Förderprojekt mobilEM

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Graduiertenkolleg "Integrierte Energieversorgungsmodule für straßengebundene Elektromobilität"

 

Motivation

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Die weltweit anstehenden Veränderungen in der Energiegewinnung und -verteilung sowie die Notwendigkeit einer nachhaltigen CO2-Emissionsminderung werden sich auch auf den mobilen Sektor maßgeblich auswirken. Die Verknappung sowie der Preisanstieg von Rohöl und Erdgas bedingen bei zugleich zunehmender Stromgewinnung aus Wind- und Sonnenenergie eine stärkere Elektrifizierung der mobilen Antriebe. Neuere technische Entwicklungen, insbesondere bei der Hybrid- und Batterietechnologie, reagieren auf diesen Trend. Derzeit verfügbare elektrische Energiespeicher für die mobile Anwendung sind insbesondere hinsichtlich ihrer Energie- und Leistungsdichte unzureichend.

Das Graduiertenkolleg „Integrierte Energieversorgungsmodule für straßengebundene Elektromobilität“, kurz mobilEM, verfolgt das Ziel, physikalische Grundlagen elektrochemischer Speicher für mobile Antriebe zu erforschen und diese mit neuartigen kraftstoffbetriebenen Aggregaten zur Reichweitenvergrößerung, sogenannte Range-Extendern, zu kombinieren. Das Range-Extender-Modul ermöglicht die energetisch sinnvolle Dimensionierung des elektrischen Speichers, die thermische Konditionierung des elektrochemischen Speichersystems und die effiziente Klimatisierung des Fahrzeuginnenraums. In dem Graduiertenkolleg werden erstmals fachübergreifend Wissenschaftler/innen aus den involvierten natur- und ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen zusammengeführt, um gemeinsam Forschungsthemen aus dem Bereich der Elektrochemie, der Wärme- und Stoffübertragung sowie der Thermodynamik und den Simulations- und Regelungswissen­schaften zu bearbeiten. Ringvorlesungen und speziell zugeschnittene Qualifizierungs­veranstaltungen ermöglichen den Graduierten, sich in ihrem Forschungsgebiet weiterzubilden und gleichzeitig das bei dieser Thematik unverzichtbare, transdisziplinäre Grundlagenwissen anderer beteiligter Disziplinen zu erwerben.

 

Projektziele und Methoden

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Die Betriebsstrategie teilweiser oder vollständig elektrifizierter Fahrzeuge bestimmt maßgeblich deren Energieeffizienz, die Lebensdauer der Antriebstrangkomponenten sowie den Fahrkomfort. Für eine hohe Energieeffizienz und lange Lebensdauer der Antriebstrangkomponenten ist eine auf das Energieversorgungsmodul abgestimmte, schonende Betriebsweise essentiell. Die Entwicklung solcher Betriebsstrategien sowie passender Co-Simulations- und Testplattformen ist das wesentliche Ziel unseres Interaktionsfelds innerhalb von mobilEM.

Ausgehend von den Ergebnissen der abgeschlossenen Förderperiode sollen Betriebsstrategien entwickelt werden, die effizient zukünftige Ereignisse prädizieren, indem Informationen des umliegenden Verkehrs und der Infrastruktur fester Bestandteil der Betriebsstrategie werden. Weiterhin sollen Fahrereingriffe berücksichtigt werden können, indem stochastische Teilmodelle integriert werden. Statt alleinstehender modellbasierter prädiktiver Regelungen wird die vernetzte modellbasierte prädiktive Regelung genutzt und derart weiterentwickelt, dass stochastische Einflüsse bei der Berechnung der optimalen Stellgröße berücksichtigt werden. Um ganzheitliche Betriebsstrategien von den Komponenten bis hin zum Gesamtsystem im verkehrlichen Kontext zu erzielen, werden die vorhandenen Verfahren mit verbesserten, echtzeitfähigen Modellen ausgestattet. Dabei steht in dieser Förderperiode die Ableitung reduzierter dynamischer Modelle der Brennstoffzelle, die die elektrischen und thermischen Eigenschaften abbilden können, im Fokus. Hierzu werden gemeinsam mit den Mitkollegiaten die für den energetisch optimalen Betrieb wesentlichen Eigenschaften bestimmt und in reduzierte, echtzeitfähige Modelle überführt. Es wird angestrebt die entwickelten Betriebsstrategien anhand detaillierter Komponentenmodelle in Co-Simulationen zu validieren und im Anschluss an innovativen Prüfständen unter realitätsnahen Bedingungen und im realen Fahrzeug in Echtzeit zu erproben.

 

Projektpartner

RWTH Aachen, ISEA -Institut für Stromrichtertechnik und elektrische Antriebe RWTH Aachen, IKA - Institut für Kraftfahrzeuge RWTH Aachen, IEM - Institut für Elektrische Maschinen Universität Duisburg-Essen, Institut für Energietechnik RWTH Aachen, WSA - Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung RWTH Aachen, vka - Lehrstuhl für Verbrennungskraftmaschinen RWTH Aachen, itv - Institut für Technische Verbrennung RWTH Aachen, IAC - Institut für Anorganische Chemie