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Schwerpunkte

Einleitung

Die Elektromobilität ist ein Forschungsgebiet mit stark interdisziplinärem Charakter. Die Forschung erfordert entsprechend einen systemischen Ansatz durch Integration von Fahrzeug-, Energie- und Verkehrstechnik. Die Forschungsaktivitäten der Juniorprofessor folgen diesem systemischen Ansatz. Forschungsschwerpunkte sind dabei die Netzintegration von und das Energiemanagement in Elektro- und Hybridfahrzeugen.

Netzintegration von Elektro- und Hybridfahrzeugen

Elektrische Energiesysteme unterliegen derzeit substantiellen Veränderungen. Die Energieerzeugung geht zunehmend über von wenigen großen zentralen konventionellen Erzeugern zu vielen kleinen dezentralen regenerativen Erzeugern. Der volatile und dezentrale Charakter der regenerativen Energiequellen erfordert grundlegend neue Methoden und Komponenten für die Netzregelung und den Netzbetrieb. Elektro- und Hybridfahrzeuge können als mobile Energiespeicher hier einen erheblichen Beitrag leisten. Durch koordiniertes Laden und perspektivisch Entladen der Fahrzeugbatterien können gezielt Systemdienstleistungen zur Frequenz- und Spannungshaltung bereitgestellt werden. Zudem kann die Ladeinfrastruktur für Elektro- und Hybridfahrzeuge zur Blindleistungskompensation und Oberschwingungsfilterung genutzt werden, wodurch wesentlich zur Netzstabilisierung und -konditionierung insbesondere in Niederspannungsnetzen beigetragen werden kann. Elektro- und Hybridfahrzeuge haben somit eine wichtige Rolle für eine effiziente und zuverlässige Energieversorgung.

Eine zentrale wissenschaftliche Herausforderung bei der Netzintegration von Elektro- und Hybridfahrzeugen sowie anderen dezentralen Erzeugern und Lasten ist die hohe Systemkomplexität. Die enorme Anzahl, die starke Volatilität und die hohe Dynamik der Komponenten erfordern essentiell neue Koordinationsmechanismen. Hier setzt die Forschung der Juniorprofessur an. Ziel sind verteilte und hierarchische Regelungsmethoden für die Netzregelung und den Netzbetrieb unter Integration von Elektro- und Hybridfahrzeugen sowie anderen dezentralen Erzeugern und Lasten. Untersucht werden insbesondere Methoden für eine

  • vernetzte Frequenz- und Spannungshaltung,
  • koordinierte Blindleistungskompensation und Oberschwingungsfilterung und
  • verteilte Leistungsflussoptimierung.

Hierzu werden verteilte und hierarchische modellprädiktive Regelungsmethoden entwickelt und experimentell evaluiert. Basis hierfür sind verteilte Optimierungsverfahren und spieltheoretische Methoden. Derartige Ansätze erfahren – insbesondere auch im Kontext von Cyber-Physical Systems – seit einigen Jahren ein erhebliches Interesse in der Wissenschaftsgemeinde. Ergänzend werden die Netzplanung für das Laden von Elektrofahrzeugen unter Berücksichtigung von energetischen und verkehrlichen Aspekten sowie die Netzrückwirkungen durch das Laden von Elektrofahrzeugen untersucht.

Energiemanagement in Elektro- und Hybridfahrzeugen

Eine nachhaltige Mobilität erfordert einen effizienten Umgang mit der Energie. Schlüsseltechnologie hierfür ist ein ganzheitliches Energiemanagement in Elektro- und Hybridfahrzeugen. Das Energiemanagement koordiniert die Leistungsflüsse zwischen Energiespeichern, Antriebsaggregaten und Nebenaggregaten derart, dass der Energiebedarf unter Berücksichtigung von Fahrervorgaben, Komfortwünschen und Sicherheitsanforderungen und unter Beachtung von geographischen, verkehrlichen und meteorologischen Umgebungsbedingungen minimiert wird. Während die Forschung zur Batterie- und Antriebstechnologie im industriellen und akademischen Bereich in den letzten Jahren stark vorangetrieben wurde, steht die Forschung zum Energiemanagement noch nicht Mittelpunkt. Hier setzt die Juniorprofessur an. Ziel ist die Entwicklung innovativer Energiemanagementsysteme für Elektro- und Hybridfahrzeuge. Die Schwerpunkte liegen dabei auf der

  • Entwicklung von Energiemanagementsystemen für Plug-In-Hybridfahrzeuge,
  • Entwicklung von Assistenzsystemen für ein energieeffizientes Fahren (basierend auf optischem, akustischem und haptischem Feedback),
  • Integration von Prädiktionen basierend auf Geodaten, Verkehrsdaten und Wetterdaten,
  • Integration eines Thermomanagements,
  • Integration neuartiger Energiespeicher (mechanische, hydraulische und pneumatische Speicher, Superkondensatoren),
  • Integration neuartiger Rekuperatoren (rekuperative Fahrwerkselemente, rekuperative Kraftheber in Nutzfahrzeugen, Thermogeneratoren).

Grundlage hierfür sind modellprädiktive Regelungsmethoden. Hier sind insbesondere robuste und stochastische Methoden zu entwickeln, um mit Prädiktions- und Parameterunsicherheiten umzugehen. Ferner werden explizite und schnelle Methoden untersucht, die eine echtzeitfähige und kosteneffiziente Implementierung erlauben.

Ein besonderer Fokus liegt auf Energiemanagementsystemen für elektrifizierte und hybridisierte Nutzfahrzeuge. Aufgrund definierter Arbeitsprozesse, z. B. Einsatzpläne bei Land- und Baumaschinen, Fahrpläne bei Stadtbussen sowie Routenpläne bei Sonderfahrzeugen wie Abfallsammelfahrzeugen, besteht bei Nutzfahrzeugen ein besonders hohes Potential für ein prädiktives Energiemanagement.

Projekte

Die Forschungsschwerpunkte sollen in den nächsten Jahren sukzessive erweitert werden. Für Projektideen sind wir jederzeit offen. Sprechen Sie uns gerne an.