Entwicklung einer neuen Generation von Hochenergie-Lithium-Ionen-Zellen auf der Basis weiterentwickelter hochkapazitiver Anoden- und Kathodenmaterialien entlang der gesamten Kette von der Materialentwicklung bis zur finalen Validierung von Prototypzellen im PHEV1-Design. Das Projekt zielt dabei auf die technische Skalierbarkeit und wirtschaftliche Umsetzung von Prozessen und Verfahren bis hin zur Produktion von Prototypserien im standardisierten PHEV1-Format unter seriennahen Bedingungen. Nickelreiche Kathodenmaterialien werden auf Basis der BASF internen Erfahrungen und Markterfahrungen ausgewählt und dem ZSW für die FPL-Zellenproduktionskampagnen bereitgestellt. Die Materialien werden entsprechend der Erfahrung aus der ersten Kampagne in Bezug auf ihre Verarbeitbarkeit angepasst und verbessert. Mit den Materialien werden auch im Projekt von BASF entwickelte Rezepturvorschläge (Binder- und Leitrußauswahl, Feststoffgehalt, Mischreihenfolge usw. auf Basis BASF Evaluierung im Labor) an das ZSW für das Scale-up der Elektroden übergeben. BASF unterbreitet Vorschläge zur Verbesserung von Elektrolytformulierungen für Zellchemien mit nickelreichen Kathodenmaterialien. Basierend auf aktuellen Entwicklungen aus den Forschungs- und Applikationszentren der BASF werden Adaptionen zur Erfüllung der konkreten Anforderungen aus diesem Projekt vorgenommen und in Form von Entwicklungsmustern den Projektpartnern zur Verfügung gestellt. BASF wird an der Auswertung der Resultate mitwirken und weitere Optimierungen ableiten. Es werden formulierte Elektrolyte für alle drei geplanten FPL-Kampagnen in industrieüblichen Druckbehältern zur Verfügung gestellt.
Im Rahmen des Verbundprojekts soll ein innovatives elektrisches Antriebs- und Regelungssystem für Sattelzug-Auflieger entwickelt und ein entsprechender Demonstrator aufgebaut werden. Dabei kommt ein neuartiges Regelungskonzept zum Einsatz, welches den autarken Betrieb des Aufliegers ohne Kommunikation zur Zugmaschine erlaubt. Die Steuerung erfolgt ausschließlich über die sensorisch erfassten Kräfte am Königszapfen. Auf diese Weise kann der Auflieger mit allen am Markt verfügbaren Zugmaschinen kombiniert werden und der Sattelzug wird zu einem Plug-In-Hybridfahrzeug. Im Teilvorhaben wird der sensorische King Pin entwickelt. Das sensorische Schichtsystem wird direkt auf die Oberfläche des King Pins abgeschieden. Dort wird es während der Fahrt zur sog. 'Zugkraft=0'-Regelung eingesetzt. Dazu sind insbesondere Verfahren für die Abscheidung derartiger Strukturen auf komplexen dreidimensionalen Oberflächen sowie geeignete Strukturierungsverfahren solcher Schichten zu entwickeln. Nach den Vorgaben aus Arbeitspaket 1 werden King Pins erworben, ihre Oberflächengüte analysiert und für die Beschichtungen präpariert. Es wird ein sensorisches Schichtsystem festgelegt und dafür die Sensordesigns erstellt. Es folgt der Prototypenaufbau und die Analyse der sensorischen Qualitäten am IST. Danach erfolgt das Verbinden und Testen der Sensorik mit der von CuroCon entwickelten Messelektronik. Basierend auf den Ergebnisse erfolgt ein Redesign und weitere King Pins werden mit Dünnschichtsensorik aufgebaut, analysiert und mit der Messelektronik verbunden. Zum Abschluss wird der sensorische King Pin in den Demonstrator eingebaut und seine Funktionstüchtigkeit während der Fahrt untersucht.
Im Projekt wird der Einsatz von GaN-Bauteilen in Leistungswandlern für den Einsatz in EVs und PHEVs untersucht. Immer mehr Sicherheits- und Komfortkomponenten benötigen Leistungen im Bereich größer als 1kW, die im 12V-Bordnetz unzureichend oder gar nicht bedient werden können. Dafür wurden für Pkw weitere Spannungsebenen im Bereich von 48V bzw. über 400V etabliert. Zur Leistungsübertragung zwischen diesen Spannungsebenen sind kompakte, effiziente und zuverlässige Wandler erforderlich. Zunächst wird ein hochdynamischer, bidirektionaler Bordnetzwandler mit einer Nennleistung von ca. 6kW entwickelt, der eine Verkleinerung bzw. Entfall der 48V-Batterie ermöglicht. Zu diesem Zweck werden die Eigenschaften neuer GaN-Schalter und innovative AVT-Ansätze zur Kühlung eingesetzt, um trotz erhöhter Anforderungen eine kompakte, zuverlässige und effiziente Lösung zu ermöglichen. Zur Ladung der Traktionsbatterie soll ein Ladegerät mit etwa 3,7kW mit Skalierungsoption auf 11kW bei dreiphasiger Versorgung entwickelt werden, das gegenüber dem Stand der Technik eine Erhöhung der Leistungsdichte um 60% mit gleichzeitiger Senkung der Umwandlungsverluste um 40% aufweist. Im Teilvorhaben werden die Systemanforderungen analysiert und darauf aufbauend Funktionsmuster und Demonstratoren entwickelt, aufgebaut und validiert.
Ziel des Vorhabens ist es, die Performance und Qualität von Li-Ionen-Zellen bei gleichzeitiger Einsparung von Produktionskosten zu steigern und damit einen wichtigen Beitrag für den Aufbau einer wirtschaftlichen und nachhaltigen Batteriezellproduktion in Deutschland zu leisten. Dies soll erreicht werden durch die Entwicklung von zeiteffizienteren, ressourcenschonenden Herstellverfahren und durch die Entwicklung eines wirksamen, übergreifenden Qualitätssicherungskonzepts entlang der gesamten Wertschöpfungskette mit dem Ziel, Qualitätsschwankungen, Ausschussraten und Kosten in der Zellproduktion zu reduzieren. Ein wichtiger Aspekt dieses Projekts ist die Nutzung der Forschungsproduktionslinie am ZSW als Referenz- und Integrationsplattform, um Projektergebnisse aus verschiedensten Vorhaben im Kompetenzcluster ProZell zusammenzuführen und am PHEV-1 Zellformat im industrienahen Maßstab als Gesamtpaket darzustellen. Es werden qualitätsrelevante Kernprozesse und QS-Methoden zum Kalandrieren, Nachtrocknen, Befüllen und Formieren am Beispiel von NCM622-Kathoden und Grafitanoden am ZSW erforscht und weiterentwickelt. Mit den verbesserten Prozessen werden dann optimierte PHEV-1-Zellen in mehreren Produktionskampagnen an der FPL hergestellt und der Entwicklungsfortschritt anhand von Leistungsdaten und Tests bewertet. Projektergebnisse aus anderen Vorhaben im Kompetenzcluster ProZell werden im letzten Projektjahr auf die FPL übertragen, Zellen produziert und der Nutzen und die Anwendungsrelevanz durch einen Gesamtvergleich dargestellt.
Bei der Planung der Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur sind komplexe Entscheidungen zur Auslegung der Flotte zu treffen, z.B. Anzahl der Fahrzeuge, Fahrzeugtypen (konventionelle, hybride und batterieelektrische Fahrzeuge), Ladeinfrastrukturvarianten (Anzahl benötigter AC und/ oder DC Ladestationen, ungesteuert vs. gesteuertes Laden), Energieversorgung (Fremdbezug vs. Eigenproduktion). Aktuell bestehen weder in der Praxis noch in der Wissenschaft Ansätze für die integrierte Planung und Steuerung von Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur unter Extrembedingungen. Hier setzt das Forschungsprojekt 'lautlos & einsatzbereit' an. Es fokussiert auf die Entwicklung eines Leitfadens zur integrierten Planung und Steuerung von Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur mit dem Schwerpunkt eines ökologischen und ökonomischen Betriebs von Fahrzeugflotten unter Extrembedingungen mit hybriden und batterieelektrischen Fahrzeugen. Dieser Leitfaden unterstützt Entscheidungsträger bei der Planung der Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur, der Beschaffung und dem Betrieb von Flotten mit besonderen Anforderungen. Die geplanten Arbeiten im Forschungsprojekt gliedern sich in vier Module: In Modul 1 erfolgt die Planung des Betriebs, die Entwicklung eines Grobkonzepts und die Beschaffung der Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur. In Modul 2 wird die Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur ausgerüstet und betrieben sowie die Ergebnisse der wissenschaftlichen Begleitforschung aus Modul 3 in den Betrieb integriert. In Modul 3 erfolgt die wissenschaftliche Begleitforschung: Ein Detailkonzept für die integrierte Planung und Steuerung der Flotten-, Energie- und Ladeinfrastruktur wird entwickelt und in den Betrieb übertragen. In Modul 4 werden die entwickelten Planungs- und Steuerungskonzepte auf Basis der Anwendungsszenarien evaluiert und in einen Leitfaden zur integrierten Planung und Steuerung von Flotten-, Energie-, und Ladeinfrastruktur überführt.