Das Projekt "Teilvorhaben: Ansteuer- und Leistungselektronik mit Delta-Sigma-PWM-Baustein und GaN-Treiber" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von TRINAMIC Motion Control GmbH & Co. KG durchgeführt. Die heute verfügbaren, elektrifizierten Lastenräder sind noch nicht auf die zukünftigen Anforderungen des urbanen Transports ausgelegt. Dies betrifft neben ihrem Gewicht und einer stark limitierten Transportkapazität auch die Effizienz des gesamten Antriebssystems, wodurch die tatsächliche Reichweite als auch die Nutzungsdauer stark eingeschränkt werden. Um diesen Einschränkungen zu begegnen, wird ein innovativer Ansatz auf der Basis eines neuartigen Delta-Sigma-PWM-Modulators verfolgt, der eine Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Reduktion der Umrichterverluste in der Ansteuerelektronik erlaubt. Die hocheffiziente Leistungselektronik soll erstmals auf der Basis von Galliumnitrid FETs realisiert werden. Ziel ist es, die Hauptkomponenten der Antriebselektronik in einem MultiChip-Package abzubilden. Antriebsseitig werden strukturintegrierbare Rotor-Stator-Konstruktionen in Faserverbundbauweise untersucht. Ein hybrider Energiespeicher bestehend aus SuperCaps und Lithium-Akkus soll effizient Bremsenergie aufnehmen. Die Funktionsfähigkeit und Effizienzvorteile sollen anhand eines Lastenraddemonstrators in Faserverbundbauweise nachgewiesen werden. TRINAMIC wird die effiziente Ansteuer- und Leistungselektronik umsetzen, einschließlich GaN Treiber optimiert für kompakte Systeme, Delta-Sigma-PWM-Baustein und Multichip-Baustein. Ein weiterer Schwerpunkt von TRINAMIC ist die Energiespeichertechnik unter Berücksichtigung einer optimierten Rekuperationsfähigkeit. Arbeitspakete: 1.1Entwicklung Testboard und techn. Vorbetrachtungen,1.2Erprobung GaN FETs m. unterschiedlichen PWM,1.3Adaptierung Delta-Sigma-PWM auf Testboard,1.4Erarbeitung GaN-Gatetreiber,1.5Erarbeitung Delta-Sigma-PWM Baustein,1.6Systemdesign prototypischer Motorcontroller,1.7Erarbeitung Controller-Software,1.8Systemoptimierung,4.3Bewertung Integrationsanforderungen Antrieb, Akku etc.,4.6Aufbau Lastenraddemonstrator - Antriebsintegration,4.7Fahrversuche zur Funktions- und Leistungsbewertung,4.8Versuchsauswertung.
Das Projekt "Neue Super-Kondensatoren als Energiespeicher (Super-Kon)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Halle-Wittenberg, Institut für Physik durchgeführt. Im Rahmen des Förderprogramms ForMaT ('Forschung für den Markt im Team') startete im Oktober das Projekt 'Neue Super-Kondensatoren als Energiespeicher (Super-Kon)' in die erste Förderphase mit einer Laufzeit von sechs Monaten. Das Projekt der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg wird mit einer Fördersumme von 100.000 € vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt.In dieser ersten Phase werden Verwertungspotenziale für Innovationen an wissenschaftlichen Einrichtungen identifiziert und bewertet. Nach Abschluss der ersten Phase erfolgt die Evaluation der Anträge für eine zweite Phase durch eine Gutachterkommission. Bei positiven Ergebnis wird das Projekt weiter gefördert. Die zweite Phase, die weitere zwei Jahre umfasst, dient der Einbeziehung von Kunden- und Marktbedürfnissen in die Forschungs- und Entwicklungsarbeit.Das Super-Kon Projekt ist eine Kooperation des Instituts für Physik (Prof. Dr. Beige), des Instituts für Chemie (Prof. Dr. Ebbinghaus) und des Interdisziplinären Zentrums für Materialwissenschaften (PD Dr. Leipner) unter der Projektleitung von Prof. Dr. Beige. Ziel dieses Projektes ist die Weiterentwicklung von neuartigen Superkondensatoren als Lösung zur Energiespeicherung. Hierbei werden die Möglichkeiten von Kompositmaterialien (Verbundwerkstoffe) verschiedener Ausgangsstoffe getestet. Dazu erfolgt die Einbettung von Nanopartikeln etablierter Dielektrika (z.B.: Bariumtitanat) in einer organischen oder anorganischen Matrix.Am 18. und 19. Januar 2010 fand im Dorint Hotel Charlottenhof, Dorotheenstraße 12, 06108 Halle/Saale der Innovationsworkshop 'Energiespeicherung und deren zukünftige Applikationen' statt. Die Veranstaltung diente der frühzeitigen Analyse der Verwertbarkeit innovativer Forschungsansätze und war mit Vertretern aus Wissenschaft (Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM, Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, die RWTH Aachen und die Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, uvm.) und Wirtschaft (Siemens AG, Q-Cells Clean Sourcing GmbH, uvm.) ein voller Erfolg.Die Besonderheit des ForMaT-Förderprogramms ist die Einbindung eines BWL-Absolventen in die Projektarbeit, dessen wirtschaftswissenschaftliche Kompetenz die Wissenschaftler unterstützt. Im Projekt von Prof. Dr. Beige besetzt diese Position die Diplom-Kauffrau Kristin Suckau.
Das Projekt "Teilvorhaben: Konzepte für optimierte elektrische Maschinen für den Einsatz in Fahrzeugen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Indukmas GmbH durchgeführt. Ein hoher Wirkungsgrad von Elektrofahrzeugen erfordert die optimale Abstimmung und Kompatibilität der in das Fahrzeug integrierten Hochvoltbatterie, leistungselektronischen Wandler und Antriebe. Lösungen für schnelle, hochstromfähige Zwischenspeicher, energieeffiziente Antriebsregelungen und deren Integration in ein System sind im Kfz-Markt noch nicht Stand der Technik. Durch neue, dynamische Speichertechnologien kann die Energieeffizienz von Hybrid- und Elektrofahrzeugen speziell im Stadtverkehr drastisch erhöht werden. Die Verwendung höherer Taktfrequenzen und verbesserter Ansteuerverfahren der Fahrzeugumrichter gekoppelt mit einem verbesserten Motorendesign, welches die Verkopplungen zwischen Umrichter, Motor und Fahrzeug, reduziert, bietet ein Potenzial zur Erhöhung der Effizienz, der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer bei reduzierten EMV-Maßnahmen und einer Gewichtsund Volumenreduktion. Zur deutlichen Reduktion zukünftigen Entwicklungszeiten und -kosten müssen begleitend die Methoden zur Modellierung und Simulation von Elektro- und Hybridfahrzeugen weiterentwickelt werden. Das Projekt schafft einerseits die Grundlagen, dass die Energie effizienter gespeichert und gewandelt werden kann, und andererseits, dass die notwendigen hochgetakteten leistungselektronischen Stellglieder EMV-kompatibel in das System integriert werden können. Das Verbundprojekt teilt sich in die drei Themengebiete 'Zwischenspeicher', 'Antrieb' und 'Systemebene'. Im Teilprojekt 'Zwischenspeicher' wird die Nutzung von Superkondensatoren unter Einbeziehung von Gleichspannungswandlern untersucht. Im Teilprojekt 'Antrieb' wird das optimale Zusammenspiel von Umrichter und Motor einschließlich einer wirkungsgradoptimierten systemkompatiblen Regelung betrachtet. Im Teilprojekt 'Systemebene' wird die Integration der Komponenten in das System unter Aspekten der Elektromagnetischen Verträglichkeit analysiert und verbessert.
Das Projekt "Mehrskalen-Simulation des Elektrolyt/Elektroden-Systems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik durchgeführt. Mit Hilfe der Simulation sollen mikroskopische Prozesse innerhalb einer Lithium-Ionen-Batteriezelle verstanden werden. Dies ist zum einen der Lithium-Transport im Elektrolyten und Separator sowie in der Anode und Kathode, als auch Prozesse welche an den Elektrolyt-Anode und Elektrolyt-Kathode Grenzflächen stattfinden, wie zum Beispiel die Zersetzung des Elektrolyten. Das Teilvorhaben gliedert sich in sieben Arbeitspakete. Hiervon beschäftigen sich vier mit den Lithium-Transport Eigenschaften. Insbesondere wird der Transport im Elektrolyten, Separator der Anode und der Kathode separat betrachtet. Zwei weitere Arbeitspakte beschäftigen sich mit der Elektrolyt-Anode und Elektrolyt-Kathode Grenzfläche. Die Lithium-Adsorption auf Anode und Kathode muss geklärt sein, bevor der Transport in das Volumen der Materialien berechnet werden kann. Zu Schluss des Projekts wird mit Hilfe des IWE-Karlsruhe ein Gesamtmodell der Batteriezelle erstellt. Hiermit sollen Zyklovoltammogramme interpretiert und so direkt die technische Optimierung der Zelle unterstützt werden. Der starke Fokus dieses Projektes auf die Simulation zeigt einen ausgeprägten Grundlagencharakter. Insbesondere sind neue Erkenntnisse über die Funktionsweise von Lithium-Ionen-Zellen zu erwarten welche publikative verwertet werden. Verschiedene Anwendungen benötigen Zellen mit verschiedenen Eigenschaften, so dass die hier gewonnen Erkenntnisse direkt in Projekte einfließen können, welche sich mit der Optimierung von Batteriezellen auf spezifische Anwendungen befassen. Weiterhin sind die entwickelten Methoden auch auf andere Systeme anwendbar. So ist es beispielweise denkbar, mit den vorgeschlagenen Anodenmaterialien Superkondensatoren zu bauen welche auch entsprechende Designregeln benötigen.
Das Projekt "Energetische und stoffliche Kopplung einer Biogasanlage mit einer Bioraffinerie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Hohenheim, Institut für Agrartechnik (440), Fachgebiet Konversionstechnologie und Systembewertung nachwachsender Rohstoffe (440f) durchgeführt. Im Sinne der nachhaltigen Bioökonomie ist es sinnvoll, dezentrale Bioraffinerien zu betreiben. Das Konzept der Universität Hohenheim basiert auf der Kopplung mit einer Biogasanlage, die hier bezüglich Energie- und Massenflüsse weiter ausgearbeitet werden soll. Das Konzept beinhaltet eine landwirtschaftliche Bioraffinerie, die dezentral lokal erzeugte Biomasse in Plattformchemikalien herstellt. Der Fokus liegt bei Lignocellulosen, aus denen Hydroxymethylfurfural (HMF), Furfural (Fu) und Lignin erzeugt werden. Aus dem HMF können dann in größeren, zentralen Anlagen PEF für Verpackungen oder Fasern hergestellt werden. HMF selbst kann, wie auch Fu, als Ersatz für Formaldehyd in Harzen, z.B. für Spanplatten genutzt werden. Dies sind nur einige Beispiele, so können aus HMF auch Polyamide wie Nylon 6 und Nylon 6,6 hergestellt werden, oder als Zusatz in der Nahrungsmittel - und Pharmaindustrie dienen. Lignin kann als Füllmaterial zu Harzen zugesetzt werden, oder zu Phenolen gespalten werden, um damit selbst zu den Bestandteilen von Harzen werden. Eine andere Anwendung ist die Umwandlung zu hochwertigen Kohlenstoffmaterialien für Elektroden und Superkondensatoren. In diesem Projekt wird die energetische und stoffliche Kopplung mit einer Biogasanlage, zunächst am Beispiel der Versuchsanlage im 'Unteren Lindenhof', berechnet werden. Dieser Ansatz wird anschließend verallgemeinert, um das Gesamtpotenzial und geeignete Standorte für Deutschland zu ermitteln.
Das Projekt "Teilvorhaben: Neue Konzepte für elektrische Maschinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AEM - Anhaltische Elektromotorenwerk Dessau GmbH durchgeführt. Ein hoher Wirkungsgrad von Elektrofahrzeugen erfordert die optimale Abstimmung und Kompatibilität der in das Fahrzeug integrierten Hochvoltbatterie, leistungselektronischen Wandler und Antriebe. Lösungen für schnelle, hochstromfähige Zwischenspeicher, energieeffiziente Antriebsregelungen und deren Integration in ein System sind im Kfz-Markt noch nicht Stand der Technik. Durch neue, dynamische Speichertechnologien kann die Energieeffizienz von Hybrid- und Elektrofahrzeugen speziell im Stadtverkehr drastisch erhöht werden. Die Verwendung höherer Taktfrequenzen und verbesserter Ansteuerverfahren der Fahrzeugumrichter gekoppelt mit einem verbesserten Motorendesign, welches die Verkopplungen zwischen Umrichter, Motor und Fahrzeug, reduziert, bietet ein Potenzial zur Erhöhung der Effizienz, der Zuverlässigkeit und der Lebensdauer bei reduzierten EMV-Maßnahmen und einer Gewichtsund Volumenreduktion. Zur deutlichen Reduktion zukünftigen Entwicklungszeiten und -kosten müssen begleitend die Methoden zur Modellierung und Simulation von Elektro- und Hybridfahrzeugen weiterentwickelt werden. Das Projekt schafft einerseits die Grundlagen, dass die Energie effizienter gespeichert und gewandelt werden kann, und andererseits, dass die notwendigen hochgetakteten leistungselektronischen Stellglieder EMV-kompatibel in das System integriert werden können. Das Verbundprojekt teilt sich in die drei Themengebiete 'Zwischenspeicher', 'Antrieb' und 'Systemebene'. Im Teilprojekt 'Zwischenspeicher' wird die Nutzung von Superkondensatoren unter Einbeziehung von Gleichspannungswandlern untersucht. Im Teilprojekt 'Antrieb' wird das optimale Zusammenspiel von Umrichter und Motor einschließlich einer wirkungsgradoptimierten systemkompatiblen Regelung betrachtet. Im Teilprojekt 'Systemebene' wird die Integration der Komponenten in das System unter Aspekten der Elektromagnetischen Verträglichkeit analysiert und verbessert.
Das Projekt "Superkondensatoren als Puffersysteme zur Speicherung von elektrischen Energien in Automobilanwendungen (Skipper)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines dezentralen Puffersystems, welches extrem schnell geladen werden kann, eine hohe Lebensdauer besitzt und eine den bisher eingesetzten Anlagen entsprechende Energiedichte aufweist. Diese Energiespeicher sollen später in Automobilen und Haushalten als dezentrale Lösungen eingesetzt werden. Dabei kann das Fahrzeug neben dem Nutzen im Individualverkehr zusätzlich als dezentraler Energiespeicher verwendet werden, was zu einer Entlastung der Stromnetze führt und einen weiteren Mehrwert für die Elektromobilität darstellt. Der erwartete Fortschritt gegenüber dem aktuellen Stand der Technik liegt in der Entwicklung von Nanokohlenstoff-basierten Superkondensatoren. Diese verbesserten Superkondensatoren sind vergleichsweise leicht herstellbar, kommen ohne seltene Erden aus und verfügen über extrem kurze Ladezeiten und eine um ein Vielfaches höhere Lebensdauer im Vergleich zu herkömmlichen Speicherlösungen. Die Projektpartner Fraunhofer IPA (Deutschland) und AIST (Japan) werden eng über einen Zeitraum von 3 Jahren zusammenarbeiten, die gemeinsame Projektarbeit miteinander abstimmen und sich in ihren Kompetenzen ergänzen. Der Schwerpunkt des Fraunhofer IPA wird die Auslegung des Gesamtsystems, die Integration und die Projektabwicklung sein, während der Fokus des AIST auf der Materialentwicklung und der Charakterisierung liegen wird.
Das Projekt "Innovative Elektrochemische Superkondensatoren (IES)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IoLiTec - Ionic Liquid Technologies GmbH durchgeführt. Das IES-Projekt hat die Entwicklung von Doppelschichtkondensatoren (SCs) mit einer verbesserten elektrochemischen Leistung und erhöhten intrinsischen Sicherheit für die Anwendung in Hochspannungs- und Hochleistungssystemen zum Ziel. Hierbei sollen u.a. neuartige Elektrolyte entwickelt werden, die auf Mischungen von Proypylencarbonaten mit ionischen Flüssigkeiten basieren, die gegenüber herkömmlichen Elektrolyten eine verbesserte Performance aufweisen. Geeignete Elektrolyte sollen in Kondensator-Prototypen hinsichtlich Performance und Sicherheit getestet werden. Ein weiterer Aspekt ist der Versuch der Synthese von Graphen in ionischen Flüssigkeiten, das seinerseits als neuartiges Elektrodenmaterial interessant ist. Im Rahmen des Projektes werden gängige Methoden zur wissenschaftlichen Synthese von neuen Verbindungen angewendet. Bei der Analyse werden z.B. Ionenchromatographie, IR- und NMR-Spektroskopie eingesetzt.
Das Projekt "Teilvorhabentitel: Fertigung und Testung von Elektrodenmaterialien für den Aufbau von Superkondensatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brandenburgische Kondensatoren GmbH durchgeführt. Das Projekt SUBAMA beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Einsatz von Superkondensatoren auf Basis hoch leitfähiger nanostrukturierter mehrwandiger Kohlenstoffnanoröhren(MWCNT)-Substrate und Metalloxiden (z. Bsp. Mangandioxid). Durch die Eigenschaftskombination gilt es, die theoretisch hohen Kapazitäten der Metalloxide effektiv auszuschöpfen. Derartige Systeme sollen mit bestehenden Superkondensatoren konkurrieren können. Die eingesetzten Materialien, wie Mangandioxid, sind nicht nur kostengünstig, sondern auch unbedenklich und gut verfügbar. Als Herstellungsmethoden für die MWCNT-Elektroden wird die elektrophoretische Abscheidung (kurz EPD) und die chemische Gasphasenabscheidung (kurz CVD) eingesetzt. Für die Modifizierung der Elektroden mit Metalloxiden werden die elektrolytische Abscheidung (kurz ECD) und Gasphasenprozesse angewendet. Die Kombination dieser Methoden erlaubt es, ein effektives und kostengünstiges technologisches Konzept für die Herstellung der Superkondensatoren zu entwickeln und zu bewerten. Die Arbeitsplanung gliedert sich in 6 Schwerpunkte. Der erste Schwerpunkt umfasst die Elektrodenherstellung im Labormaßstab mittels Elektrophorese und chemischer Dampfphasenabscheidung. Der zweite Schwerpunkt beschäftigt sich mit der Modifizierung der hergestellten Elektroden über die Beschichtung mit Metalloxiden, um den pseudokapazitiven Anteil zu steigern. Dazu werden die elektrolytische Abscheidung und die Gasphasenprozesse betrachtet. Der dritte und vierte Schwerpunkt umfasst die Optimierung der Metalloxide (z. Bsp. Pulse Plating), die Charakterisierung sowie die Abscheidung aus nichtwässrigen Elektrolyten und dem Einsatz von nichtwässrigen Systemen. Die Schwerpunkte 5 und 6 beschäftigen sich im Kern mit der Zellfertigung und dem Einsatz der optimierten Elektroden sowie den Aufbau eines Prototypen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Elektrochemische Charakterisierung und Analyse von Zersetzungsprozessen optimierter Elektrolyte für Superkondensatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Technische Chemie und Umweltchemie - Center for Energy and Environmental Chemistry durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung innovativer Super- oder Ultrakondensatoren (EDLCs), die hohe Betriebsspannungen von bis zu 3.4 V bei gleichzeitig hohen Temperaturen (größer als 60 Grad Celsius) ermöglichen. Hierbei soll das tatsächliche Verhalten von neuartigen Materialien in industriellen Zellformaten im Vordergrund stehen. Von besonderem Interesse ist die Gasentwicklung bei Temperaturen von über 50 Grad Celsius und Spannungen von über 3 V, da diese in Laborzellen bisher kaum vorhergesagt werden konnte, in industriellen Zellformaten jedoch eine große Rolle spielt. Das Projekt zielt somit darauf ab, die Leistungs- und Energiedichte von Ultrakondensatoren um bis zu 42% zu steigern und gleichzeitig die Kosten in der Anwendung (durch verminderte Anforderungen an Kühlsysteme) zu senken. Um dieses Ziel zu erreichen, sollen die im ULTIMATE Projekt (Förderkennzeichen 03ET6131) identifizierten, vielversprechenden Materialien (u.a. gekrümmtes Graphen mit 60% erhöhter Energiedichte) mit erweiterten Methoden digital simuliert sowie elektrochemisch und physikalisch analysiert werden, um die Mechanismen der Gasentwicklung zwischen Elektrode und Elektrolyt zu identifizieren. Anschließend sollten auf Basis der Ergebnisse neue Materialkombinationen - insbesondere im Bereich Binder und Elektrolyt - im Labormaßstab getestet und in industriellen Zellformaten demonstriert werden. Als Teilvorhaben soll das CEEC der FSU Jena die neuen Elektrolyte elektrochemisch charakterisieren, sowie Zersetzungsprozesse bei erhöhter Betriebsspannung untersuchen. Des Weiteren soll durch die Analyse des entstehenden Gasgemisches ein besseres Verständnis der Gasbildung erzielt werden.
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