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PREDIKT - Prädiktive Regelung von Diesel-Hybrid-Antrieben und elektrische Koppelung der Traktionsantriebe, Teilvorhaben MTU: Systemintegration und Projektleitung

Bei schienengebundenen Fahrzeugen kann eine vorausschauende Fahrstrategie unter Berücksichtigung von Echtzeitdaten wie Position, Höhenprofil und Fahrplan maßgeblich zur Verbrauchs- und Emissionssenkung beitragen. Ein selbstlernender Regler, welcher den Kraftstoffverbrauch auf bereits befahrenen und somit bekannten Strecken weiter optimiert, ergänzt die vorgenannte prädiktive Regelung. In Kombination mit der elektrischen Koppelung und Regelung mehrerer Hybrid-Antriebsanlagen über Fahrzeugteile hinweg und insbesondere unter Einbringung eines elektrischen Energiespeichers ist eine weitere Effizienzsteigerung, z.B. durch Abschaltung von Antriebsanlagen im Teillastbereich und rein elektrischem, emissionsfreiem Betrieb auf elektrifizierten und nichtelektrifizierten Strecken, zu erwarten. Die Aufgabe der MTU Friedrichshafen GmbH ist es, die technischen Rahmenbedingungen und Simulationsmodelle zur Konzeptauswahl darzustellen. Diese werden anschließend funktional umgesetzt und am Prüfstand zunächst jeweils für die elektrische Koppelung und die prädiktive Steuerung integriert. Parallel werden Umgebungssimulationsmodelle für die Validierung und für die spätere Demonstration der Wirksamkeit erstellt Die Bearbeitung des Projektes erfolgt in mehreren Arbeitspaketen und unter größtmöglicher Parallelisierung der Aufgaben. Die erste Ausprägung der elektrischen Koppelung, die prädiktive Steuerung sowie der selbstlernende Regler sollen nach Projektende in einem serienreifen Antriebssystem und einem Steuergerät implementiert werden können.

InMOVE - Integrierte Umrichter für modular verteilte Elektroantriebe hoher Drehzahl, Teilvorhaben: Auslegung eines Elektroantriebsmoduls und Systemverifikation im Demonstratorversuch

Teilvorhaben: Auslegung eines Hochdrehzahltraktionsantriebs und fahrzeuggerechte Spezifikation des PowerCores, Teilvorhaben: Skalierbare Power Cores als Umrichterbausteine für hocheffiziente Traktionsantriebe

Teilprojekt: Robotergestützte Fertigungsprozesse zur Statorbewicklung, Teilprojekt: Wickel- und Statormontagetechnik

Die Otto Rist GmbH & Co.KG verfolgt mit diesem Forschungsvorhaben das Teilziel, durch innovative Fertigungsmethoden den Füllgrad von Statornuten von aktuell max. ca. 47Prozent auf 60Prozent zu erhöhen. Da die aktuell bekannten Fertigungsverfahren wie Einzieh- und Nadelwickeltechnik keine weiteren Optimierungspotentiale hinsichtlich der Steigerung des Füllgrades mehr aufzeigen. Alternativ zu dem genannten Montageverfahren wird das Bewickeln von Einzelzahntechnik bzw. Polkette auf der Basis von einem handelsüblichen Deltaroboter untersucht. Die Idee ist auf der Basis eines Standardroboters kostengünstig ein hochflexibles Wickelgerät dem Anwender zur Verfügung zu stellen, entgegen den aufwendigen Entwicklungen von Spezialwickelmaschinen. Zum Aufbau der Vorrichtungen und Werkzeuge sind folgende umfangreiche Tätigkeiten notwendig: Mechanische Konstruktion - Softwareentwicklung - Elektrische Hardwareplanung - Mechanische Teilefertigung - Montage und Installation -Inbetriebnahme und Durchführung der Versuche.

Teilprojekt: Robotergestützte Fertigungsprozesse zur Statorbewicklung, Teilprojekt: Automatisiertes Laserfügen von Kupferwerkstoffen

Ziel des Verbunds ist die Erforschung und Erprobung innovativer und ganzheitlicher Methoden zur automatischen Produktion von effizienzgesteigerten E-Motoren. Scansonic hat im Rahmen des Projekts das Ziel, Funktionsmuster einer Laserbearbeitungsoptik zu entwickeln, zu bauen und zu erproben. Diese Systeme sollen den Laserspot im Arbeitsfeld automatisch auf der Fügestelle positionieren und zur Verbesserung des Prozessergebnisses während des Schweißvorgangs den Spot sehr schnell modulieren. Ab 24. Projektmonat ist die Integration in eine Gesamtanlage geplant. Zur Erreichung des Projektziels müssen vorrangig die technischen Rahmenbedingungen erfasst und die technischen Anforderungen definiert werden. Anschließend werden Machbarkeitsuntersuchungen und erste Vorversuche durchgeführt. Dazu wird ein erstes Funktionsmuster aufgebaut. In Auswertung der Vorversuche kann anschließend mit der Entwicklung der benötigten optischen und mechatronischen Komponenten sowie der Softwareentwicklung begonnen werden. Nach Abschluss der Entwicklungen ist der Umbau des Demonstrators vorgesehen. Mit dessen Hilfe werden mögliche Fügeparameter ermittelt. Anschließend kann der Demonstrator in die Gesamtanlage integriert werden. Abschließend werden mittels der kompletten Anlage erste Musterteile gefertigt. Im Rahmen der Projektbearbeitung werden die in F+E üblichen Arbeitsmittel und Methoden wie Lasten- und Pflichtenhefte und Projektpläne verwendet. Meilensteine werden auf das Gesamtprojekt abgestimmt.

PREDIKT - Prädiktive Regelung von Diesel-Hybrid-Antrieben und elektrische Koppelung der Traktionsantriebe, Teilvorhaben: Karlsruher Institut für Technologie (KIT): Reglerkonzept für die prädiktive Steuerung

Bei schienengebundenen Fahrzeugen kann eine vorausschauende Fahrstrategie unter Berücksichtigung von Echtzeitdaten wie Position, Höhenprofil und Fahrplan maßgeblich zur Verbrauchs- und Emissionssenkung beitragen. Ein selbstlernender Regler, welcher den Kraftstoffverbrauch auf bereits befahrenen und somit bekannten Strecken weiter optimiert, ergänzt die vorgenannte prädiktive Regelung. In Kombination mit der elektrischen Kopplung und Regelung mehrerer Hybrid-Antriebsanlagen über Fahrzeugteile hinweg und insbesondere unter Einbringung eines elektrischen Energiespeichers ist eine weitere Effizienzsteigerung z.B. durch Abschaltung von Antriebsanlagen im Teillastbereich und rein elektrischem, emissionsfreiem Betrieb auf elektrifizierten und nichtelektrifizierten Strecken zu erwarten. Der Lehrstuhl für Bahnsystemtechnik am Institut für Fahrzeugsystemtechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) begleitet die Messungen des Istzustands und des umgesetzten Systems auf dem Prüfstand. Er erarbeitet ein Reglerkonzept für die prädiktive Steuerung und den selbstlernenden Regler. Die dafür benötigten Parameter werden bestimmt. Es werden Simulationsmodelle des Antriebsstrangs erstellt, mit deren Hilfe die vorgeschlagenen Konzepte simulativ in verschiedenen Betriebssituationen erprobt werden können. Mit den Simulationsergebnissen können die zu realisierenden Konzepte ausgewählt werden. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme auf dem Prüfstand werden die Simulationsergebnisse durch Messungen verifiziert.

KMU-innovativ: KISEL: Kataloggestützte interdisziplinäre Entwurfsplattform für Elektrofahrzeuge, Teilvorhaben: Strukturierte Modellbildung von elektrischen Energiewandlern im Kraftfahrzeug

Im Verbundprojekt KISEL sollen heterogene Softwarewerkzeuge zur Modellierung von elektrischen Antriebssträngen im Rahmen einer Modellbibliothek zusammengeführt werden. In dem am Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen (IMAB) durchzuführenden Teilvorhaben werden sowohl Energiewandler in Nebenaggregaten (Klimatisierung, Wärmemanagement im Antriebsstrang) als auch im Traktionsantriebssystem (Hochvoltbatterie, Bordnetz, Leistungselektronik und Elektromotor) betrachtet mit dem Ziel einer vereinheitlichten Modellgestaltung und strukturierten Gestaltung der Modellschnittstellen. Wesentliche Zielsetzung des Teilvorhabens ist die Realisierung von skalierbaren Modellen, um breite Leistungsbereiche verschiedener Fahrzeugkonzepte in der Anwendung abdecken zu können.

Teilvorhaben: Spezifikation und Bewertung kompakter und optimierter Leistungselektronik auf Siliziumkarbidbasis für effiziente automotive Anwendungen, Teilvorhaben: Anwendungsorientierter Aufbau einer Leistungselektronik auf Siliziumkarbidbasis für die Elektromobilität

Das Forschungsvorhaben nutzt die nun kommerziell zur Verfügung stehenden neuartigen WBG SiC Bauelemente um leistungselektronische Systeme, namentlich Traktions-DC/DC-Wandler und On-board Ladegerät, noch effizienter und deren Funktionalität mit noch weniger Materialaufwand und noch geringeren Kosten zu realisieren, als das mit dem derzeitigen Stand der Technik möglich ist. Der Traktions-DC/DC-Wandler ist eine besonders wichtige Komponente zur Realisierung einer nachhaltigen, d.h. möglichst effizienten Elektromobilität. Das geplante Forschungsvorhaben optimiert mittels eines chip-integrierten passiven Dämpfungsgliedes das Schaltverhalten des Traktions-DC/DC-Wandlers und erhöht dadurch seine Leistungsfähigkeit deutlich. Zudem wird gezeigt, dass der Traktions-DC/DC-Wandler auch als On-board Ladegerät genutzt werden kann (Dual-Use-Prinzip), was zu einer massiven Kosteneinsparung bei gleicher Funktionalität führt.

drivEcomp - Prozesseffiziente und multifunktionelle Composite-Leichtbauweisen für elektrische Antriebe mit hoher Leistungsdichte im Schienen- und Straßenverkehr, Teilvorhaben: Gesamtkonzept und Integration

Teilvorhaben: Systembewertung von 3-Level-Wechselrichtern für die Elektrotraktion, Teilvorhaben: Systemintegration und Entwicklung von Aufbau- und Verbindungstechniken sowie Ansteuerverfahren

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.

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