Elektromobilität in NRW - ein Überblick der Förderprojekte Tagungsband 1. Kompetenztreffen, Zeche Zollverein, 27.11.2012
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Elektromobilität in NRW
ein Überblick der Förderprojekte
Tagungsband
1. Kompetenztreffen, Zeche Zollverein, 27.11.2012
www.elektromobilitaet.nrw.de
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Grußwort
Klima schonende Mobilität
der Zukunft
Elektromobilität ist – so sie mit Strom aus erneuerbaren Energien betrieben wird – die Klima schonende Mobilität der
Zukunft. Das Land NRW fördert die Forschung und Entwicklung der Elektromobilität bereits seit mehreren Jahren mit
eigenen Programmen. Darüber hinaus unterstützen weitere Fördergeber Projekte im Bereich der Elektromobilität hier
in Nordrhein-Westfalen. Ein hervorragendes Beispiel dafür sind die Projekte der Modellregion Rhein-Ruhr.
Die Landesregierung bündelt die Aktivitäten zur Umsetzung des Masterplans Elektromobilität unter dem Label
ElektroMobilität NRW, einem Verbund von Projektträger ETN (Forschungszentrum Jülich), EnergieAgentur.NRW,
AutoCluster.NRW sowie den „NRW-Kompetenzzentren Elektromobilität“ für Batterietechnik, Fahrzeugtechnik sowie
Infrastruktur & Netze.
Diese Broschüre bietet nun die Gelegenheit, sich einen Überblick über den Stand von Forschung und Entwicklung
in Sachen Elektromobilität in NRW zu verschaffen und sich erneut von der Innovationskraft unseres Landes beein
drucken zu lassen.
Ich wünsche Ihnen informative Einblicke
Garrelt Duin
Minister für Wirtschaft, Energie, Industrie, Mittelstand und
Handwerk des Landes Nordrhein-Westfalen
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Vorwort
Die NRW-Kompetenzzentren Elektromobilität
Die Landesregierung Nordrhein-Westfalen setzt sich seit vielen Jahren für die Weiterentwicklung der Elektro
mobilität ein. Ziel ist es, vermehrt umwelt- und klimafreundliche Elektroautos in das alltägliche Straßenbild zu
integrieren. Die teilweise bzw. vollständige Elektrifizierung des Antriebsstranges bietet ein großes Potenzial, die
Effizienz der Fahrzeuge weiter zu verbessern, lokale Emissionen von Schadstoffen, Treibhausgasen und Lärm
zu verringern und die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern im Verkehrssektor zu mindern.
Nordrhein-Westfalen ist auf Grund der hier vertretenen Unternehmen ein wichtiger Automobilstandort und zudem
Deutschlands Energieregion Nummer eins! NRW ist zudem Heimat einer Vielzahl hervorragender Universitäten
und weiterer Forschungseinrichtungen. Dies alles sind beste Voraussetzungen, um bei der Weiterentwicklung der
Elektromobilität in Deutschland eine Spitzenposition einzunehmen.
Deshalb unterstützt die Landesregierung speziell Forschung & Entwicklung im Bereich der Elektromobilität z
wischen
2009 und 2015 mit über 100 Mio. €. So wurden die Ziel2-Förderwettbewerbe ElektroMobil.NRW 1+2 initiiert, des-
sen Projekte in dieser Broschüre vorgestellt werden. Weiterhin wurden mit Unterstützung der Landesregierung die
NRW-Kompetenzzentren Elektromobilität etabliert. Sie koordinieren die F&E-Aktivitäten in den drei übergeordne-
ten Themenbereichen Batterie, Fahrzeugtechnik sowie Infrastruktur & Netze. Ziel der Arbeit der Kompetenzzentren
ist es, die landesweiten Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten für Elektromobilität zu vernetzen und als zentrale
Anlaufstellen für die Partner in Forschung und Industrie zur Verfügung zu stehen, um Synergien zu fördern. Die Zen-
tren stehen für höhere Transparenz sowie eine größere öffentliche Sichtbarkeit von Forschungsergebnissen und För-
derprojekten im nationalen und internationalen Kontext.
Diese Broschüre bietet Ihnen einen Überblick über derzeit laufende Förderprojekte der Elektromobilität in NRW.
Als NRW-Kompetenzzentren Elektromobilität freuen wir uns auf die Zusammenarbeit mit Ihnen und darauf,
gemeinsam mit Ihnen die Zukunft der Elektromobilität in Nordrhein-Westfalen zu gestalten.
Dr.-Ing. Matthias Dürr
NRW-Kompetenzzentren Elektromobilität
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Vorwort
Demonstration von Elektromobilität in NRW –
die Modellregion Rhein-Ruhr
Unter dem Label „Modellregion für Elektromobilität Rhein-Ruhr“ wurden Anfang 2009 Projekte für eine zukunfts
fähige Mobilität gestartet. Seit Ende 2011 befindet sich das Programm in einer zweiten Phase. Im Rahmen dieser
Projekte werden Fahrzeuge, Infrastruktur und Geschäftsmodelle erprobt.
Die Bundesregierung fördert das Programm „Modellregionen Elektromobilität“ in Deutschland. Acht deutsche
Modellregion Rhein-Ruhr wurden seit 2009 durch das Bundesministerium für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung
(BMVBS) gefördert. Koordiniert werden die Modellregionen Elektromobilität von der NOW GmbH Nationale Organi-
sation Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie. Die regionale Projektleitstelle der Modellregion Rhein-Ruhr wird
von der EnergieAgentur.NRW gestellt.
In Ergänzung zu den umfassenden Aktivitäten des Landes im Rahmen der Forschung und Entwicklung der Elektro-
mobilität bilden die Demonstrationsvorhaben eine ideale Ergänzung und runden die umfassenden Aktivitäten des
Landes NRW ab.
Gleichzeitig werden hierdurch idealerweise Landes- und Bundesmittel aufeinander abgestimmt. Erkenntnisse und
Ergebnisse aus den Forschungsvorhaben fließen in die Konzeption neuer Demonstrationsvorhaben der Modellregion
ein und umgekehrt profitieren neue Forschungs- und Entwicklungsvorhaben in den Landeswettbewerben von den
praktischen Ergebnissen der Demonstrationsprojekte.
Diese Kombination aus Landes- und Bundesprogrammen führt dazu, dass NRW heute eine Schlüsselrolle in der
Elektromobilität einnimmt.
NRW ist mit elf Projekten an der Phase II beteiligt. Das bedeutet, dass rund 450 neue Elektro-Fahrzeuge in verschie
denen Anwendungen sichtbar auf die Straßen kommen und ca. 400 weitere Ladepunkte zur Verfügung stehen
werden. Mit den hier gezeigten Projekten hat NRW ein starkes Fundament für die zweite Phase des Modellregio-
nenprogramms gelegt. Die Modellregionsprojekte werden bei der Suche nach und Umsetzung von Konzepten Klima
schonender Mobilität auch weiterhin eine wichtige Rolle spielen.
Dr. Andreas Ziolek
Leiter der Projektleitstelle
Modellregion Elektromobilität Rhein-Ruhr
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Inhaltsverzeichnis
Seite
NRW-Kompetenzzentrum Batterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
NRW-Kompetenzzentrum Fahrzeugtechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
NRW-Kompetenzzentrum Infrastruktur & Netze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Förderung von Forschung & Entwicklung der Elektromobilität durch das Land NRW . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
Projekte aus dem Bereich Batterie
Das MEET-Batterieforschungszentrum an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster . . . . . . . 18
Neuartige kostengünstige mikroporöse Separatorfolien für Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . 19
Entwicklung von Lithium-Ionen-Zellen für kleine Nutzfahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Grundlegende Entwicklung automatischer Anlagen zur Herstellung leistungsfähiger
Batterien aus großen Lithium-Ionen-Einzelzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Gestaltung einer durchgängigen Produktionsstruktur für die Fertigung von
Lithium-Ionen-Batteriezellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Hocheffizienter Energiespeicher in Zink-Luft-Technologie für Elektroautos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Toolbox Speichersysteme – Umgebung zur effizienten Entwicklung und Fahrzeugintegration
von Speichersystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Projekte aus dem Bereich Fahrzeugtechnik
Bomobil – Entwicklung und Bau eines serientauglichen Elektrokleintransporters . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
E4x4 – Erforschung eines Elektroantriebs mit 4 E-Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
H2-Li-Bus NRW – Large Scale Lithium Battery Systems for Fuel Cell Hybrid Electrical Busses . . . . . . . . 27
BREEZE! – Brennstoffzellen Range-Extender für Elektrofahrzeuge: Zero Emissions! . . . . . . . . . . . . . . 28
KERME – Skalierbarer und modularer Antriebsstrang für Elektrofahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Entwicklung, Darstellung und Erprobung einer kostenbewussten und optimierten Antriebs-
kombination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
BOdrive – Entwicklung und Bau eines dezentralen elektrischen Antriebstranges . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Alternative Antriebstechnik für die automobile Zukunft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
qOpt – Optimierter Betrieb von Latentwärmespeichern in Elektrofahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
INGENEV – Integriertes und generisches Energiemanagement für Hybrid-, Plug-in- und
Elektrofahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Simulationsgestützter Entwurf für Elektrofahrzeuge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
eVchain.NRW – Modellierung der zukünftigen elektromobilien Wertschöpfungskette . . . . . . . . . . . . . 36
eLab – Elektromobilitätslabor, Forschungs- und Kompetenzzentrum für Elektromobilität . . . . . . . . . 37
Projekte aus dem Bereich Infrastruktur & Netze sowie Geschäftsmodelle, Demonstrationsprojekte
TIE-IN – Technologie- und Innovationsplattform für interoperable Elektromobilität,
Infrastruktur und Netze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
ZAESAR – Zuverlässige Anbindung von Elektrofahrzeugen in zukünftigen Smart Home
Infrastrukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
ZABENEM – Zahlungsbereitschaft von Bauherren von Energieplus- und Niedrigenergie-
häusern für integrierte Elektromobilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
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Seite
SMART EM – Domänenübergreifende Simulation von Marktmodellen für eine effektive
Elektromobilitätsinfrastruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
EC2Go – Das ideale eCarsharing-Mobilitätskonzept für urbane Regionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Veränderte Geschäftsmodelle im Übergang zur Elektromobilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
NiVVE – Nutzfahrzeuge im Vergleich: Verbrennungs- vs Elektromotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Pfleg!E-mobil – Elektromobilität im Anwendungskontext: Verbesserung der Markt-
gängigkeit von Elektrofahrzeugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Elektrisch Bewegt – Mobilitätsnetz Gesundheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
eDrivingSchool – Akzeptanzerhöhung und beschleunigte Markteinführung von Elektrofahrzeugen . 47
zemi-sec – Zero Emission Silent Electric Carriage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
elektrisch mobil owl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Die Modellregion Elektromobilität Rhein-Ruhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Regionale Projektleitstelle im Rahmen der Modellregion Elektromobilität Rhein-Ruhr . . . . . . . . . . . . . 52
NL/NRW: Internationalisierung Rhein-Ruhr-Niederlande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Kooperation NRW/Wuhan: Fortsetzung und Intensivierung des Informations- und Erfahrungs-
austauschs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
ELMO – Elektromobile Urbane Wirtschaftsverkehre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
LEM – Langstrecken-Elektromobilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
colognE-mobil II – Elektromobilitätslösungen für NRW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
E-Carflex Business . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
E-Mobility Ruhrmetropolen – Elektrofahrzeuge als Baustein intermodaler Mobilität . . . . . . . . . . . . . . 59
eMoVe – elektromobiler Mobilitätsverbund Aachen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Metropol-E – Elektromobilität Rhein-Ruhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
eMERGE – Wege zur Integration von Energie-, Fahrzeug-, Verkehrs- und Nutzer-
anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
EFBEL VRR – Erweiterte Forschungsbegleitung für den Einsatz von energieeffizienten
Linienbussen im Verkehrsverbund Rhein-Ruhr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Ausgewählte Förderprojekte des Bundes und des 7. EU-Forschungsrahmenprogramms . . . . . . . . . . . . . . 64
Li-Mobility – Erforschung der Grundlagen für Batteriemanagementalgorithmen . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
eProduction – Produktionsforschung zu Hochvoltspeichersystemen für die Elektro-
mobilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
NEmo – Netzintegration von Elektromobilität und regenerativen Einspeisern mit Hilfe
einer intelligenten Ortsnetzstation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Econnect germany . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
sms & charge – Zeitabhängiges Abrechnen von Ladevorgängen an öffentlichen und
halböffentlichen Ladepunkten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
SecMobil – Secure eMobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
O(SC)²ar – Open Service Cloud for the Smart Car . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
EM4EM – Elektromagnetische Zuverlässigkeit und elektronische Systeme für eMobility-
Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
open ECOSPhERE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
ENEVATE – European Network of Electric Vehicles and Transferring Expertise. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Register der Förderprojekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Bildquellennachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
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NRW-Kompetenzzentrum Batterie
Mobil und stationär – Batterien als Energiespeicher der Zukunft
Energie – nicht greifbar, unsichtbar und trotzdem unabdingbar für Leben und Fortschritt – lange schien sie unendlich
verfügbar. Doch vor dem Hintergrund endlicher Ressourcen und dem gleichzeitig weltweit steigenden Konsum ist
es von entscheidender Bedeutung, sie klimafreundlich zu erzeugen und effizient zu nutzen. Die Frage nach der Ener-
giespeicherung spielt dabei eine zentrale Rolle. Das Kompetenzzentrum Batterie setzt auf elektrochemische Ener-
giespeicher, für sowohl mobile als auch stationäre Anwendungen. So steht und fällt der Ausbau der Elektromobilität
mit der Entwicklung von leistungsfähigen und kostengünstigen Batterien. Genauso werden innovative Speichertech-
nologien benötigt, um Energieerzeugung und -nutzung zeitlich zu synchronisieren – ein Problem, das es vor allem
hinsichtlich der schwankenden Verfügbarkeit erneuerbarer Energie zu lösen gilt. Hierbei sind Batterien sowohl für
große, stationäre Anlagen als auch für kleine, dezentrale Einrichtungen im eigenen Haus das ideale Speichermedium.
Das Kompetenzzentrum Batterie unter der Leitung von Prof. Dr. Martin Winter am MEET Batterieforschungszentrum
der Westfälischen Wilhelms-Universität führt als zentraler Nukleus wissenschaftliche Grundlagenforschung und in-
dustrielle Anwendungen in Nordrhein-Westfalen zusammen.
Dr. Adrienne Hammerschmidt
Projektträger ETN, Forschungszentrum Jülich
Sitz: MEET Batterieforschungszentrum Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Corrensstraße 46
48149 Münster
Tel.: +49 251 83-36756
E-Mail: batterie@elektromobilitaet.nrw.de
10Univ.-Prof. Dr. Martin Winter
Leiter NRW-Kompetenzzentrum Batterie
Direktor MEET Batterieforschungszentrum
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Forschungsschwerpunkte: Der Chemiker Martin Winter arbeitet und forscht seit mehr als 20 Jahren im Bereich der
elektrochemischen Energiespeicherung und Energiewandlung. Sein Fokus liegt auf der Entwicklung neuer Materiali-
en, Komponenten und Zelldesigns für Superkondensatoren und Lithium-Ionen Batterien. Derzeit hält Martin Winter
eine Stiftungsprofessur für Angewandte Materialwissenschaften zur elektrochemischen Energiespeicherung und
Energiewandlung am Institut für Physikalische Chemie der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) Münster, ge-
sponsert von Volkswagen AG, Evonik Industries AG und Chemetall GmbH.
Kurzvita
1993: Studium der Chemie an der Universität Münster
1995: Promotion in den Naturwissenschaften (Prof. Jürgen Besenhard),
Post-Doc im Paul Scherrer Institute, Villigen (Schweiz)
1996: Post-Doctoral Lecture Qualifikation am Institut für Chemische Technologie von Materialien an der Uni-
versität in Graz (Österreich)
1999: Habilitation
2007: Universitäts-Professor und Leiter des Institut für Chemische Technologie von Materialien an der Univer-
sität in Graz ( Österreich)
Seit 2008: Stiftungsprofessur für ‚Angewandte Materialwissenschaften zur elektrochemischen Energiespeicherung
und Energiewandlung‘ am Institut für Physikalische Chemie,
WWU Münster
MEET Batterieforschungszentrum
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
Corrensstraße 46
48149 Münster
Tel.: +49 251 83-36031
E-Mail: martin.winter@uni-muenster.de
11NRW-Kompetenzzentrum Fahrzeugtechnik
Fahrzeugkonzept SpeedE, Institut für Kraftfahrzeuge
der RWTH Aachen University
Antrieb, Leichtbau und Fahrzeugintegration für Elektromobilität
Das NRW-Kompetenzzentrum Fahrzeugtechnik widmet sich den drei in der nationalen Plattform Elektro
mobilität benannten Leuchttürmen Antriebstechnologie, Leichtbau und Fahrzeugintegration.
Die Forschung zu alternativen Antrieben erstreckt sich von Plug-in Hybridkonzepten über innovative elek
trische Antriebskonzepte bis hin zu Range-Extendern auf Basis von Verbrennungskraftmaschinen und Brenn-
stoffzellen. Der Leichtbau stellt einen wesentlichen Stellhebel zur Reduktion der Fahrwiderstände dar und
nutzt das Potential aller Werkstoffklassen in Verbindung mit unterschiedlichen Bauweisen und innovativen
Fügetechniken. Die Fahrzeugintegration von elektrischen Komponenten wirft nicht nur strukturmechanische
und sicherheitstechnische Fragestellungen auf, sondern wird auch elektrisch und thermodynamisch in aller
Tiefe behandelt. Schließlich bietet die logische Integration alternativer Antriebe ein hohes funktionales Poten-
tial, das sich in vorausschauenden Betriebsstrategien, effizienzsteigernden Fahrerassistenzsystemen sowie
fahrdynamischen Regelsystemen niederschlägt.
Letztlich stellt sich die Frage, welche Fahrzeugkonzepte und -klassen die Träger einer zukünftigen, stark ver-
netzten Mobilität sein werden. Während Zweiräder, Personenkraftwagen und Busse mit unterschiedlichsten
Antriebskonzepten die Mobilität von Personen sicher stellen, gilt es ebenso, hoch effiziente Fahrzeugkonzepte
für den Verteiler- und Fernverkehr von Gütern zu erforschen.
Das NRW-Kompetenzzentrum Fahrzeugtechnik bündelt die interdisziplinären Kompetenzen verschiedener
Hochschulen und Forschungseinrichtungen. Forschungsinfrastruktur und laufende Forschungsprojekte wer-
den transparent dargestellt und in Form einer Forschungs-Roadmap strukturiert und fortgeschrieben. Damit
stellt das NRW-Kompetenzzentrum Fahrzeugtechnik unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Lutz Eckstein an der
RWTH Aachen University die zentrale Anlaufstelle für zukunftsorientierte Forschungs- und Industriepartner im
Bereich Fahrzeugtechnik dar.
Petra Sieber, M.A.
Projektträger ETN, Forschungszentrum Jülich
Sitz: Institut für Kraftfahrzeuge RWTH Aachen University
Steinbachstr. 7
52074 Aachen
Tel.: +49 241 8861 108
E-Mail: fahrzeug@elektromobilitaet.nrw.de
12Univ.-Prof. Dr.-Ing. Lutz Eckstein
Leiter NRW-Kompetenzzentrum Fahrzeugtechnik
Direktor des Instituts für Kraftfahrzeuge
RWTH Aachen University
Prof. Dr.-Ing. Lutz Eckstein leitet seit Januar 2010 das Institut für Kraftfahrzeuge an der RWTH Aachen. Sein Forschungs-
ziel ist die Steigerung der Effizienz, der Sicherheit und des Fahrerlebnisses durch die integrative Gestaltung von Fahr-
werk, Karosserie, Antrieb, Elektronik und Fahrerassistenz. Speziell die Elektromobilität bildet seit vielen Jahren einen
zentralen Forschungsschwerpunkt am ika.
Nach seinem Studium des Maschinenbaus an der Universität Stuttgart promovierte Prof. Eckstein 2000 auf
dem Gebiet der Fahrzeugführung und -regelung zum Doktor-Ingenieur. Nach vier Jahren in der Fahrzeug
forschung der damaligen Daimler-Benz AG wechselte er in die Mercedes-Benz Pkw Entwicklung und leitete dort
von 2001 bis 2004 das Team Aktive Sicherheit, Fahrerassistenzsysteme. Anschließend wechselte Lutz Eck-
stein zu BMW und verantwortete dort das Anzeige- und Bedienkonzept sowie die Ergonomie aller Fahr
zeuge
der Marken BMW, MINI und Rolls-Royce. Im Oktober 2009 erhielt Prof. Eckstein seinen Ruf an die RWTH Aachen.
Kurzvita
1989 – 1995: Diplomstudium des Maschinenwesens an der Universität Stuttgart,
Schwerpunkte Kraftfahrzeuge und Verbrennungsmotoren
1995 – 2000 Promotion auf dem Gebiet der Fahrzeugführung und -regelung an der
Universität Stuttgart
1995 bis 1998 Doktorand in der Fahrzeugforschung der damaligen Daimler-Benz AG.
1998 bis 1999 Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Fahrzeugforschung der Daimler-Benz AG.
1999 bis 2001 Versuchsingenieur, Entwicklung Pkw, Fahrdynamik Grundlagen,
2001 bis 2004 Teamleiter Aktive Sicherheit Fahrerassistenzsysteme, Entwicklung Pkw,
DaimlerChrysler AG.
2005 bis 2009 Abteilungsleiter Anzeige- & Bedienkonzept und Ergonomie, BMW AG
seit 2010 Leitung des Instituts für Kraftfahrzeuge, RWTH Aachen University
Institut für Kraftfahrzeuge
RWTH Aachen University
Steinbachstraße 7
52074 Aachen
Tel.: +49 241 80 25600
E-Mail: office@ika.rwth-aachen.de
13NRW-Kompetenzzentrum Infrastruktur & Netze
Flexible Mobilität durch elektrische Energie
Um eine Flächendeckende Nutzung durch Elektrofahrzeuge zu erreichen, wird neben den Batterie- und Fahrzeug-
technischen Aspekten eine geeignete Ladeinfrastruktur benötigt. Diese Ladeinfrastruktur muss zum einen bereit-
gestellt, zum anderen aber auch in die Energieversorgungsstrukturen integriert werden. Hinzu kommt die Erstellung
neuer Abrechnungssysteme und Geschäftsmodelle um jedem Nutzer der Elektromobilität einen diskriminierungs-
freien Zugang zu den Ladepunkten garantieren zu können.
Das NRW-Kompetenzzentrum für Infrastruktur und Netze bündelt die Kompetenzen aller Partner dieses Betätigungs-
feldes für Elektromobilität in NRW und fungiert somit als „Drehscheibe“ für die Zusammenführung verschiedener
Partner aus unterschiedlichen Berufszweigen und als Öffentlichkeitsmultiplikator für alle aktuellen Themen rund um
das Thema Infrastruktur und Netze im Bereich Elektromobilität.
Die Koordinierungsstelle des NRW-Kompetenzzentrums für Infrastruktur & Netze befindet sich am ie3 – Institut für
Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft an der Technischen Universität in Dortmund unter L
eitung
von Prof. Dr. Christian Rehtanz.
Dipl.-Ing. Sven Spurmann
Projektträger ETN, Forschungszentrum Jülich
Sitz: ie3 – Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft
Technische Universität Dortmund
Emil-Figge-Straße 76
44227 Dortmund
Tel.: +49 231 755 9742 4130
E-Mail: infrastruktur@elektromobilitaet.nrw.de
14Univ.-Prof. Dr.-Ing. Christian Rehtanz
Leiter NRW-Kompetenzzentrum Infrastruktur & Netze
Leiter des ie3 – Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft
an der Technischen Universität Dortmund
Die Forschungsinteressen von Christian Rehtanz liegen im Bereich von Energiesystemen und -netzen. Seine Arbeits-
schwerpunkte umfassen die Stabilität und Analyse von Transport- und Verteilnetzen, die Integration neuer Kompo-
nenten wie z.B. leistungselektronischer Netzregler, Speicher oder Elektrofahrzeuge sowie die informationstechnische
Überwachung und Steuerung von Energienetzen. Systemtechnische Aspekte einschließlich der Energiemarktinteg-
ration stehen hierbei im Vordergrund.
Kurzvita
1989 – 1997: Studium der Elektrotechnik und Promotion an der Universität Dortmund
2002: Habilitation und Venia Legendi an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich,
Schweiz
2000 – 2002: Mitarbeiter, Gruppenleiter und Forschungsprogrammleiter bei ABB Corporate Research in Baden,
Schweiz
2003 – 2005: Entwicklungsleiter und Mitglied der Geschäftsleitung im Geschäftsgebiet „Power Systems“ bei ABB
in Zürich, Schweiz
2005 – 2007: Geschäftsführender Direktor (Vice President) von ABB China Ltd-Corporate Research in Peking,
China
2007 – 2011: Inhaber des Lehrstuhls für Energiesysteme und Energiewirtschaft an der Technischen Universität
Dortmund
seit 2011: Leiter des ie3 – Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft an der Techni-
schen Universität Dortmund
Ie3 – Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft
Technische Universität Dortmund
Emil-Figge-Straße 70
44227 Dortmund
Tel.: +49 231 755 2396
E-Mail: Christian.Rehtanz@tu-dortmund.de
15Förderung von Forschung & Entwicklung
der Elektromobilität durch das Land NRW
Das Land NRW hat die Bedeutung der Elektromobilität als Klima schonende Mobilität der Zukunft frühzeitig er-
kannt und fördert Forschung & Entwicklung in diesem Bereich seit mehreren Jahren mit zahlreichen Programmen.
Allein in den Jahren 2009 und 2010 wurden im Rahmen verschiedener Ziel2-Wettbewerbe (ElektroMobil.NRW 2009,
ElektroMobil.NRW 2010, Automotive+Produktion.NRW, Energie.NRW, EnergieForschung.NRW, CheK.NRW) landes-
weit hunderte Projektideen eingereicht, aus denen eine große Zahl konkreter Forschungs- und Entwicklungsvorhaben
hervorgegangen sind. Die Palette der Projekte im Bereich der Elektromobilität reicht dabei vom Bau individuell auf
die speziellen Anforderungen und Vorteile der Elektromobilität zugeschnittener Fahrzeuge über die Entwicklung fort-
geschrittener Batterien bis hin zu Entwürfen zukünftiger Verteilungs- und Abrechnungsszenarien, den Strom für die
Elektrofahrzeuge betreffend.
Speziell mit den beiden Förderwettbewerben ElektroMobil.NRW 2009 und ElektroMobil.NRW 2010 arbeitet das Land
Nordrhein-Westfalen darauf hin, die großen Potenziale nutzbar zu machen, die sich für den Standort und die Wert-
schöpfung im Land durch die Elektromobilität ergeben. Es werden ein innovationsförderndes Klima sowie Rahmen
bedingungen geschaffen, die es erlauben, Wissen schneller in marktfähige Produkte umzusetzen und die Technolo-
gie- und Marktführerschaft zu sichern bzw. weiter auszubauen.
Die Forschung- und Entwicklungsvorhaben sowie die Infrastrukturmaßnahmen, die mit diesem Wettbewerb bereits
initiiert wurden und zukünftig noch werden, tragen dazu bei, Prozesse zu verbessern und innovative Produkte im
Bereich der Elektromobilität zu generieren. Der Transfergedanke aus der Forschung in die Industrie wird gestärkt und
das Innovationspotenzial gerade von kleinen und mittleren Unternehmen verbessert.
Auf den folgenden Seiten stellen wir Ihnen NRW-/EFRE-geförderte Ziel2-Projekte vor.
16Projekte der Elektromobilität aus den
Ziel2-Wettbewerben des Landes NRW
17Das MEET-Batterieforschungszentrum an der
Westfälischen Wilhelms-Universität Münster als
idealer Standort für Batterieforschung
Das Batterieforschungszentrum MEET (Münster Elec- Technikum. Von der Synthese von Energiespeicher-
trochemical Energy Technology) an der Universität materialien über „Coating“ unter reinraumähnlichen
Münster erfreut sich bereits einer hohen regionalen, Bedingungen und „Assembly“ in zwei Batterielinien
nationalen und internationalen Anerkennung. Inner- zur Herstellung von Rund- und Flachzellen in zwei
halb der Wertschöpfungskette vom Material bis zur High-Tech Trockenräumen bis hin zur Untersuchung
Batterie in der Anwendung konzentriert sich MEET und Testung der Zellen und Komponenten in 1500 Nie-
auf die ersten drei Wertschöpfungsstufen Material, derstrom- sowie 20 Hochstrom-Zyklisierkanälen liegt
Komponenten, Zellfertigung und Zelldesign. Mit Prof. hier das Fundament für anspruchsvolle experimentelle
Dr. Martin Winter und Prof. Dr. Stefano Passerini ist Batterieforschung. Zur Analytik elektrochemischer
hier ein in Deutschland unvergleichbares Know-how in Fragestellungen verfügt MEET über hochmoderne
Batteriewissenschaften und -Technologie konzentriert. chromatographische, thermoanalytische, spektrosko-
Mit ca. 100 Wissenschaftlern (darunter drei Nach- pische, spektrometrische und bildgebende Verfahren
wuchsforschergruppen) und einem über die Landes- einschließlich von hochausgestattetem SEM, XRD und
grenzen bekannten Mastermodul „Elektrochemische XPS. Die Investition des MEET Batterieforschungs-
Energiematerialien“ in der universitären Ausbildung zentrums wurde zu über 50% von der WWU getragen.
wird die vorhandene Kompetenz in Münster an die Hinzu kommen die Beiträge der Wirtschaftsministerien
nächsten Forschergenerationen weitergegeben. von Land und Bund für die batteriespezifische Labor-
mehrausstattung. Darüber hinaus wurden Fördermittel
MEET wird als wissenschaftlicher Koordinator und aus dem NRW-Wissenschaftsministerium für Erstaus
Partner in mehr als 60 nationalen und internationalen stattung akquiriert.
Projekten geschätzt. Als
NRW-Kompetenzzentrum
„Batterietechnik“ und als
BMBF Wing-Zentrum (mit
den Partnern Forschungsze
ntrum Jülich und RWTH
Aachen University) kommt
Münster bereits jetzt eine
forsc hungsst rateg isch e
Steuerungsfunktion zu. Das
MEET Batterieforschungs-
zentrum verfügt über eine
komfortable Geräteaus-
stattung im Gesamtan-
schaffungswert von 13 Mio.
Euro in Laboratorien und Das Forschungsgebäude des MEET
Förderkennzeichen/Wettbewerb: EM 1005/ElektroMobil.NRW 2009
Fördergeber: Land NRW/EFRE
Konsortialführer: Westfälische Wilhelms-Universität Münster,
MEET Batterieforschungszentrum
Laufzeit: Mai 2011 – April 2013
Projektvolumen/Fördervolumen: 4,3 Mio. €/3,8 Mio. € (MEETA2.2)
18Neuartige kostengünstige mikroporöse Separator-
folien für Lithium-Ionen-Batterien zur Verbesserung
der Sicherheit bei Anwendung in Elektrofahrzeugen
Zukünftige Elektrofahrzeuge brauchen kostengünsti-
ge und sichere Komponenten in der Antriebstechnik.
Separatoren in Lithium-Ionen-Batterien sind poröse
Folien zur Trennung der chemischen Reaktionen von
Anode und Kathode und ein wesentliches Sicherheits-
element, um einen Kurzschluss in den Batterien zu
verhindern (Abb. 1). Im Projekt wird ein neues Konzept
zum chemischen und strukturellen Aufbau von Sepa-
ratoren erforscht. Separatoren mit hoher Dimensions-
stabilität bei Temperaturen bis 200°C verbessern die
Sicherheit und können den Extremfall des explosions-
artigen Durchbrennens bei elektrischem Kontakt der Abb. 1: Schematischer Aufbau einer Lithium-Ionen-
Elekrodenmaterialien verhindern. Damit soll eine we- Batterie
sentliche Verbesserung der Sicherheit von Lithium-Io-
nen-Batterien für die E-Mobilität erreicht werden.
Im Rahmen des Projektes hat Sihl überwiegend anor-
ganische, also nicht schmelzbare, temperatur- und di-
mensionsbeständige Separatoren durch Beschichtung
erstellen können, die am MEET auf ihre Tauglichkeit
in Lithium-Ionen-Batterien charakterisiert wurden. In
den Batterietests am MEET konnten positive Ergeb-
nisse erzielt werden und damit die ersten Meilensteine
für eine neue Technologie erarbeitet werden. Die neu-
artigen Separatoren besitzen viele feine Poren, um den
Lithiumionenfluss in der Batterie auch bei schnellen
Ladevorgängen zu garantieren. Die Oberflächenstruk-
tur eines solchen Separators ist in Abb. 2 zu sehen. Die
weitere Optimierung, z.B. der mechanischen Festig-
keit, und die Erstellung von Pilotmustern ist im weite-
ren Verlauf des Projektes vorgesehen. Abb. 2: Feinporöse Struktur der neuartigen Separatoren
Förderkennzeichen/Wettbewerb: EM 1016/ElektroMobil.NRW 2009
Fördergeber: Land NRW/EFRE
Konsortialführer: Sihl GmbH
Partner: Westfälische Wilhelms-Universität Münster,
MEET Batterieforschungszentrum
Laufzeit: November 2010 – Januar 2014
Projektvolumen/Fördervolumen: 2,1 Mio. €/1,6 Mio. €
19Pouch-Zelle – Entwicklung von Lithium-Ionen-
Zellen für kleine Nutzfahrzeuge
Kleine Nutzfahrzeuge gewinnen immer stärker an Be- Weiterhin sollen für Anode und Kathode neue Material-
deutung. Der Einsatz elektrisch angetriebener Fahr zusammensetzungen zur Erhöhung der Energiedichte
zeuge ist nicht nur auf Grund der aktuellen CO2-Pro- und Schnellladefähigkeit entwickelt werden. Dazu er-
blematik sondern auch hinsichtlich der lokalen folgt die Herstellung von Modellelektroden auf Basis
Emissionsfreiheit mit großen Vorteilen verbunden. Bat- intermetallischer Verbindungen durch ein Magnet-
teriekonzepte, die eine hohe Leistungsdichte bei gleich- ron-Sputterverfahren, und anschließender elektroche-
zeitig hoher Kapazität aufweisen, stehen für Fahrzeuge mischer und physikalischer Charakterisierung. Durch
derzeit jedoch noch nicht zur Verfügung. Die Problema- konsequente Anwendung innovativer Dünnschichtgeo-
tik langer Ladezeiten ist ebenfalls nicht gelöst. metrien soll eine Erhöhung der Flächenleistungsdichte
erreicht werden, um die Anforderungen für Traktions-
Ziel des Projektes ist die Entwicklung von sog. batterien besser erfüllen zu können. In einem darauf-
Pouch-Zellen auf Basis der Lithium-Ionen-Technologie, folgenden Schritt wird versucht, die neuen Materialien
die für den Einsatz in Batterien für die Kleintraktion op- zur Herstellung größerer Elektroden einzusetzen und
timiert sind. Bei Pouch-Zellen befinden sich die aktiven mit diesen entsprechende Pouch-Zellen als Versuchs-
Komponenten in einer Zellhülle, bestehend aus einer muster herzustellen.
Kunststoff-Aluminium-Verbundfolie, deren Seiten ther-
misch miteinander verschweißt werden. Über das im
Beutel herrschende Vakuum werden die positiven und
negativen Elektroden der Zelle mit den dazwischen lie-
genden Separatoren verpresst.
Vorteile dieser Zellen sind ihr geringes Gewicht, die
geringe Dicke der Verbundfolie sowie die große Ober-
fläche für die Wärmeableitung. Die Folien haben jedoch
den Nachteil, dass Elektrolyt an den Siegelnähten aus
dem Beutel diffundieren und sowohl Wasser als auch
Sauerstoff aus der Umgebungsatmosphäre in das
Zellinnere hinein gelangen können. Dabei sind insbe-
sondere die Durchführungen der Stromableiter, sowie
die zum Einsatz kommenden Materialien für die Zellen-
hülle als mögliche Fehlerursachen zu nennen.
Im Projekt werden daher zum einen Materialien und
Fertigungsparameter für die Beutelherstellung variiert.
Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Optimierung
der Materialauswahl und der Herstellungsparameter Zugversuchsmaschine zur Charakterisierung der
für die Fertigung der Zellbeutel. Beuteleigenschaften
Förderkennzeichen/Wettbewerb: EM 1024/ElektroMobil.NRW 2009
Fördergeber: Land NRW/EFRE
Konsortialführer: Zentrum für Brennstoffzellentechnik GmbH
Partner: HOPPECKE Batterien GmbH & Co.KG;
Westfälische Wilhelms-Universität Münster,
MEET Batterieforschungszentrum, Institut für Materialphysik
Laufzeit: Juni 2011 – Dezember 2014
Projektvolumen/Fördervolumen: 2,3 Mio. €/2,0 Mio. €
20Grundlegende Entwicklung automatischer Anlagen
zur Herstellung leistungsfähiger Batterien aus
großen Lithium-Ionen-Einzelzellen
Das Ziel der Entwicklung ist es die Montage von Bat- Anlage und ist für die Konstruktion sowie das Projekt
teriepacks schneller, weniger arbeitsintensiv und da- management verantwortlich. Die WEZAG GmbH ent
mit günstiger zu machen. Durch Automatisierung des wickelt eine prozesssichere und langlebige Verbindungs-
Produktionsprozesses soll ermöglicht werden Li-Ionen technologie für die elektrischen Ableiter der Zellen, die
Batterien für Anwendungen in Elektroautos und sta- erhöhte Wärmeentwicklung, Vibration und Feuchtigkeit
tionären Energiespeichern wirtschaftlicher in großen aushalten müssen. Die Verbindungstechnologie basiert
Serien zu produzieren. Da die bisherigen Kosten für auf einer mechanischen Vercrimpung d.h. Quetschung
Li-Ionen Batterien mit hohen Ladekapazitäten noch der Kupferleiter, was qualitative Vorteile gegenüber
exorbitant hoch sind, sind Prozessinnovationen in der einer Verschraubung bzw. Verlötung der Kontakte hat.
Herstellung ein wichtiger Schritt um die Wettbewerbs- Die Universität Siegen erforscht die Applikation neuer
fähig von Batterien als Energieträger im Vergleich zu Sensortechniken, um die Montage
roboter mit Daten
fossilen Brennstoffen zu erhöhen. Da die Produktion über die Prozesskräfte und -momente zu versorgen.
der Batterien bisher größtenteils manuell in Hoch- Diese Maßnahmen werden erforscht um Beschädi-
lohnländern wie Deutschland und Japan geschieht, ist gungen an sensitiven Bauteilen wie den Ableitern oder
Automatisierung ein wichtiger Schritt zur kostengüns- Folien beim – räumlich sehr engen – Montageprozess
tigeren Serienfertigung. vorzubeugen. Anhand der Zusammenarbeit erhofft
man sich neue Technologien und Fertigungsmethoden
Die Entwicklungspartner des Konsortiums konzent- zu entwickeln, um so Prozesssicherheit und Batterie
rieren sich in diesem Projekt auf die Entwicklung von Lebensdauer zu steigern. Dies ist essentiell um den
Prozessschritten zur Montage von Batteriepacks. Die hohen Ansprüchen der OEMs und Kunden an das End-
Packs bestehen aus einzelnen Modulen, die wiederum produkt Elektroauto gerecht zu werden.
aus einzelnen Zellen, einer Steuerung (Bat-
tery Management System) und ggf. einem
Kühlsystem zusammengesetzt werden. Das
Projekt konzentriert sich auf die Fertigung von
kompletten Batteriemodulen mit großen pris-
matischen Zellen bzw. flachen Beutelzellen
auf Basis der Lithium-Ionen Technologie. Je
nach Leistungs- und Spannungsanforderun-
gen werden die Einzelzellen in Reihe geschal-
tet und in einem Gehäuse als Modul verbaut,
um die gespeicherte Energie zu Verfügung zu
stellen.
Das Projektkonsortium arbeitet zurzeit ge-
meinsam an der Umsetzung einer Modell-
anlage: IBG leitet die Gesamtkonzeption der Kleinserienanlage für Batteriepacks
Förderkennzeichen/Wettbewerb: EM 1004/ElektroMobil.NRW 2009
Fördergeber: Land NRW/EFRE
Konsortialführer: IBG Automation GmbH
Partner: IBG Robotronic GmbH; Universität Siegen; WEZAG GmbH;
RWTH Aachen University, Institut für Stromrichtertechnik und
Elektrische Antriebe (ISEA)
Laufzeit: Juni 2011 – September 2013
Projektvolumen/Fördervolumen: 2,1 Mio. €/1,3 Mio. €
21ProLiBat – Gestaltung einer durchgängigen
Produktionsstruktur für die Fertigung von
Li-Ion-Batteriezellen
Das Forschungsprojekt „ProLiBat“ hat die Gestaltung der gewonnenen Erkenntnisse erfolgt die Konzeption
einer durchgängigen Produktionsstruktur für die Fer- einer durchgängigen Prozesskette und Produktions-
tigung von Lithium-Ionen-Batteriezellen durch Integ- struktur für die Fertigung von Lithium-Ionen-Batterie-
ration der einzelnen Produktionstechnologien in einen zellen in großtechnischem Maßstab. In seiner gewähl-
standardisierten Gesamtprozess zur Zielsetzung. Die ten Konstellation deckt das Konsortium die gesamte
Konzeption einer durchgängigen Prozesskette und Pro- Prozesskette zur Fertigung der Batteriezellen ab. Die
duktionsstruktur mit effizient ausgelegten und aufein- beteiligten Hochschulinstitute bündeln in dem For-
ander abgestimmten Produktionstechnologien für die schungsvorhaben ihre umfassenden Kompetenzen auf
Fertigung von Lithium-Ionen- Batteriezellen bedarf der den Gebieten der Gestaltung von Produktionsstruktu-
kollektiven Zusammenarbeit von Forschungsinstituten ren und -technologien sowie der Auslegung der Bat-
und Industriepartnern. In dem Forschungskonsortium teriezellen. Die involvierten Unternehmen bringen ihr
werden standortübergreifend die Kompetenzen der spezifisches Know-how über die einzelnen Anlagen,
WWU Münster im Bereich Batteriematerialien und Bat- Technologien und Prozessschritte mit in das Projekt ein.
teriezellen mit der fertigungstechnischen Kompetenz Auf dieser Kompetenzbasis wird der Produktionspro-
der RWTH Aachen zusammengeführt. Dabei wird an zess einer Lithium-Ionen-Zelle ausführlich untersucht.
der WWU Münster eine Pilotfertigungslinie aufgebaut, Sämtliche Prozessschritte von der Elektrodenfertigung
mit der alle Schritte von der Materialentwicklung bis über die Zellassemblierung bis hin zur Formation der
zum Zellenzusammenbau erprobt werden. Auf Basis Batteriezelle werden im Detail betrachtet.
Prozessschritte der Zellfertigung
Förderkennzeichen/Wettbewerb: EM 1041/ElektroMobil.NRW 2009
Fördergeber: Land NRW/EFRE
Konsortialführer: RWTH Aachen University, Werkzeugmaschinenlabor (WZL)
Partner: COATEMA Coating Machinery GmbH; 3WIN® Maschinenbau GmbH;
Dürr Ecoclean GmbH; Digatron Industrie-Elektronik GmbH;
RWTH Aachen University, Institut für Stromrichtertechnik und
Elektrische Antriebe (ISEA), Institut für Schweißtechnik und
Fügetechnik (ISF), Westfälische Wilhelms-Universität,
MEET Batterieforschungszentrum
Laufzeit: Juli 2011 – April 2014
Projektvolumen/Fördervolumen: 5,0 Mio. €/3,9 Mio. €
22Hocheffizienter Energiespeicher in Zink-Luft-
Technologie für Elektroautos
Durch den steigenden Bedarf zur Speicherung elekt- wohl beim Lade- als auch beim Entladevorgang, ist die
rischer Energie im Bereich der Elektromobilität, ent- poröse Luftelektrode mit Katalysator, der die elektro-
steht ein steigender Bedarf zur Neu- und Weiterent- chemische Reaktion der gasförmigen P
hase mit dem
wicklung von Batterietechnologien. flüssigen Elektrolyten fördert. Bei der Katalyse in sau-
ren Elektrolyten kommen als Materialien Edelmetalle
Aufgrund der hohen Energiedichte sind Lithium-Bat- in Frage, bei der Zink-Luft Zelle kann auf preisgünsti-
terien ein bevorzugtes Entwicklungsziel. Sie haben gere Materialien zurückgegriffen werden. Im kleinen
im Vergleich mit Zink-Luft Batterien jedoch Nachteile, Maßstab funktioniert die Technologie, mit der sich Se-
wie leichte Brennbarkeit, heftige Reaktion mit Wasser, kundär-Zellen auf Zink-Luft Basis laden- und entladen
Gefahr von Kurzschluss und Brand und schlechte Ver- lassen, und ist technisch umgesetzt.
fügbarkeit von Lithium.
Aktuell wird daran gearbeitet, die gewonnenen Er-
Zink-Luft-Batterien stellen eine Alternative zur Lithi- kenntnisse zu nutzen, um aufgebaute Zellen zu ska-
um-Ionen-Batterie dar. In dieser Batterie wird Zink- lieren und die für Elektromobilität notwendigen Kapa-
metall mit Luftsauerstoff in einem alkalischen Elek- zitäten und Stromdichten zu erreichen. Ein weiterer
trolyten oxidiert und die dabei freiwerdende Energie Ansatzpunkt, zur Erreichung dieses Ziels ist der Auf-
elektrochemisch genutzt. bau eines Stacks aus mehreren Zellen. Andere Ein-
satzgebiete sind denkbar, z.B. Zwischenspeicherung
Ziel des Projektes „Hocheffizienter Ener- erneuerbarer Energie im Stromnetz.
giespeicher in Zink-Luft-Technologie für
Elektroautos“ ist der Einsatz einer Zink-Luft-
Sekundär-Zelle. Ähnlich wie bei der Brenn-
stoffzelle wird das System als Redox-Flow
Zelle aufgebaut. Hierbei dient Zink als Ener-
giespeicher, welcher anders als Wasserstoff
bei der Brennstoffzelle nicht
verbraucht,
sondern wieder aufgeladen wird.
Mit Zink-Luft Batterien ist es theoretisch
möglich, Energiedichten über 400 Wh/kg
zu erreichen. Im Vergleich zu Lithium-Io-
nen-Akkus ergibt sich eine bis zu dreimal
höhere elektrische Kapazität. Gewicht und
Größe dieser Zellen liegen unter dem her-
kömmlicher Zellen, da sich der Reaktions-
partner „Luft“ außerhalb der Zelle befindet.
Entscheidend für die Funktion der Zelle, so- Zink-Luft-Sekundär-Zelle
Förderkennzeichen/Wettbewerb: EM 1010/ElektroMobil.NRW 2009
Fördergeber: Land NRW/EFRE
Konsortialführer: Revolt Technology GmbH
Partner: Westfälische Hochschule Gelsenkirchen
Laufzeit: November 2010 – Februar 2014
Projektvolumen/Fördervolumen: 6,7 Mio. €/5,5 Mio. €
23Toolbox Speichersysteme – Umgebung zur
effizienten Entwicklung und Fahrzeugintegration
von Speichersystemen
Die Weiterentwicklung der Speichersysteme sind Alle Modelle sollen zusammen mit den geeigneten
Schlüsselfaktoren für die umfassende Verbreitung von Parametrisierungs-, Simulations- und Testwerkzeugen
Elektro- und Hybridfahrzeugen. Zukünftig definiert in einem Demonstrator prototypisch integriert wer-
die Speichertechnologie maßgeblich die Leistungs den. Der Demonstrator wird für anwendungstypische
fähigkeit und ist damit ein Alleinstellungsmerkmal. Beispiele aufgebaut und getestet.
Um das Potential von Speichersystemen voll aus-
schöpfen zu können, müssen diese als Gesamtsystem Das Projekt ist in der Antragsphase.
betrachtet werden. Das Zusammenspiel von Zellen,
Kühlperipherie, Gehäuse und Speichermanagement Projektpartner
muss untersucht und im Entwurfsprozess veran- Die dSPACE GmbH ist Konsortialfüher und bringt als
kert werden. Nur durch eine Systembetrachtung von Hersteller von Entwicklungswerkzeugen seine Erfah-
Speicher,
Antriebsstrang und Fahrzeugumgebung rung im Bereich Tooling, HiL-Simulation und Modellie-
kann zu einem frühen Zeitpunkt eine optimale Ausle- rung ein. Die RWTH Aachen, ISEA ist der Know-How-
gung der Fahrzeugkomponenten und Regelstrategien Träger für die Charakterisierung, Optimierung und
erfolgen. Einsatz von Batteriespeichern. Die Deutz AG in der
Rolle des Anwenders, bringt ihre Kenntnisse aus dem
Speichersysteme sind auch als sicherheitskritisches Bereich hybride Antriebe für Arbeitsmaschinen in das
System zu betrachten [ISO], deren funktionale Sicher- Projekt ein.
heit nur mit Hilfe geeigneter Regelstrategien gewähr-
leistet werden kann. Für das Erarbeiten von Konzepten
zur Vermeidung sicherheitskritischer Zustände ist es
erforderlich, das Gesamtsystem zu modellieren, zu
simulieren und zu testen.
Deshalb ist das Ziel dieses Projektes die Bereitstel-
lung einer durchgängigen Umgebung als effizientes
Entwicklungswerkzeug zur Auslegung, Integration
und zum Test von Speichersystemen. Es sollen ganz-
heitliche Modelle unter Berücksichtigung der Zellpa-
ketierung, Speichergeometrie, Systemkühlung, der
thermischen und elektrischen Effekte auf Zell- und
Systemebene entwickelt werden. Dazu müssen Metho-
den gefunden werden, mit deren Hilfe Modelle aus den
physikalisch-chemischen Beschreibungen in der Form
abgeleitet werden, dass sie den Speicher ausreichend
genau abbilden, zugleich aber in akzeptabler Simulati- Entwicklungsumgebung zur Fahrzeugintegration von
onsgeschwindigkeit berechnet werden können. Speichersystemen
Förderkennzeichen/Wettbewerb: EM 2011/ElektroMobil.NRW 2010
Fördergeber: Land NRW/EFRE
Konsortialführer: dSPACE GmbH
Partner: RWTH Aachen University, Institut für Stromrichtertechnik und
Elektrische Antriebe (ISEA); Deutz AG
Laufzeit: im Antragsstadium
Projektvolumen/Fördervolumen: 1,5 Mio. €/0,9 Mio. €
24BOmobil – Entwicklung und Bau eines serientaug-
lichen Elektrokleintransporters mit wettbewerbs-
fähigen Fahrzeuggesamtkosten
BOmobil – so heißt der Elektrokleintransporter, den Für die Batterie kommt die Lithium-Eisen-Phosphat-
die Hochschule Bochum mit den Partnern Compo- Technologie zum Einsatz. Das nötige enge Temperatur-
site Impulse, Delphi, Scienlab, den Stadtwerken Bo- band für deren Betrieb wird im Thermomanagement
chum und dem TÜV NORD, gefördert im Rahmen des des Fahrzeuges realisiert. Die Auswahl geeigneter ther-
Wettbewerbs ElektroMobil.NRW serienreif entwickelt. misch isolierender Karosserie- und Scheibenwerkstof-
Die Anforderungen von klein- und mittelständischen fe ist dabei von zentraler Bedeutung. Die Karosserie
Unternehmen für den Regionalverkehr der Zukunft wird aus ABS-Kunststoff und Faserverbund-Kunst-
bestimmen das Konzept. Elektromobilität und anspre- stoff gefertigt. Die Kunststoffbauteile haben sowohl
chendes Design müssen sich nicht ausschließen, das strukturelle, als auch wärme- und geräuschdämmen-
beweist das BOmobil. Technologisch zeigt der Pro- de Funktion. Während in konventionellen Fahrzeugen
totyp eine radikale Abwendung von herkömmlichen Einscheiben-Sicherheits- und Verbundglas eingesetzt
Automobilkonzepten: keine zentrale Antriebseinheit wird, finden im BOmobil weitgehend Kunststoffschei-
mehr – stattdessen Radnabenmotoren. ben Verwendung. Eine aktive Kühlung bzw. Heizung ist
daher mit einem im Vergleich zu konventionellen Fahr-
So entsteht Raum für die Neugestaltung des Innenraums. zeugen deutlich geringerem Energieaufwand möglich.
Zwei Sitzplätze, Platz für eine Normgitterbox, Höchstge- Im Fahrwerk schließlich werden aus Gründen der Kos-
schwindigkeit ca. 130 km/h, Reichweite mehr als 150 Kilo- tenreduzierung OPEL Zafira Standardkomponenten
meter – Elektromobilität für den Alltag. verwendet.
Alle Komponenten des elektrischen Antriebsstrangs
werden im sogenannten Skateboard untergebracht,
der tragenden Struktur, die aus Aluminium-Leicht-
bau-Profilen genietet und geklebt wird. Diese Variante
des Aufbaus ermöglicht eine hochfeste Struktur, die
für einen Kleintransporter die nötige Crash-Sicherheit
bietet und flexible Aufbauvarianten zulässt.
Die Batterie, die Traktionswechselrichter und die
Motoren sind „organisch“ zueinander angeordnet.
So lassen sich kurze Leitungswege und ein niedriger
Schwerpunkt realisieren. Durch die selbst entwickel-
ten Radnabenmotoren wird das Antriebsmoment dort
generiert, wo es benötigt wird und die eingesparte An-
triebseinheit im Aufbau vergrößert das Ladevolumen
des Fahrzeugs. Das BOmobil auf der eCarTec 2012 in München
Förderkennzeichen/Wettbewerb: EM 1029/ElektroMobil.NRW 2009
Fördergeber: Land NRW/EFRE
Konsortialführer: Hochschule Bochum
Partner: DELPHI Deutschland GmbH; Neuhäuser GmbH;
Scienlab electronic systems GmbH; TÜV NORD Mobilität GmbH & Co. KG;
CI Composite Impulse GmbH & Co
Laufzeit: Juli 2010 – April 2013
Projektvolumen/Fördervolumen: 5,7 Mio. €/3,9 Mio. €
25E4x4 – Erforschung eines Elektroantriebs
mit 4 E-Motoren
In dem Projekt E4x4-Erforschung eines Elektroan- Im Rahmen des Projekts wird eine Software entwickelt,
triebs mit 4 E-Motoren wird ein alternatives Antriebs- die sich aus einzelnen Modulen für das Energiema-
konzept auf der Basis von vier unabhängig ansteuerba- nagement, der Kräfteverteilung, der Synchronisation
ren Motoren entwickelt. Die Motoren werden jeweils in der Motoren und der Anpassung an die jeweilige Fahr-
der Nähe der Räder positioniert und treiben diese über situation zusammensetzt. Um alle Aspekte eines solch
eine kurze Antriebswelle an. innovativen Konzepts berücksichtigen zu können, ist
der Bau eines Erprobungsmusters unabdingbar. Dieses
Das Ziel des E4x4-Projekts ist die Erforschung eines Muster kann nicht auf einem verfügbaren klassischen
proaktiven ESP (Electronic Stability Control, Elektro- Verbrennungsmotor-Fahrzeug basieren, sondern muss
nisches Stabilitätsprogramm) als 4x4 Elektroantrieb speziell für den Einsatz mit dem E4x4 Elektroantrieb
für E-Fahrzeuge, der Aufbau eines Prototypen inklusive optimiert werden.
Homologation sowie ein Feldtest. Das proaktive ESP
kann, im Gegensatz zu den bisher eingeführten Sys- Weiteres Projektziel ist die Optimierung des Energie
temen, ein einzelnes Rad wahlweise gezielt verzögern managements der Akkumulatoren, damit höhere
oder beschleunigen. Hierdurch sollte eine wesentlich Reichweiten realisiert werden können. So wird z.B. die
effektivere Stabilisierung eines Fahrzeuges in kriti- beim Abbremsen des Fahrzeugs frei werdende Energie
schen Fahrsituationen erreicht werden. genutzt, um die Akkumulatoren wieder nachzuladen
(Rekuperation).
Voraussetzung für den Ein-
satz eines proaktiven ESP ist
ein Fahrzeug mit unabhän-
gig voneinander angetriebe-
nen Rädern. Dies lässt sich
bei Elektrofahrzeugen durch
die Verwendung von einzel-
nen Motoren für jedes Rad
erreichen. Die Ansteuerung
der Motoren für eine Ge-
radeausfahrt erfordert zu-
nächst die Entwicklung einer
Software, die den Gleichlauf
aller Räder sicherstellt. Für
Kurvenfahrten oder in kri-
tischen Fahrsituationen ist
eine individuelle Ansteue-
rung der Motoren notwen-
dig. Grafische Darstellung des E4x4-Versuchsfahrzeugs
Förderkennzeichen/Wettbewerb: EM 1038/Elektromobil.NRW 2009
Fördergeber: Land NRW/EFRE
Konsortialführer: Creative Data AG
Partner: Fachhochschule Dortmund
Laufzeit: Mai 2011 – Januar 2014
Projektvolumen/Fördervolumen: 2,6 Mio. €/2,1 Mio. €
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