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Bestimmung von Expositionen gegenüber elektromagnetischen Feldern der Elektromobilität

Bestimmung von Expositionen gegenüber elektromagnetischen Feldern der Elektromobilität Projektleitung: Dr.-Ing. Gernot Schmid, Seibersdorf Labor GmbH Beginn: 18.03.2021 Ende: 11.11.2025 Finanzierung: 449.025 Euro Hintergrund Elektromobilität gilt als Schlüssel für eine klimafreundliche Mobilität. Elektroantriebe arbeiten weitgehend schadstoffemissionsfrei. Betriebsbedingt entstehen allerdings Magnetfelder, die von dem elektrifizierten Antriebsstrang eines Elektrofahrzeugs ausgehen und auf Fahrer*in und Passagier*innen einwirken. Expositionen ( d.h. Situationen, in denen Personen solchen Feldern ausgesetzt sind) in relevanten Größenordnungen können dabei nicht von Vornherein ausgeschlossen werden. Gründe sind der geringe Abstand der Sitze zu den Komponenten, die Magnetfelder erzeugen, und die hohen Stromstärken in leistungsstarken Fahrzeugen. Darüber hinaus können bei rein batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) und bei Plug-In-Hybriden (PHEV) Expositionen bei Fahrzeugstillstand während des Ladevorgangs auftreten. Magnetfeldquellen sind dann zum Beispiel die Ladeeinrichtung selbst, das Ladekabel im Fall konduktiven Ladens, als Gleichrichter arbeitende Leistungselektronik sowie die Leitungen im Fahrzeug und die Fahrzeugbatterie. Magnetfeldquellen nur in Elektroautos und Hybriden Zielsetzung In dem Vorhaben wurde die Exposition von Personen gegenüber elektromagnetischen Feldern der Elektromobilität bestimmt. Einbezogen wurden Expositionsbeiträge durch den Fahrzeugfahrbetrieb und durch Batterieladevorgänge bei Fahrzeugstillstand. Die Studie ist aussagekräftig für Elektroautos und Elektro-Zweiräder ( d.h. ein- und zweispurige Personenkraftfahrzeuge). Als Fahrräder eingestufte Elektrofahrzeuge ( sog. E-Bikes) waren ausgenommen. Die Ergebnisse können mit Werten einer im Jahr 2009 abgeschlossenen Studie des BfS und mit in der Literatur veröffentlichten Werten verglichen werden. Zudem geben die Ergebnisse Hinweise für die Standardisierung. Durchführung Untersucht wurden gemessen an den Zulassungszahlen besonders beliebte E-Auto-Modelle und zusätzlich auch leistungsstarke E-Auto-Modelle von verschiedenen Herstellern. Dazu wurden Magnetfeldmessungen an mehreren Stellen im Fahrgastraum der Elektroautos und an den Sitzpositionen der Elektro-Zweiräder ( d.h. Elektroroller bzw. -motorräder) durchgeführt, während sich die Fahrzeuge auf einem Rollenprüfstand und in vorab festgelegten Betriebszuständen befanden. Die Betriebszustände umfassten das Beschleunigen, das Bremsen sowie das Fahren mit konstanten Geschwindigkeiten gegen verschiedene Lastmomente, um Luftwiderstände, Streckensteigungen und -gefälle zu simulieren. Anschließend wurden Magnetfeldmessdaten während eines Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Cycle (WLTC) aufgezeichnet. Dabei handelt es sich um einen ca. 30-minütigen genormten Fahrzyklus, der ursprünglich für vergleichbare Abgas- und Verbrauchsmessungen festgelegt wurde. Daten für Zweiräder wurden während eines World Motorcycle Test Cycle (WMTC) aufgezeichnet. Die auf dem Prüfstand ermittelten Daten wurden mit Messungen bei Fahrten auf einer abgesperrten, ebenen Teststrecke und bei einer etwa 90-minütigen Fahrt im öffentlichen Straßenverkehr validiert. Anschließend wurden die im Zeitbereich aufgezeichneten Messdaten entsprechend der spektralen Zusammensetzung analysiert und bewertet. Situationen, die basierend auf den Messungen die höchsten Expositionen erwarten ließen, wurden zusätzlich dosimetrisch analysiert. Die betreffenden Expositionssituationen wurden dazu in einer Simulationssoftware nachgebildet. Ziel war die rechentechnische Bestimmung, der im Körper einer exponierten Person hervorgerufenen elektrischen Feldstärken. Hierfür musste vorab die lokale Verteilung der Magnetfeldstärken in der Fahrgastzelle bzw. im Bereich der Sitze der Elektro-Zweiräder bekannt sein. Stellvertretend für die exponierten Personen wurden hochaufgelöste, digitale Menschmodelle eingesetzt, die anatomisch möglichst korrekt waren und Gewebetypen mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften unterschieden. Die Untersuchungen zum Aufladen bei Fahrzeugstillstand berücksichtigten Positionen in und außerhalb der Fahrzeuge. Ebenso wurden die Untersuchungen an Normal- und Schnellladepunkten durchgeführt. Hartschaum-Dummy mit zehn Messsonden im Fond eines Elektroautos Ergebnisse Die Studie stellt nach Kenntnis des BfS die bislang detaillierteste Untersuchung zu Magnetfeldexpositionen in Elektrofahrzeugen dar. Die Messungen wurden in aktuellen, für den deutschen Straßenverkehr zugelassenen Fahrzeugen unter realen Bedingungen im öffentlichen Straßenverkehr sowie auf Teststrecken und Prüfständen durchgeführt. Erstmals wurden auch Zweiräder einbezogen. Die Fahrzeughersteller waren nicht an den Untersuchungen beteiligt. Die Magnetfeldexposition innerhalb der Fahrzeuge war räumlich sehr ungleichmäßig. Hohe Werte traten im Fahrberieb vorrangig im Bereich der Beine auf, während der Oberkörper und der Kopf deutlich weniger exponiert waren. Die Exposition variierte je nach Fahrmanöver: Beim Beschleunigen und Bremsen waren die Werte höher als bei konstantem Fahren. Die maximale Motorleistung der Fahrzeuge hing nicht systematisch mit der Magnetfeldexposition zusammen. Langzeit-Effektivwerte aus Messungen während Fahrten im realen Straßenverkehr zeigten höhere Werte als die Daten, die während genormter Fahrzyklen auf einem Fahrzeugprüfstand ermittelt wurden. Alle Magnetfeldexpositionen wurde mit den Referenzwerten der EU -Ratsempfehlung und den ICNIRP -2010-Leitlinien verglichen. Bei sanfter Fahrweise lagen die Ausschöpfungen der EU -Referenzwerte meist im niedrigen zweistelligen Prozentbereich. Eine sportliche Fahrweise führte in mehreren Elektrofahrzeugen sowie in einem zu Vergleichszwecken untersuchten Fahrzeug mit Verbrennungsmotor zu Überschreitungen der EU -Referenzwerte. Bei Anwendung der moderneren ICNIRP -2010-Leitlinien ergab sich nur in einem Fall eine Überschreitung. Trotz der kurzfristigen Überschreitungen der Referenzwerte wurden keine Überschreitungen der empfohlenen Höchstwerte für im Körper induzierte elektrische Felder festgestellt. Die während des Ladens innerhalb der Fahrzeuge gemessenen magnetischen Flussdichten waren überwiegend niedriger als die während des Fahrens gemessenen Werte. Gleichstrom-Laden ( DC -Laden) führte, trotz höherer Ladeleistungen, zu geringeren Expositionen als Wechselstrom-Laden ( AC -Laden). Magnetische Flussdichten oberhalb der ICNIRP -Referenzwerte traten nur in unmittelbarer Nähe des Ladekabelsteckers bzw. der Fahrzeugbuchse ( bzw. beim induktiven Laden nahe dem Straßenniveau) unmittelbar neben dem Fahrzeug auf. Neben dem Antriebssystem erzeugen weitere Fahrzeugkomponenten Magnetfelder, z.B. die Sitzheizungen, Fensterheber oder Fahrzeugeinschaltung. In einigen Fällen waren diese Expositionen höher als die durch das Antriebssystem verursachten Felder. In vielen Fahrzeugen traten die höchsten Werte beim Einschalten oder Starten auf. Die mittleren Langzeitwerte in Elektroautos (0,5 bis 2,5 Mikrotesla/ µT ) entsprachen weitgehend denen in etablierten elektrisch angetriebenen Verkehrsmitteln wie Straßenbahnen oder U-Bahnen (2 bis 3 µT ). In doppelstöckigen Zügen wurden auf der oberen Fahrgastebene Werte bis zu 13 µT gemessen, also potenziell höhere Expositionen als in Elektroautos. Stand: 24.11.2025

Fabrik- und Maschinenkonzepte für wirtschaftlich effiziente Batteriezellproduktionen mit Microenvironments, MiKoBatt - Fabrik- und Maschinenkonzepte für wirtschaftlich effiziente Batteriezellproduktionen mit Microenvironments

Energieeffiziente Bürogebäude

Die kombinatorische Vielfalt der Einflussgrößen auf den Energieverbrauch von Gebäuden verursacht meistens Unsicherheit in der Planung. Ziel dieses Projektes ist es, für Architekten und Fachplaner eine umfassende Matrix zu erstellen, die es erlaubt, die Auswirkungen von Planungsschritten auf den Energiehaushalt und die Behaglichkeit von Gebäuden hinreichend genau zu bewerten und Alternativen gegeneinander abzuwägen. Anhand eines standardisierten Bürogebäudes werden unter Berücksichtigung der äußeren und inneren Lasten und für definierte zu erreichende Raumzustände alle wichtigen Faktoren wie z.B. der Anteil an thermisch aktiver Masse oder der Grad an Verglasung variiert. Die zur Anwendung kommende Methode der thermischen Gebäudesimulation und Strömungssimulation erlaubt eine sehr differenzierte Betrachtungsweise.

UMTHES - Umweltthesaurus des Umweltbundesamtes

Im Umweltthesaurus (UMTHES) sind ca. 12.000 Begriffe und dazu mehr als 50.000 alternative Benennungen (Synonyme) enthalten (Stand: August 2024). Die Begriffe sind deutschsprachig, alternative Benennungen deutsch- und/oder englischsprachig. Für alle Begriffe und Benennungen sind im UMTHES unterschiedliche Schreibweisen und Deklinationsformen hinterlegt. Diese werden bei der Suche automatisch mitberücksichtigt.

Vorschläge zur Integration automatischer Gefährdungseinschätzungen in den Erstellungsprozess der bundes- und landesweiten Roten Listen

Rote Listen (RL) gefährdeter Tiere, Pflanzen und Pilze werden auf der Basis von Experteneinschätzungen zur Verbreitung und Häufigkeit von Arten und zu deren Veränderungen über kurze und lange Zeiträume erstellt. Die Zusammenfassung der Experteneinschätzungen zu vier RL-Kriterien (aktuelle Bestandssituation, lang- und kurzfristiger Bestandstrend, Risikofaktoren) zur finalen Gefährdungseinschätzung erfolgt nach einem vorgegebenen Schema. Die notwendige, periodische Aktualisierung der RL ist jedoch in vielen Fällen eine Herausforderung, da der Prozess zeitaufwändig ist und die Anzahl der zumeist ehrenamtlich mitwirkenden Expertinnen und Experten, die insbesondere die Bestandsentwicklung einschätzen können, zurückgeht. Andererseits nimmt die Datenmenge zur Verbreitung und Häufigkeit von Arten rasch zu und gleichzeitig werden die Methoden zur automatischen Gefährdungseinschätzung von Arten auf Basis von Verbreitungsdaten immer besser. Unter der Voraussetzung standardisierter Verbreitungsdaten lässt sich eine automatische Gefährdungseinschätzung auch mit vergleichsweise geringem Aufwand durchführen. Untersuchungen deuten darauf hin, dass automatische Einschätzungen v. a. für mittelhäufige Arten wichtige zusätzliche Informationen liefern können. Es ist daher sinnvoll und notwendig, diese automatischen Ansätze in den RL-Erstellungsprozess zu integrieren, um Expertinnen und Experten zu unterstützen und die endgültige Gefährdungseinschätzung auf eine breitere Basis zu stellen. Basierend auf unseren Erfahrungen mit automatischen Methoden zur Gefährdungseinschätzung sowie mit den RL der Gefäßpflanzen auf Länderebene erläutern wir die notwendigen Schritte für eine Integration automatischer Methoden in die Erstellung von RL in Deutschland. Von zentraler Bedeutung für den Aufwand einer automatischen Gefährdungseinschätzung sind Verfügbarkeit, Standardisierung und Qualität der deutschlandweiten Verbreitungsdaten.

Sonderforschungsbereich (SFB) 1211: Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit, Teilprojekt Z02 (INF): Datenmanagement und raumbezogene Analyse

Dieses Projekt befasst sich mit der Einrichtung eines Datenmanagementsystems (aufbauend auf ein bereits bestehendes; im TR32). Dieses System ist in der Lage, große Mengen an Forschungsdaten zu speichern und zur Verfügung zu stellen. Es ermöglicht eine genaue Datencharakterisierung über eine flexible, jedoch standardisierte und benutzeroberflächenunabhängige Metadatenstruktur. Datensäte können Digitale Objekt Identifier (DOI) erhalten. Alle raumbezogenen Daten des SFB werden über ein WebGIS zugänglich sein. Die Daten der Wetterstationen (Z03) werden entsprechend gängiger Standards im System integriert. Eine weitere Aufgabe dieses Projekts besteht in der Analyse raumbezogener Daten für die gemeinsamen Forschungsgebiete des SFB.

Flexible virtuelle Nachbildung von OT-Netzwerken in der Energieversorgung

Im Teilprojekt 'Entwurf und Implementierung eines Vorgehensmodells zur Virtualisierung von OT-Infrastrukturen Digitaler Umspannwerke' des Vorhabens FlexONet wird ein Vorgehensmodell zur Erstellung von virtuellen Abbildern von OT-Netzwerkinfrastrukturen entwickelt und in einen Framework-Ansatz überführt. Der Ansatz als Kombination aus deklarativem Wissen (Netzwerkinformationen) und Prozessdaten und der Einsatz flexibler Virtualisierungsansätze, ermöglicht die detaillierte Nachbildung unterschiedlicher Netzwerkstrukturen. Hauptsächliches Ziel des Teilvorhabens ist dabei die Erstellung von realitätsnahen, virtuellen OT-Testumgebungen für die Funktionsentwicklung von virtualisierten Stationsfunktionen und Definition der Anwendungsgrenzen virtueller OT-Systeme. Dazu wird das Vorgehensmodell und ein entsprechendes Implementierungsframework zur detailgetreuen virtuellen Nachbildung von realen OT-Netzwerkinfrastrukturen im Rahmen des Teilprojektes entwickelt. Mittels der im Teilprojekt zu entwickelnden hardwareunabhängigen Testumgebung erfolgt die spätere Erprobung innovativer Algorithmen für den Netzbetrieb. Für die Bewertung des Vorgehensmodells zur flexiblen OT-Virtualisierung werden im Anwendungsfälle konzeptioniert und eine Validierung dieser Anwendungsfälle innerhalb der virtuellen Testumgebung vorgenommen. Als Ergebnis der Validierung wird eine Quantifizierung des Nutzens virtueller Testsysteme vorgenommen hinsichtlich der Reduzierungen von Ressourcen z.B. für bestehende personalintensive Tätigkeiten. Die Ergebnisse des Projektes sollen für eine Einkopplung in die Standardisierung (z.B. IEC 61850, IEC 62443) aufbereitet werden.

Autonomes Abgrabungsmonitoring im Locker- und Festgestein auf Basis von Fernerkundungsdaten für ein nachhaltiges Flächenmanagement, Teilvorhaben 2

Entwicklung und Abstimmung von Standards für natur- und umweltbezogene Prüfungen beim Stromnetzausbau

Dreidimensionale Analyse der Porenraumgeometrie strukturierter Böden in Bezug auf die Verteilung von Wasser und Luft mit Hilfe der hochauflösenden myCT

Die Prozesse der Wasser- und Stoffbewegung sowie des Gasaustausches in Böden werdenmaßgeblich durch das an die Bodenstruktur gebundene Porensystem gesteuert. Die Funktionalität des Porensystems beruht hierbei sowohl auf den Anteilen unterschiedlicher Porengrößen als auch auf der Geometrie des Porenraumes. Während die Porengrößenverteilung mit bodenphysikalischen Standardmethoden unter der Annahme von Kapillarität quantifizierbar ist, lassen sich die realen Porenformen in ihrer räumlichen Anordnung (u.a. Kontinuität, Bottlenecks, Konnektivität, Tortuosität) nur durch optische Verfahren erschließen. Die präferentiellen Fließwege der Makro- und Grobporen (größer als 50 mym) wurden bereits in zahlreichen Studien in 2D und 3D analysiert. Für die mittleren Porengrößen (0,2 - 50 mym) mit hoher ökologischer Wirksamkeit in ungesättigten Böden liegen jedoch kaum morphologische Informationen vor. In diesem Projekt sollen die Verfahren der Kunstharzeinbettung und der Mikrofokus- Computertomographie (myCT) für eine qualitative und quantitative räumliche Analyse des Porensystems in verbesserter hoher Auflösung (bis zu 1 mym) eingesetzt werden. Die Darstellung der mittleren Porengrößen wird mit der neuesten hochauflösenden Technik der myCT bei gleichzeitiger Differenzierung von Matrix, Wasser und Luft realisiert. Die zu analysierenden Geometrieparameter unterschiedlicher Porengrößen werden mit den Funktionen der Wasser- und Luftleitfähigkeit korreliert. Die Darstellung der Wasserverteilung in realen Poren bei unterschiedlichem Entwässerungsgrad ermöglicht zudem eine Überprüfung der Kapillartheorie, die als allgemeine Grundlage für Wasserverteilung und Wasserfluss vorausgesetzt wird.

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