Forschung

Ladelösungen für die Elektromobilität und entsprechende Ladestationen sind derzeit noch durch zu hohe Kosten und eine noch unzureichende Integrierbarkeit in das sich dynamisch wandelnde Energiesystem geprägt. Ziel des Verbundvorhabens ist daher die interoperable und netzdienliche Systemintegration und deutliche Kostenreduktion bei gleichzeitiger Verbesserung der Zuverlässigkeit und Sicherstellung aller aktuell und zukünftig relevanten Funktionalitäten, Zukunftsfähigkeit, Sicherheit (insb. Cyber-Security), Effizienz und ressourcenschonender langer Lebensdauern.
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Der Anteil elektrischer NFZs hat sich z.B. im Jahr 2018 gegenüber 2017 fast verdoppelt, ist aber zum größten Teil der Klasse kleiner 3,5 Tonnen zuzuordnen. Die Klasse 3,5 bis 7 Tonnen basiert derzeit noch fast ausschließlich auf Verbrennungsmotoren. Ein wesentlicher Grund hierfür ist das fehlende Angebot, insbesondere auch von deutschen Automobilherstellern, von technisch geeigneten Fahrzeugen. Hürden sind technisch die nutzfahrzeugspezifischen hohen Anforderungsprofile, wirtschaftlich die vergleichsweise geringen Stückzahlen und damit verbunden, große Entwicklungsaufwendungen mit dem zeitlichen Problem der rechtzeitigen Markteinführung. Der Ansatz in diesem Forschungsprojekt ist, den Einsatz bestehender E-Maschinen, z.B. aus dem PKW-Sektor, für leichte LKWs zu ermöglichen.
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Das Projekt zielt auf den Aufbau eines diversifizierten und intelligenten Ladeinfrastruktursystems für Elektrofahrzeuge zur Sicherstellung des operativen Ladens einer Fahrzeugflotte, die durch eine sehr hohe Dichte an Elektrofahrzeugen neuester Generation gekennzeichnet ist. Dadurch kann eine Mobilitätssituation abgebildet werden, wie sie etwa im Jahre 2035 existieren wird. Wechselwirkungen zwischen einer diversifizierten Ladeinfrastruktur, weiterentwickelten Elektrofahrzeugen und intelligentem Lademanagement können in der Praxis so frühzeitig erfasst, analysiert und optimiert werden.
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Aufgrund der begrenzten Energieressourcen und des global wachsenden Individualverkehrs werden neue energieeffiziente und wirtschaftliche Antriebskonzepte benötigt. Derzeit bieten elektrische Antriebe aufgrund des hohen Wirkungsgrads genau diese technischen Eigenschaften. Um die Vorteile nutzen zu können, muss der Elektromotor für seinen Anwendungsfall optimal ausgelegt werden. Heutige Elektromotoren für Traktionsantriebe müssen bis an ihre Leistungs- und Materialgrenze optimiert werden und ein breites Feld an Anforderungen erfüllen.

Ziel des Forschungsprojekts NeWwire ist die Entwicklung und Auslegung eines neuartigen Wickelverfahrens zur automatisierten Fertigung von Elektromotoren im Hochleistungsbereich für den automobilen Einsatz.
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Die begrenzte Reichweite elektrischer Fahrzeuge sowie die erheblichen Herstellungskosten von Batterien fordern ein effizientes Haushalten mit der gespeicherten Energie im Fahrzeug.
Im Rahmen des Verbundprojektes VerfaS, Verfahrensoptimierung zur Steigerung der Energieeffizienz von Elektroantrieben, werden Methodiken entwickelt, die zur Wirkungsgradsteigerung des elektrischen Antriebsstranges beitragen.
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Ziel des Kooperationsprojektes „Forschung für eine prädiktive Diagnose von elektrischen Maschinen in Fahrzeugantrieben“ ist die Erforschung einer wissenschaftlichen methodischen Basis für die frühzeitige Erkennung von Fehlermodi der elektrischen Maschine im Gesamtsystem Fahrzeug.
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Im Schwerpunkt Energiebordnetz wird das Forschungsprojekt Entwicklung und Optimierung der Bordnetzarchitekturen mit der Berücksichtigung der Hochleistungsverbraucher durchgeführt.
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Im Rahmen des Projektes wird das thermische Verhalten von elektrischen Fahrzeugbordnetzen untersucht. Hierzu wird eine neue Messmethode entwickelt, welche es ermöglicht die realen Leiter- und Isolationstemperaturen der Leitungen im elektrischen Fahrzeugbordnetz zu ermitteln.
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Durch Kontaktfehler in Gleichstromkreisen kann es zum Verlassen des erlaubten Betriebsbereichs (z.B. Überhitzung) der betroffenen Komponenten  (Leitungen, Stecker etc.) oder ihrer Umgebung bis hin zur Lichtbogen-Bildung kommen, die neben einem Funktionsausfall hohe Schäden an der Kontaktstelle verursachen kann. Je nach Fehlergrad kann es dabei bis zur Entwicklung eines Schwelbrandes oder sogar zu einem offenen Feuer kommen.
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Im Rahmen des Projektes wird ein Prüfstand für Kfz-Bordnetze aufgebaut, der eine Untersuchung der elektrischen Energie- und Signalverteilung erlaubt. Innerhalb des Prüfstandes werden alle Aktoren und Sensoren außerhalb ihrer ursprünglichen Umgebung durch einen Echtzeitrechner angesteuert.
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Die zunehmende Marktdurchdringung der Elektromobilität und die damit wachsenden Stückzahlen führen dazu, dass der Materialaufwand für zentrale Komponenten in elektrischen Maschinen, wie z.B. Magnete, und die Energieeffizienz von elektrischen Maschinen sowohl ökonomisch wie ökologisch kritisch werden und sich die Fähigkeit, diese zu optimieren, als hochgradig wettbewerbsrelevant erweist.

Ziel des Verbundvorhabens KITE ist es hocheffiziente Motortopologien für elektrische Antriebsmaschinen zu entwickeln.
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Das Ziel des Verbundvorhaben eBoosT ist es, die zum Teil sehr divergierenden Kundenanforderungen im LKW-Sektor mit einem elektrischen, wettbewerbsfähigen Antriebskonzept zu befriedigen. Hierbei wird eine hochintegrierte, für den Dauerbetrieb hocheffizient ausgelegte Antriebseinheit, mit einer für die Lastspitzen ausgelegten zweiten Boost-Antriebseinheit optimal kombiniert.
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Ein wichtiger Aspekt für die Nutzung elektrisch leitfähig modifizierter Kunststoffe ist deren Kontaktierung. Neben Verfahren, die nachträglich eine Kontaktierung herstellen (z.B. Aufklemmen oder Einschmelzen von Kontakten) bestehen auch zahlreiche prozessintegrierte Methoden. Hervorzuheben ist hier sicher das Spritzgießen, aber auch die Einbindung über andere gängige Urform-, Umform- und Fügeverfahren ist denkbar.

Ziel des Vorhabens ist es, ein Modell zur Beschreibung des elektrischen Kontaktwiderstandes an der Grenzfläche zwischen elektrisch leitfähig modifizierten Kunststoffen und metallischen Kon­takten, in Abhängigkeit der Parameter des Grenzflächenübergangs sowie der Kunststoffrandschichten, zu entwickeln, dieses zu quantifizieren und im Rahmen von realitätsnahen Fertigungs­prozessen zu valideren.
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Moderne Prüfstände für die experimentelle Validierung liefern extrem große, meist zeitbasierte und in der Regel heterogene Datenmengen, deren Verarbeitung und vor allem deren Auswertung mit konventionellen wissensbasierten Methoden allumfassend kaum oder, aufgrund der Größe und Komplexität, gar nicht möglich sind. Im Besonderen noch nicht bekannte Zusammenhänge und Fehlermodelle entziehen sich so der Analyse. Für den Einsatz von KI-Methoden, z. B. aus dem Bereich des Deep Learning, bietet sich hier eine außerordentlich interessante, noch wenig erforschte und vor allem zukunftsrelevante Anwendung.
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Ziel des Verbundvorhabens ist es, neue Bordnetzkonzepte für künftige automatisierte Fahrzeuge zu entwerfen und zu demonstrieren, die die Zuverlässigkeit der Energie- und Signalverteilung sicherstellen.
Für die sichere Energieversorgung sieht das Konzept ein prädiktives Leistungsmanagement vor, welches die neuen autonomen Fahrfunktionen für die Voraussage der zu erwartenden Leistungsanforderungen nutzt. Auf diese Weise werden sicherheitskritische Zustände antizipiert und über vorzeitig eingeleitete Maßnahmen kompensiert.
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Bislang kommen bei der Entwicklung neuer elektrischer Antriebe in der Regel standardisierte Magnetgeometrien zum Einsatz. Die Anordnung der Magnete erfolgt in bestimmten, bekannten Mustern wie beispielsweise einem Stapelaufbau oder einer Magnet-V-Anordnung. Die Auslegung basiert damit auf erfahrungsbasierten intuitiven Mustern. Um alle Anforderungen an Performance, Effizienz, Akustik und mechanischer Festigkeit zu erfüllen sind aufwändige Iterationsschleifen notwendig, wobei in den bislang bekannten Anordnungen das Magnetmaterial nicht homogen ausgenutzt wird.
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Teilautonome Elektrofahrzeuge für umwelt- und tourismusfreundliche Mobilität

Mit dem Elektrofahrzeug im Park unterwegs sein, teilautonom zum gewünschten Ziel gebracht werden und dabei aktuelle Informationen erhalten: Das ist Ziel eines vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekts an der Universität Kassel.
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Die Architektur von Bordnetzen in Fahrzeugen entsteht heute weitgehend evolutionär, in dem neue oder weiterentwickelte Fahrzeug-Elektrik/Elektronik-Systeme in das Aufbaukonzept, Fertigungskonzept und Logistikkonzept vorhandener Bordnetzarchitekturen aus Vorgänger- Fahrzeugen integriert werden. Die heutigen Randbedingungen für die Entwicklung von Bordnetzarchitekturen erfordern neue Methoden bei der Entwicklung von Bordnetzarchitekturen, die Bordnetz und Elektrik/Elektronik als eine Einheit betrachten und somit den Weg zu einem globalen Optimum der Elektrik-Architektur im Gegensatz zu den heutigen Methoden öffnen.
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