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 1
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 3
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 5
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 7
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 8
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 9
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 10
Univ.-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 11
NRW-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 12
Univ.-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 13
NRW-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 14
Univ.-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 15
Förderung 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. 16
Projekte der Elektromobilität aus den Ziel2-Wettbewerben des Landes NRW 17
Das 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) 18
Neuartige 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. € 19
Pouch-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. € 20
Grundlegende 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. € 21
ProLiBat – 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. € 22
Hocheffizienter 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. € 23
Toolbox 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. € 24
BOmobil – 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. € 25
E4x4 – 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. € 26
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