Das Projekt "Teilvorhaben: Systemintegration von zwei DCDC-Wandlern und eines On-Board-Ladegeräts für die Kopplung von elektrischem Range-Extender, Hochvolt- und 14-V-Batterie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Finepower GmbH durchgeführt. Gemeinsames Ziel aller im Teilvorhaben definierten Arbeitspakete ist die galvanische Trennung von Hochvolt- und Niedervolt-Bordnetz sowie dem konventionellen öffentlichen Versorgungsnetz im Falle des Nachladens der Hochvoltbatterie aus diesem Netz. Weiterhin soll das Gewicht minimiert und der Kühlaufwand für die Elektronik in Grenzen gehalten werden Eine besondere Zielsetzung ergibt sich für das Ladegerät, das bidirektional arbeiten soll, also auch Energie von der Hochvolt-Batterie in das Stromversorgungsnetz zurückspeisen können muss. Für beide DCDC-Wandler sind bereits aus früheren Projekten Konzepte vorhanden, die grundsätzlich übernommen werden können. Dennoch ist eine durchgreifende Neugestaltung der Hardware notwendig, da durch neuartige Bauelemente und Materialien eine wesentliche Verlust- und Gewichtsminimierung und damit Effizienzsteigerung des gesamten Fahrzeugs möglich ist. Ein Ladegerät für unidirektionalen Betrieb ist bei Finepower bereits vorhanden. Die Erweiterung auf bidirektionalen Betrieb und die Anpassung auf die Fahrzeuganforderungen ist auf Basis diesen Geräts möglich, jedoch sind dafür umfangreiche Hard- und Softwaremodifikationen notwendig.
Das Projekt "Teilvorhaben: effizientes Laden für PKW (Luftstrom-ELP)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Motorenwerke AG durchgeführt. Mit der Steigerung des Energieinhalts von Traktionsbatterien und damit der Reichweite von Elektrofahrzeugen ist es erforderlich, auch die Ladeleistung um mindestens den Faktor 2 zu erhöhen. Hier stoßen heutige Elektronik-Bauteile bezüglich Entwärmung oder hohem Wirkungsgrad an ihre Grenzen. Das Interesse von BMW liegt in einer Verbesserung der Ladetechnologie und deutlichen Reduzierung der Ladeverlust um ca. 30% durch - neue Halbleitermaterialien mit reduzierten Schalt- und Durchlassverlusten, z.B. Galliumnitrid, - Erhöhung der maximal zulässigen Chiptemperatur, - verbesserte Wärmeabfuhrkonzepte auf Basis der Luftgekühlte Wide Band Gap-Leistungselektronik und Mechatronik Technologien. Die Herausforderung für das Projekt ist neben der Wirkungsgraderhöhung und der Temperaturstabilität der Komponenten die Erhöhung der zulässigen Temperaturdifferenz für eine Verbesserung der Kühlung. BMW sieht die Chance, durch den Einsatz von neuen Bauteilen bei gleicher Ladeleistung den für Ladegerät und DC/DC-Wandler notwendigen Bauraum zu verkleinern und bei höherer Ladeleistung eine gegenüber konventionelle Lösungen einhergehende Bauteilvergrößerung zu kompensieren. Der Schwerpunkt für BMW in Luftstrom ist der automotive Ansatz für die luftgekühlten On-board und Off-board Ladegeräte. BMW wird über die Festlegung der funktionalen Anforderrungen und Spezifikationen in der Initialphase kontinuierliche Inputs zu den F&E Arbeiten liefern und die abschließende Validierung der Ladegeräte federführend in eigenen Labors durchführen.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwurf und Realisierung eines Prototypen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Delta Energy Systems (Germany) GmbH durchgeführt. Das Verbundprojekt itsowl-ELA - 'Effiziente selbsteinstellende Lader für Elektrofahrzeuge' - wird im Rahmen des Spitzenclusters Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe (it's OWL) durchgeführt. Ziel dieses Projektes ist die Realisierung und vollständige Qualifizierung einer prototypischen On-Board Ladeeinheit mit überlegender Effizienz, Kompaktheit und intelligentem Betriebsverhalten. Teilziele der Fa. Delta-ES sind die den Anforderungen entsprechende mechanische und elektrische Konstruktion einer solchen On-Board Ladeeinheit. Als potentieller Hersteller von On-Board Ladeeinheiten verfolgt Delta-ES zudem das Ziel eines Prototypen, welcher den Anforderungen eines Serien-Gerätes bzgl. Fertigbarkeit und Kosten möglichst nahe kommt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erste Studie zur Qualifizierbarkeit von GaN Chip Embedding Technologien in Automobilanwendungen am Beispiel von kühlerlosem Laden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Infineon Technologies AG durchgeführt. Durch den Einsatz und die Erforschung neuartiger Schaltungstopologien und hoch-effizienter Wide-Band-Gap (WBG) Leistungsbauelemente/AVT soll im Rahmen des Vorhabens die Verlustleistung in kompakten leistungselektronische Komponenten weiter reduziert werden. Zudem soll die zulässige Temperaturdifferenz zwischen Verlustleistungsquelle und Umgebung erhöht werden, womit eine Luftkühlung bisher noch wassergekühlter Systeme möglich wird. Die erzielbaren Verbesserungen sollen am Beispiel von Ladegeräten, DC/DC-Wandlern und Wandlern für Nebenaggregate, wie sie für das Laden elektrischer Fahrzeuge benötigt werden, erforscht und dargestellt werden. Das hohe Potential von GaN-Bauelementen im Sinne von Effizienz und hoher Schaltfrequenz kann nur durch eine temperaturtolerante und auf der elektrischen Seite optimalen Anbindung der Aufbau- und Verbindungstechnik gehoben werden, die auch die nötigen Stressanpassungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen GaN und Gehäusematerial erlaubt. Infineon wird im Rahmen des Projektes Untersuchungen zur Zuverlässigkeit GaN basierter luftgekühlter Leistungselektronik (Module, diskrete Leistungshalbleiter) durchführen. Die Infineon Technologies wird im Rahmen des Vorhabens initiale Untersuchungen zur Verwendbarkeit von Embbedded GaN Power Schaltkreisen, insbesondere für die Aufbau- und Verbindungstechnik in der Automobilelektronik durchgeführt. Es werden Zuverlässigkeitstests durchgeführt, um die besonderen Anforderung der GaN Bauelemente an Stressbedingungen im Fahrzeug zu erforschen. Dazu erfolgt eine gemeinsame Abstimmung hinsichtlich der Anforderungen für die Tests mit den Projektpartnern. Infineon wird dabei auf Standard konforme und automotive taugliche Prozesse und Verfahren achten. Im Ergebnis wird durch das Projekt damit ein wesentlicher Beitrag zur Bewertung des Einsatzpotentials von gehäusten GaN-Chips für die Automobilindustrie erwartet.
Das Projekt "Teilvorhaben: Auslegungsmethodik luftgekühlter Ladegeräte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Antriebssysteme und Leistungselektronik durchgeführt. Das Teilprojekt des Instituts für Antriebssysteme und Leistungselektronik (IAL) beschäftigt sich mit der Untersuchung und dem Vergleich von luftgekühlten Ladegeräten für Elektrofahrzeuge. Bei der Auslegung von luftgekühlten leistungselektronischen Systemen gibt es komplexe Wechselbeziehungen zwischen den Systemkenngrößen: Leistung, Gewicht, Halbleitertechnologie, Kosten, Topologie und Geräuschemission. Eine umfassende analytische und simulationsbasierte Betrachtung macht die Abhängigkeiten sichtbar und führt zu einer Methodik, die eine optimale Auslegung der luftgekühlten Leistungselektronik im Betriebsbereich erlaubt. Diese grundlegende Methodik ist zusätzlich auch für andere Anwendungsgebiete außerhalb der Automobiltechnik von Nutzen. Es werden Ladeprofile für aktive und passive Luftkühlung untersucht und miteinander verglichen. In diesem Teilprojekt werden neuartige 'Wide-Band-Gap' (WBG)-Leistungshalbleiter aus Siliziumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) betrachtet. WBG-Leistungshalbleiter mit geeignetem Gehäuse erlauben den Betrieb bei erhöhter Sperrschichttemperatur. Nachteilig bei diesem Betrieb ist, dass mit zunehmender Sperrschichttemperatur auch die Durchlass- und Schaltverluste steigen. Denkbar ist ein langsamer Ladevorgang mit reduzierter Leistung und geräuschloser passiver Luftkühlung. Für schnelle Ladevorgänge wird ein Betrieb mit aktiver Luftkühlung bei höheren Verlusten betrachtet. Die Bearbeitung des Teilprojektes erfolgt in fünf Arbeitspaketen: Zunächst werden Schnittstellen und Spezifikationen mit den anderen Projektpartnern definiert. Im darauffolgenden Arbeitspaket geht es um Ladeprofile und Geräuschemissionen. Vergleich von Laden mit aktiver und passiver Luftkühlung. Das nächste Arbeitspaket beschäftigt sich mit Netzrückwirkungen und der Auslegung von geeigneten Filtersystemen. Anschließend werden in den letzten beiden Arbeitspaketen Wandlertopologien verglichen und eine geeignete Auslegungsmethodik entwickelt.
Das Projekt "Teilprojekt: Designoptimierung, elektrisches Design des Laders, Ergebnistransfer" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Paderborn, Fachgebiet Leistungselektronik und Elektrische Antriebstechnik (LEA), Lehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik (FVT) durchgeführt. Das Innovationsprojekt itsOWL-ELA - 'Effiziente selbsteinstellende Lader für Elektrofahrzeuge' - wird im Rahmen des Spitzenclusters Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe (it's owl) durchgeführt. Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines Ladegeräts für Elektrofahrzeuge, welches sich abhängig von Eingangsspannung und Batteriezustand stets selbsttätig auf den Arbeitspunkt mit dem geringstmöglichen Energieverlust einstellt. In Verbindung mit einem kleinem Bauvolumen, einem geringen Gewicht und einer effektiven Kühlung ergibt sich daraus ein insgesamt sehr leistungsfähiges Ladegerät. Die Entwicklung des Ladegeräts ist untergliedert in mehrere Arbeitspakete und kleiner Unterprojekte, wobei die Resultate jedes einzelnen zu einer systematischen Optimierung der bereits erwähnten Eigenschaften führen. So wird z.B. der Wirkungsgrad des Energieumformungsprozesses durch die Integration von Resonanzwandlern erhöht. Darüber hinaus wird ein Konzept zur Anordnung der Bauelemente entwickelt, welches trotz geringem Bauvolumen eine effektive Kühlung ermöglicht. Weiterhin wird eine selbstoptimierende Steuerung und Regelung konzipiert, wodurch eine eigenständige Anpassung an unterschiedliche Rahmenbedingungen erfolgt. Als Funktionsnachweis wird ein Prototyp entwickelt. Die Ergebnisse werden in einem Instrumentarium mit Modellen, Simulationsumgebungen und Berechnungsvorlagen zusammengeführt, mit dessen Hilfe selbsteinstellende Ladegeräte effektiv entworfen werden können. Durch dieses Innovationsprojekt werden die Leistungsfähigkeit und die Effizienz von Ladegeräten deutlich gesteigert. Der Aufwand und die Kosten für die Entwicklung und das Design von Ladegeräten werden reduziert. Die entwickelten Methoden werden durch Engineering- und Consultingunternehmen über den Spitzencluster hinaus in die Breite getragen. Dieses Innovationsprojekt leistet einen wichtigen Beitrag um die Elektromobilität voranzutreiben und wettbewerbsfähig zu machen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Luftgekühltes hocheffizientes variabel nutzbares Ladegrät" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie durchgeführt. Das Projekt Luftstrom verfolgt mittels Forschungen auf dem Gebiet leistungselektronischer Komponenten für Elektrofahrzeuge (Ladegeräte, Gleichspannungswandler und Wandler für Hilfsaggregate) das konkrete Ziel eines zukünftig möglichst völlig geräuschlosen Ladens von Elektro- und Plug-In Fahrzeugen mit 30% weniger Verlusten. Das Fraunhofer IISB konzentriert sich hierbei auf die Erforschung eines neuartigen Ladegerätes. Der Arbeitsplan orientiert sich dabei streng an den beiden physikalisch möglichen Optimierungspotenzialen, Erhöhung der Temperaturdifferenz und des Wirkungsgrades, welche konsequent mittels der drei Ansätze, Einsatz neuartiger WBG-Halbleiter und neuartiger Schaltungstopologien sowie Übergang auf Luftkühlung durch optimierte Wärmeabführ, verfolgt werden, um so die Vorteile kompakter luftgekühlter leistungselektronischer Komponenten nutzbar zu machen.
Das Projekt "Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen mit Methanolreformer für portable Anwendungen - MicroPower" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von PEMEAS GmbH durchgeführt. In MicroPower soll ein Mikro-Brennstoffzellensystem basierend auf Hochtemperatur-PEM-Technologie entwickelt werden, das den Brennstoff Methanol in Elektrizität zum netzunabhängigen Aufladen portabler Elektronikgeräte verwandelt. PEMEAS wird für dieses Projekt eine auf Mikrobrennstoffzellen optimierte HT-PEM MEA entwickeln. Die wichtigsten Ziele sind eine reduzierte Dicke der MEA und eine stabilere Membrane, die die Miniaturisierung des Stack unterstützt. Weiterhin werden zusammen mit Magnum, Techniken zur Qualitätsprüfung von MEA-Komponenten entwickelt. Die von PEMEAS entwickelte Mikro-MEA kann bei verschiedenen Kunden in deren Mikrobrennstoffzellesystem eingesetzt werden. Da solche Ladegeräte einen direkten Kundennutzen bieten und der Markt eine hohe Dynamik sowie eine gewisse Preistoleranz bietet, erwartet PEMEAS in diesem Segment eine zeitnahe Entwicklung signifikanter Stückzahlen.
Das Projekt "Optimierte Systemintegration von Plug-In Vehicles - Erbringung standortabhängiger Systemdienstleistungen im Kontext von Elektromobilität und Eigenstromnutzung; Teilvorhaben: Technische Universität Clausthal" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technischen Universität Clausthal, Energie-Forschungszentrum Niedersachsen durchgeführt. Kernthema des Projektes 'Tanken im Smart Grid' ist die Entwicklung und Erprobung innovativer Ladegeräte und -algorithmen für Elektrofahrzeuge, um damit einen Beitrag zur Systemstabilität elektrischer Netze liefern zu können. Folgende Ziele im Bezug zum 'Schaufenster Elektromobilität' werden dabei adressiert: (1) Netzanschlussregeln ohne Beeinträchtigung der Systemstabilität (kein erneutes 50,2 Hz-Problem), (2) Erbringung von Systemdienstleistungen zur Wahrung eines stabilen Netzbetriebes, (3) Optimierung des dynamischen Verhaltens dezentraler Knoten (hier Ladepunkte), (4) Nutzung von E-Fahrzeugen als verteiltes Messsystem. Die Arbeiten gliedern sich in folgende Arbeitspakete (AP): AP0: Projektmanagement; AP1: Analyse, Szenarien, Gesamtsystemauslegung; AP2: Power-Quality-Map; AP3: Netzfreundliches Lademanagement / Ladealgorithmus; AP4: Ladegerät für dynamische Ladeanforderungen, Hardware für Laboranwendungen; AP5Implementierung des dynamischen Ladegerätes / der Ladealgorithmen auf LTi-Umrichtern; AP6: Implementierung des dynamischen Ladegerätes / der Ladealgorithmen im Forschungsfahrzeug des IPP; AP7: Umsetzung der Power Quality Map in der Secure Cloud; AP8: Feldmessungen mittels Flottenversuch; AP9: wirtschaftliche Evaluierung; AP10: Normungsarbeit.
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