungsprojekt H3Top ist es, die Leistung über eine höhere Spannungslage zu erhöhen und gleichzeitig die Effizienz zu steigern. Dazu soll eine neuartige Wechselrichtertopologie für den Einsatz im Traktionsantrieb in Elektrofahrzeugen erforscht und weiterentwickelt werden. Zum Einsatz kommen dabei vorhandene kostengünstige 650 V-Halbleiterbauteile, wodurch positive Skaleneffekte erwartet werden. Außerdem werden die Themen Bauraum, Lagerströme, EMV, Ausfallsicherheit/Verfügbarkeit und Geräuschemission untersucht, da sie weiteres Potential zur Nutzerakzeptanz versprechen.
Mit der 3-Level-Topologie lassen sich neuartige 800V-Hochspannungssysteme unter Verwendung von 650V Leistungshalbleitern anstelle von 1200V Bauteilen wirtschaftlich darstellen und damit drei Ziele verfolgen: - Steigerung der Antriebsleistung durch höhere Betriebsspannung - Hocheffizient durch geringere Schaltverluste, Verluste werden um größer als 20% reduziert - Kosteneffizienz durch automotive-qualifizierter 650V Halbleiter-Technologien Daneben werden die Themen Bauraum, Lagerströme, EMV, Ausfallsicherheit/Verfügbarkeit und Geräuschemission adressiert. Durch die Skalierbarbarkeit adressiert H3TOP Leistungen von 40kW bis 200kW für den Einsatz in allen elektrischen und elektrifizierten Fahrzeugen inkl. Nutzfahrzeuge. Nach der Abbildung der automotive Anforderungen auf die Topologie werden gemeinsam mit den Partnern Demonstratoren in mehreren Leistungsklassen aufgebaut, in Betrieb genommen und vermessen. Dabei wird eine iterative Optimierung der Ergebnisse erreicht.
Das Gesamtvorhaben dient der Schaffung einer bidirektionalen drahtlosen Schnittstelle (Hardware/Software) zwischen Fahrzeug und Smart-Home zur Übertragung elektrischer Energie. Traktionsbatterien von E-Fahrzeugen können so als quasistationäre Speicher für das Gesamtsystem verfügbar werden. Die Schnittstelle ist für hohe Sicherheit auszulegen und es werden nur freigegebene Nutzer für Energieflüsse zwischen Haus und Fahrzeug zugelassen. Die betrachteten (quasi-) stationären Energiespeicher und induktiv gekoppelten Komponenten werden über eine Software-Schnittstelle miteinander kommunizieren und so einen Energiefluss untereinander erlauben. Weiterhin soll eine Mensch-Maschine- Schnittstelle bestehen, für Android-Endgeräte (Tablets und Smartphones). Das Gesamtsystem wird in einem umfangreichen Feldversuch erprobt mit nachfolgender Datenauswertung. Teilvorhaben ENASYS: Es werden induktive bidirektionale Übertragungssysteme definiert und an Prototypen untersucht. Hierbei bestimmen die elektrischen und mechanischen Anforderungen von Gebäude- und Fahrzeugseite das Design. Das gewählte Übertragungssystem wird an die Leistungs- und Kommunikationskomponenten von Fahrzeug und Gebäude angepasst. AP1: Spezifikationen/Lastenheft Interaktion Smart-Home/BEV AP1.3 - Hardware, Messtechnik, Software stationär AP1.4 - BEVs, Induktion AP2: Entwicklung/Test Einzelkomponenten für Interaktion Smart-Home/BEV AP2.1 - Batterien, Energiemanagement AP2.2 - BEVs AP2.3 - Smart-Home AP3: Integration / Feldtest Gesamtsystem Smart-Home und BEV AP3.1 - Betreuung Feldtest BEVs AP3.2 - Betreuung Feldtest Smart-Home AP4: Normung/Standardisierung AP4.2 - Normen BEV-Gebäude-Kopplung AP5: Sicherheit/Zuverlässigkeit AP5.1 - FMEA Einzelkomponenten / Gesamtsystem AP5.2 - EMV-Betrachtung AP5.3 - Übertragung / Optimierung Komponenten und Systemebene AP6: Projektkoordination AP6.2 - Öffentlichkeitsarbeit