Forschungsprojekte

Ziele der Nachwuchsforschergruppe AdAntE

• Exemplarischer Aufbau eines adaptiven Antriebes
• Integration des Nutzerverhaltens
• Leichtbau und Funktionsintegration

Teilziele der Professur ALF innerhalb des Projektes

• Aufbau einer Gesamtfahrzeugsimulation
• Aufbau eines Brennstoffzellendemonstrators
• Entwurf und Untersuchung von Hybridstrategien
• Untersuchung adaptiver Antriebskonzepte
• Ankopplungskonzepte für Nebenaggregate

Vorgehensweise

• Aufbau einer Nachwuchsforschergruppe
• Aufteilung des Gesamtprojektes in professurspezifische Teilprojekte
• Bearbeitung der Projektteile durch die jeweiligen Professuren
• Alternative Fahrzeugantriebe (ALF)
• Allgemeine und Arbeitspsychologie (AAP)
• Elektrische Energiewandlungssysteme und Antriebe (EWA)
• Leistungselektronik und Elektromagnetische Verträglichkeit (LE)
• Mess- und Sensortechnik (MST)
• Schaltkreis- und Systementwurf (SSE)
• Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK)

Ansprechpartner

CAMELOT: Understanding ChArge, Mass and hEat transfer in fueL cells fOr Transport applications

H2020 RIA Projekt:

Laufzeit: 1. Januar 2020, pausiert seit 1. April 2021
EC Förderung: 2 295 783.50 €

Projektpartner

• Sintef AS (Projektkoordinator)
• Johnson Matthey Fuell Cells Limited
• Technische Universität Chemnitz - Professur Alternative Fahrzeugantriebe
• Powercell AS
• Bayerische Motoren Werke Aktiengeselschaft
• Pretexo

Projektnummer: 875155

Ansprechpartner

Zur Senkung von CO2-Emissionen in sächsischen Städten zur Erreichung der Klimaziele bis 2050, werden in den Sektoren Wärme, Elektroenergie, Kälte, Wohnen, Industrie und Mobilität neue Technologien benötigt. Der wichtigste Schritt ist dabei die Substitution von den aktuellen eingesetzten fossilen Energieträgern Kohle, Erdgas, Benzin und Diesel. Viele Einzeltechnologien existieren bereits, sind aber bislang nicht oder kaum wirtschaftlich und es fehlt an Erfahrungswissen zum realen Betrieb all dieser in einer Stadt. Dazu soll in Chemnitz das Projekt Clean Energy City zur Erprobung von H2-Technologien in der Sektorenkopplung und eine lokale „Wasserstoffinsel“ in Chemnitz in Zusammenarbeit mit dem regionalen Energie-versorger eins energie in sachsen GmbH & Co.KG, der Chemnitzer Verkehrsaktien-gesellschaft CVAG, der Stadt Chemnitz, dem Fraunhofer IWU und der TU Chemnitz entstehen. Dazu wird auf bestehendem Know-how im Bereich Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnik (Professur ALF), Thermodynamik (Professur TT) und Energie- und Hochspannungstechnik (Professur EHT) aufgebaut. Zur Bewältigung der neuen und gemeinsamen Forschungsaufgaben, muss jedoch noch zuvor die Leistungsfähigkeit der mitwirkenden Professuren gesteigert werden. Die zuvor genannten drei Professuren der TU Chemnitz bearbeiten hierbei wesentliche Forschungsbereiche, welche im Zuge einer ganzheitlichen Energiewende und unter Berücksichtigung der Sektorenkopplung wesentlich zur Wasserstoffstrategie beitragen.

Fördervolumen: 6.016.000,00 EUR (Technische Universität Chemnitz)

Projektlaufzeit: 07.12.2020 bis 28.02.2022

Ansprechpartner: Nico Keller M.Sc. (nico.keller@mb.tu-chemnitz.de)

Ansprechpartner

Ziel

• Effizienzsteigerung und Reduktion der Batteriekosten in Elektro- und Hybridfahrzeugen
• Reduktion des Energieverbrauchs
• Erweiterung der Betriebsgrenzen elektrisch angetriebener Fahrzeuge
• Integration von Komponenten

Vorgehensweise

Ganzheitliche Optimierung von der Batterie bis zum Rad

• Wirkungsgradoptimierung einzelner Komponenten
• Parameteroptimierung durch ganzheitliche Simulation des gesamten Antriebssystems
• Berücksichtigung von energetisch wichtigen Nebenaggregaten
• Effizienzsteigerung durch den Einsatz von Mehr-Gang-Getrieben

Efficient Synergy Drive – ESD. Ein ganzheitliches Antriebskonzept

• Doppelnutzung eines erweiterten A/C-Antriebs für das Klimatisieren und das Fahren im Teillastbereich
• Lastschaltbares 2-Gang-Getriebe
• Erhöhung der Reichweite durch effiziente Leistungsverteilung
• Einfache, kostengünstige und effiziente Schaltaktuatorik
• Kompakte Bauweise

Ansprechpartner

Im Eisenbahnsektor gilt wie auch in anderen Sektoren das verkehrspolitische Ziel, Dieseltriebfahrzeuge durch Fahrzeuge mit alternativen Antriebstechnologien zu ersetzen. Dies hätte zur Folge, dass prinzipiell mehr regenerative Primärenergieträger genutzt werden können, dass der Bedarf fossiler Energiequellen sinkt und weniger lokale Emissionen anfallen. Eine vollständige Elektrifizierung aller Bahnstrecken ist in diesem Zusammenhang als äußerst unwahrscheinlich anzunehmen, da diese mit sehr hohen Kosten und (Personal-)Aufwand verbunden wäre und somit kurz- und mittelfristig nicht umsetzbar ist. Hauptgrund ist, dass eine Elektrifizierung auf schwach ausgelasteten Strecken in der Regel nicht wirtschaftlich ist. Die Antriebstopologien von Hybridtriebfahrzeugen unterscheiden sich mehr oder weniger stark von den etablierten Topologien. Das bedeutet, dass zusätzliche Komponenten hinzukommen (z. B. Brennstoffzellen, Akkumulatoren) und andere entfallen (z. B. Dieselmotoren, Getriebe mit veränderbarer Übersetzung). Die Topologien von Wasserstofftriebzügen und Dieseltriebzügen unterscheiden sich somit grundlegend, während der einzige Unterschied zwischen einem herkömmlichen elektrischen Triebzug und einem Oberleitungs-Batterie-Hybridzug lediglich der zusätzliche Akkumulator am Gleichspannungszwischenkreis ist. Daher benötigen alternative Triebfahrzeuge abhängig von ihrer Topologie speziell zugeschnittene Energiemanagementsysteme. Dieses Projekt befasst sich mit Wasserstofftriebzügen. Ziel ist es, ein Energiemanagement-System zu entwickeln, das im Zusammenspiel mit Fahrerassistenzsystemen, die bereits jetzt Soll-Geschwindigkeitsprofile ermitteln, eine optimale Strategie zum Zusammenwirken der Komponenten (v. a. Brennstoffzelle und Puffer-Akkumulator) ausgibt. Hierbei werden insbesondere Aspekte der energetischen Effizienz, aber auch Aspekte der Degradation und somit der Lebensdauer der Komponenten in Abhängigkeit von der Betriebsstrategie betrachtet.

Hauptaufgabe der Professur ALF ist, gemeinsam mit SRCC, die Modellbildung und Simulation eines generischen Schienenfahrzeugs mit Brennstoffzellen-Antriebsstrang unter Berücksichtigung von Alterungserscheinungen der wesentlichen Teilsysteme. Das Modell wird zur Entwicklung der Fahrerassitenzfunktion sowie dem optimierenden Energiemanagement genutzt, welche den Betrieb des Antriebssystems hinsichtlich Wasserstoffverbrauch und Systemalterung minimieren.

Projektlaufzeit: 01.01.21 - 31.12.2023 (Verlängerung bis 30.06.2024)

Projektpartner:

• ident.tec GmbH
• Smart Rail Connectivity Campus gGmbH (SRCC)
• Technische Universität Chemnitz/Professur Alternative Fahrzeugantriebe

Förderung: ZIM-Projekt im ZIM-Netzwerk netAKTOR           Förderkennzeichen: 16KN097034

Fördergeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz BMWK

Projektträger: VDI/VDE-IT

Ansprechpartner

Fit-4-AMandA: Future European Fuel Cell Technology: Fit for Automatic Manufacturing and Assembly

H2020 RIA Projekt:

• Laufzeit: 1. März 2017 bis 30. November (45 Monate)
• EC Förderung: 2 999 185 €

Projektpartner:

• Proton Motor GmbH
• IRD Fuel Cells A/S
• Aumann AG
• Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
• Technische Universität Chemnitz - Professur Alternative Fahrzeugantriebe
• UPS Europe
• Uniresearch B.V.

Ansprechpartner:

Dr. Martin Biák

This project has received funding from the Fuel Cells and Hydrogen 2 Joint Undertaking under grant agreement No 735606. This Joint Undertaking receives support from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme and Hydrogen Europe and N.ERGHY.

fit-4-amanda.eu

Ansprechpartner

GENERIC48V - Entwicklung einer Getriebe-Antriebseinheit auf 48V Spannungsebene

Gesamtziel des Vorhabens

Im Vorhaben wird ein neuartiges, ganzheitliches Elektronikkonzept für leichtgewichtige Elektrofahrzeuge der Klasse L auf Grundlage einer 48 V-Spannungsebene entwickelt. Dabei besteht das Ziel im Nachweis der Funktionsfähigkeit und der Umsetzung einer 48 V-Spannungsebene für alle notwendigen elektrischen/elektronischen Komponenten in einem Elektroleichtfahrzeug. Im Rahmen des Vorhabens sollen verschiedene Demonstratoren (EMV-Bodengruppe, elektrisch/elektronische Einzelkomponenten) entwickelt werden, die im Rahmen eines Gesamtfahrzeugdemonstrators entsprechend getestet und verifiziert werden.

Vorgehensweise

Konzeptionelle Vorarbeiten

• Anpassung des ESD Antriebskonzeptes auf Projektrelevanten Anwendungsfall
• Restrukturierung des Getriebeaufbaus
• Konstruktive Integration des Elektromotors, Frequenzumrichters und weiterer Peripherieelemente
• Ermittlung und Verarbeitung der elektromotorischen Wirkungsgrad- und Leistungskennfelder

Simulation und Konstruktion

• Längsdynamiksimulationen zur Ermittlung von Energiebedarfen - Reichweiten- und Verlustleistungsbetrachtungen hinsichtlich unterschiedlicher Antriebskonzeptvarianten
• Getriebesimulationsmodell - Auslegung aller Maschinenelemente und Ermittlung des Getriebe-Wirkungsgradkennfeldes
• Entwicklung eines elektromechanischen Aktuierungskonzeptes mittels Schaltungssimulationsmodell

Experimentelle Umsetzung und Tests

• Fertigung der Getriebe- und Gehäusebauteile
• Zusammenbau der Getriebe-Antriebseinheit und Erstinbetriebnahme
• Funktionstests auf Getriebeprüfstand
• Integration in den Gesamt-Demonstratoraufbau

Ansprechpartner

Nico Keller M.Sc.

Ansprechpartner

in Zusammenarbeit mit

Der studentische Verein Fortis Saxonia e.V. beschäftigt sich seit Jahren aktiv mit der Entwicklung und Herstellung von Prototypenfahrzeugen, welche jeweils mit Niedertemperatur Wasserstoff-Brennstoffzellen (NT-PEM) betrieben werden. Im Rahmen des neuen Projektes HydroBike soll in den kommenden zwei Jahren unter anderem in Zusammenarbeit mit der Professur Alternative Fahrzeugantriebe (ALF) ein zweirädriges Prototypenmotorrad entwickelt und umgesetzt werden.

Ausgeschriebene Arbeiten:

aktuell keine Ausschreibungen

Arbeiten in Bearbeitung:

• Längsdynamiksimulation eines zweirädrigen Brennstoffzellen-Prototypenfahrzeuges
• Auslegung eines Brennstoffzellensystems für ein zweirädriges Brennstoffzellen-Prototypfahrzeug
• Konzeptentwicklung eines Wasserstoff-Tanksystems für ein zweirädriges Brennstoffzellen-Prototypfahrzeug
• Erstellung eines parametrischen Skelettmodells für ein zweirädriges Prototypenfahrzeug

Vorgehensweise:

Entwicklung eines Antriebsstrangkonzeptes

• Erstellung einer Längsdynamiksimulation zur Abschätzung des benötigten Energiebedarfs
• Auslegung des Brennstoffzellen- und Batteriesystems
• Auswahl einer geeigneten elektrischen Maschine und Getriebeübersetzung
• Integration eines Wasserstoff-Tanksystems

Entwicklung einer Leichtbau-Rahmenstruktur

• Umbau der ursprünglichen Rahmenkonstruktion zur Optimierung der Gewichtsverteilung
• Entwicklung eines FKV-Strukturrahmens
• Entwicklung und Bewertung von Packaging-Konzepten
• Auslegung und Umbau des Fahrwerks

Entwicklung eines innovativen und futuristischen Designs

Ansprechpartner:

Vorstand Fortis Saxonia e.V.

Ansprechpartner

Mit dem Projekt HydroRACE4schools organisieren die Partneruniversitäten TU Chemnitz, ČVUT Děčín und VŠCHT Litvínov ein Lehrprojekt für Schüler an sächsischen und tschechischen Schulen, um sie für MINT-Fächer zu begeistern und die Zusammenarbeit zwischen deutschen und tschechischen Gymnasien zu fördern. 

In der E-Learning-Phase lernen sie eigens erstellte Inhalte kennen, um dann das Erlernte zum Zusammenbau von brennstoffzellenbetriebenen Modellrennautos anzuwenden. Hier arbeiten deutsch-tschechische Teams zusammen, um ihre Autos nach verschiedenen Kategorien (Schnelligkeit, Langlebigkeit, Nachhaltigkeit, ...) zu konfigurieren, um dann in Rennen gegeneinander anzutreten.

So wird Lernen mit Praxis und sehr viel Spaß verbunden und die Schüler lernen, in einer Wettbewerbssituation zusammenzuarbeiten

Ansprechpartner

Der Kern des Vorhabens ist die Prozess- und Produktentwicklung einer innovativen und großserientauglichen Bipolarplatte für eine kostengünstige Produktion von PKW-Brennstoffzellen. Diese sind einer der größten Kostentreiber jeder Brennstoffzelle. Ein fertigungsgerechtes Bipolarplattendesign wird mit Methoden der Umformsimulation und Vorversuchen in eine sicher und einfach herstellbare Bauteil- und Werkzeuggeometrie überführt. Ebenso werden funktionalisierte und kostengünstige Blechhalbzeuge hinsichtlich ihrer beschädigungsfreien Umform- und Fügbarkeit untersucht. In Tests im Brennstoffzellenlabor werden qualitätsbestimmende chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften bewertet. Darüber hinaus sollen Methoden zur Qualitätssicherung und Prozessüberwachung für die Serienproduktion entwickelt werden. Die Ergebnisse der Untersuchungen münden in einen Prototyp einer großserientauglich und kostengünstig herstellbaren Bipolarplatte.

Motivation:

• Marktaktivierung von PKW-Brennstoffzellen durch Senkung der Produktions- und Materialkosten
• Ansiedlung einer Wertschöpfungskette für zukünftige Antriebskomponenten im Autoland Sachsen
• Erweitern der Kompetenzen durch interdisziplinäre Zusammenarbeit

Ziele:

• Entwicklung funktionalisierter Halbzeuge
• Prototyp einer großserientauglichen und kostengünstigen Bipolarplatte
• Energieeffiziente Fertigungsverfahren und Produktionsanlagen
• Wissenschaftliche Weiterqualifikation der InnoTeam-Mitglieder

InnoTeam HZwo:BIP:

• Laufzeit: 1. April 2016 bis 31. März 2019
• 12 geförderte InnoTeam-Mitglieder und 8 weitere unterstützende Mitarbeiter

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. Karl Lötsch (jetzt HZwo e.V.)

Ein Projekt der Projektfamilie         Gefördert durch 

Ansprechpartner

Neue Verfahren zur Großserienproduktion metallischer Bipolarplatten

gefördert durch:

Kurzbeschreibung:

Bipolarplatten (BiP) bilden die mechanische Hauptstruktur des Brennstoffzellenstapels, welcher den mitgeführten Wasserstoff durch die Reaktion mit Sauerstoff aus der Luft in elektrischen Strom, Wärme und Wasser wandelt. Die Funktionalität neuartiger automotiver metallischer BiP konnte anhand von in Kleinserien gefertigten Bauteilen bereits durch einzelne Anwender nachgewiesen werden, während die Umsetzbarkeit auf Ebene der Großserienproduktion bisher noch aussteht. Eine besondere Herausforderung stellt das Fehlen entsprechender Inline-Mess- und Prüfverfahren dar, die es erlauben, Anforderungen für einen robusten und fehlerfreien Herstellungsprozess zu definieren und umzusetzen. Aus diesem Grund beschäftigt sich das Forschungsprojekt HZwo:FRAME – Großserienbipolarplatte mit der Erforschung und dem Funktionsnachweis neuer Fertigungs­verfahren, die eine Großserienproduktion ermöglichen. Dabei gilt es, die einzelnen Fertigungsschritte zu einer wirtschaftlichen Produktionskette zu verknüpfen und in ein darstellbares Anlagenkonzept zu überführen. Auf Basis der durch die verwendeten Verfahren definierten Fertigungsbedingungen erfolgt die Entwicklung einer speziell angepassten Bipolarplatte, welche die OEM-Anforderungen erfüllt und durch den Einsatz der im Projekt untersuchten Verfahren in Form eines Forschungs­funktions­musters umgesetzt wird. Das Vorhaben trägt mit den Forschungsaktivitäten zum Ausbau des Hochtechnologie- und Wissenschaft­s­standorts für Brennstoffzellen und neue Fahrzeugantriebe in Sachsen bei.

Motivation:

• Aktuell bestehende sehr hohe Produktions- und Materialkosten für die Herstellung von BiP
• Fehlen von effizienten Prozessketten für die BiP-Fertigung
• Stärkung des Industriestandorts Sachsen durch die Etablierung neuer Schlüsseltechnologien

Ziele:

• Erforschung von großserientauglichen und innerhalb einer Prozesskette integrierbaren Fertigungsverfahren für die Herstellung metallischer BiP
• konstruktive Auslegung der BiP-Geometrien und experimentelle Umsetzung von Funktionsmustern unter Berücksichtigung neuer Fertigungsverfahren sowie des Handlings innerhalb der Prozesskette
• Erforschung und Etablierung von Qualitätssicherungsmaßnahmen während der gesamten Wertschöpfungskette

Laufzeit: 1. Juni 2019 bis 31. Mai 2022

Förderung und Projektträger: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE), Sächsische Aufbaubank (SAB)

Partner:

Vitesco Technologies GmbH (Continental AG), Von Ardenne GmbH, miTec – Microtechnologie GmbH, LASERVORM GmbH, FusionSystems GmbH, Steinbeis Innovation gGmbH (Innovationszentrum Fügetechnik), Technische Universität Chemnitz

Weiterführende Links: HZwo e.V

Ansprechpartner

In der Mobilität stellt sich ein Umdenken auf ressourcenschonende und emissionsfreie Antriebe ein. Neben batteriebetriebenen Fahrzeugen sind Brennstoffzellen für die Eektromobiliät im Fokus. Zielführend ist die Reduzierung der Herstellkosten durch großserientechnischen Einsatz metallischer Bipolarplatten, denn dadurch können die Gesamtmasse der Brennstoffzellenstacks sowie anfallenden Produktionskosten gesenkt werden. Die Verringerung des Bauraums führt zu einer Steigerung der Leistungsdichte, wodurch neue Konzepte zur Abführung der Verlustwärme erforderlich werden. Der zuverlässige Funktionsbetrieb des Kühlsystems muss auch bei wechselnden Temperatureinflüssen, Beschleunigungen oder Erschütterungen gewährleistet sein. Entsprechend ist die Dichtung, die das Ausdringen von Flüssigkeiten und Gasen verhindert und für eine elektrische Isolation zwischen den Bipolarplatten sorgt und deren Erforschung sind wesentliche Schwerpunkte im Projekt (Dichtungskonzept und Verarbeitungstechnologien).

Projektbeginn: 01.07.2019

Projektdauer: 34 Monate

Partner:

• Wärmetauscher Sachsen GmbH (WätaS)
• Fischer Werkzeugbau GmbH (Fischer)
• Chemnitz Werkstoff- und Oberflächentechnik gGmbH (CeWOTec)
• TU-Chemnitz (ALF, MFT)

Förderung und Projektträger: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) / Sächsische Aufbaubank (SAB)

Weiterführende Links: HZwo e.V.

Ansprechpartner

Ziel im Projekt HZwo:FRAME Eco-CC (VP 2.3) - Entwicklung eines wirtschaftlichen und zuverlässigen Mess- und Regelungskonzeptes für automotive Brennstoffzellensysteme ist es mittels der Kombination von Sensordaten und Prozessmodellen ein wirtschaftliches und zugleich zuverlässigeres Mess- und Regelungskonzept zu entwickeln. Hierbei sollen bereits vorhandene und in hohen Stückzahlen gefertigte und daher kostengünstige Sensoren verwendet werden. Durch Kombination von Daten und Modellen ergeben sich neue Möglichkeiten um die Messgenauigkeit mittels dazugehöriger Softwaremodule zu erhöhen, ohne Steigerung des Hardwareaufwands und der damit verbundenen Kosten. Außerdem kann ein Sensorausfall detektiert und das fehlende Messsignal durch andere Messgrößen rekonstruiert werden. In Kombination mit einer fehlertoleranten Regelung ergibt sich damit aus der Sicht der Zulieferindustrie ein wirtschaftlicher Mehrwert, den man als Gesamtpaket in Form von Sensoren und Software bzw. als im Rahmen von Dienstleistungen verkaufen kann.
Aufbauend auf den Ergebnissen soll das System der Brennstoffzelle optimal in das Fahrzeugsystem integriert werden. Durch den Einsatz neuer Technologien, einer möglichen Parallelisierung und einer passenden Fahrzeugsteuerung, die mit einer Regel- und Steuerungssoftware ausgestattet ist, wird das Lastmanagement auf die Brennstoffzelle optimiert und die Systeme in den Punkten Wirtschaftlichkeit, Effizienz und Lebensdauer verbessert. Die Symbiose dieser Ansätze verspricht eine universelle Einsetzbarkeit des gesamten Systems um die BZ herum und damit auch eine Standardisierung des BZS.

 Projektbeginn: 01.01.2019

Projektdauer: 36 Monate

Partner:

• Vitesco Technologies GmbH
• LSA GmbH
• Hörmann Vehicle Engineering GmbH
• TU-Chemnitz (ALF, ACSD)
• Fraunhofer IWU

Förderung und Projektträger: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)/ Sächsische Aufbaubank (SAB)

Weiterführende Links: HZwo e.V.

Ansprechpartner

Gesamtziel des Vorhabens HZwo:InTherm ist die Entwicklung eines Thermomanagementmoduls und des dazugehörigen Verfahrens für das ganzheitliche elektrische und thermische Energiemanagement von Brennstoffzellenfahrzeugen. Dadurch soll die Voraussetzung geschaffen werden, nicht nur elektrische, sondern auch thermische Energie optimal im Gesamtfahrzeug zu verteilen und zu nutzen, um dadurch Effizienz und Komfort zu steigern sowie durch eine optimalere Systemauslegung Kostensenkungen zu erreichen.

Weitere Schwerpunkte des Projektes sind die Funktionalisierung der Fahrzeugaußenhaut als Wärmeübertrager, die Einbindung des Wasserstoffdrucktanks ins das Thermomanagement sowie die thermische Optimierung von Wärmepumpe und Brennstoffzellensystem.

Zum Funktionsnachweis des Verfahrens und der Methodik für dessen Auslegung wird ein Forschungsfunktionsmuster aufgebaut werden, welches die verschiedenen elektrischen und thermischen Quellen und Senken eines Brennstoffzellenfahrzeugs miteinander verbindet. Daran sollen die Funktion des Thermomanagementmoduls sowie des Energiemanagementverfahrens im Labor unter realitätsnahen Bedingungen verifiziert werden.

Motivation:

• Entwicklung von Technologien und Lösungen für Brennstoffzellenfahrzeuge durch sächsische KMU
• Ansiedlung einer Wertschöpfungskette für zukünftige Antriebskomponenten im Autoland Sachsen
• Erweitern der Kompetenzen im Bereich Brennstoffzelle bei den KMUs durch interdisziplinäre Zusammenarbeit

 Ziele:

• simulationsbasierte Erforschung eines innovativen Energiemanagementverfahrens für Brennstoffzellenfahrzeuge
• Entwicklung eines Thermomanagementmoduls zur thermischen Verknüpfung der verschiedenen Fahrzeugteilsysteme
• Erforschung der thermischen Ankopplung von Wasserstoffdruckspeichern in das Fahrzeugthermomanagement
• Entwicklung neuer Methoden zur thermischen Charakterisierung und Betriebsstrategieoptimierung von Brennstoffzellensystemen
• Entwicklung eines neuartigen Wärmepumpenmoduls unter spezieller Berücksichtigung der Randbedingungen für den Einsatz in brennstoffzellenbetrieben Kleinfahrzeugen
• Maximierung der Wärmeauskopplung bei geringen Kühlmitteltemperaturen durch Funktionalisierung von Fahrgastzellen-Karosserieteilen

Laufzeit: 01.03.2019 – 31.12.2021

Förderung und Projektträger: EFRE, SAB Sächsische Aufbaubank

Partner:

• ICM e.V., Chemnitz
• Technische Universität Chemnitz/Professur Alternative Fahrzeugantriebe
• car systems Scheil GmbH & Co. KG
• Modellbau Roth GmbH & Co. KG
• Wärmetauscher Sachsen GmbH
• FAE Elektrotechnik GmbH & Co. KG

weiterführende Links: HZwo e.V. - Projekt 'InTherm'

Ansprechpartner

Das Projekt HZwo:STACK ist ein Vorhaben der industriellen Forschung von mittelständigen Unternehmen und Forschungseinrichtungen zur Entwicklung eines großserientauglichen Baukasten- und Baureihenkonzepts für PEM Brennstoffzellenmodule. Speziell wird hierfür eine Synthese-Auslegungssoftware entwickelt, welche eine schnelle, effiziente und kostengünstige Dimensionierung eines Stackmoduls hinsichtlich unterschiedlicher Anforderungsprofile ermöglicht. Zudem werden neuartige Ansätze zur kostengünstigen und marktorientierten Entwicklung und Großserienproduktion von Stackkomponenten, wie dem Endplatten-Verspannsystem, der Gehäuse-Hybrideinheit und der Luftverdichtereinheit, erarbeitet. Es wird weiterhin eine BZ-Einzelzelle konzipiert, erprobt und auf Basis der Ergebnisse eine großserientaugliche Stack-Montageanlage konzipiert und realisiert. Abschließend werden die prototypischen Stackmodule getestet.

Handlungsfelder:

 Projektschwerpunkte:

• Systembaukasten- und Baureihenentwicklung eines PEM-Brennstoffzellenmoduls mit Überführung in eine Synthese-Auslegungssoftware
• höchstfestes Endplatten-Verspannsystem
• funktionsintegriertes Gehäuse-Hybridbauteil
• skalierbare Luftverdichtereinheit für BZ-Systeme
• BZ-Einzelzelle und großserientaugliche Montage-, Verspann- und Einlaufprozess

Ansprechpartner

ISELKO :SYS - Brenstoffzellen-Batterie-Hybridsystem

Der Kern des Vorhabens ist die Entwicklung eines emissionsfreien und in weiten Leistungsbereichen skalierbaren Energieversorgungsystems, in dem Brennstoffzellen und Batterien zu einem Hybridsystem kombiniert werden.

Motivation:

• Beschleunigung des Markthochlaufs der Brennstoffzellentechnologie
• Angebot kosteneffizienter kundenspezifischer Turnkey-Hybridsysteme
• schnelle Reaktionsfähigkeit auf Kundenwünsche und damit frühzeitige Marktetablierung
• Stärkung der sächsischen Wirtschaft durchfrühzeitige und nachhaltige Etablierung im Bereich regenerativer Energien

Ziele:

• Brennstoffzellen-Batterie-Hybridsystem mitoptimalem Energiemanagement für kundenspezifische Anwendungen
• froststartfähiges Brennstoffzellenmodul für maximierte Lebensdauer und Einsatz unter widrigen Bedingungen
• thermische Schnittstelle zur gezielten Abwärmenutzung
• Wissenschaftliche Weiterqualifikation der Projekt-Mitglieder

ISELKO HZwo:SYS:
Laufzeit: 1. März 2017 bis 28. Februar 2019

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Philipp Rathke

Ein Projekt der Projektfamilie       

     koordiniert durch:

Toroidaler Composite Druckbehälter zur Speicherung von Wasserstoff für mobile Energieversorgungseinheiten

Zylindrische Druckbehälter aus Carbonfasern stellen den gegenwärtigen Stand der Technik zur mobilen Wasserstoffspeicherung dar. Im Vorhaben HZwo:FRAME-Tank wird auf Basis einer neuen Ringwickeltechnologie eine neuartige ringförmige Bauweise entwickelt und zur Anwendung in mobilen Energieversorgungseinheiten gebracht. Durch die Bauform ergeben sich bei vergleichbarer Leistungsfähigkeit erhebliche Einsparpotentiale hinsichtlich Materialaufwand und somit auch hinsichtlich Kosten, Fertigungsdauer und Rohstoffeinsatz. Das Projekt leistet damit einen Beitrag zur Etablierung von Wasserstoffanwendungen in Sachsen allgemein und zur umweltfreundlichen mobilen Energieversorgung im Besonderen.

Des Weiteren kann die Technologie zur Herstellung von Ringdruckbehältern auch Anwendung in weiteren industriellen Bereichen, wie beispielsweise im Fahrzeugbau finden, um kosten- und ressourceneffiziente Wasserstoffspeicherlösungen zu etablieren.

Motivation:

Verbesserung der Leistungsfähigkeit mobiler Energieversorgungseinheiten
Erhöhung der gravimetrischen Effizienz von Wasserstoffdruckbehältern durch neuartige ringförmige Bauweise
Kompetenzaufbau zur Herstellung von Wasserstoffdruckbehältern für den mobilen Einsatz in Sachsen
 

Ziele:

Herstellung schweißbarer Kunststoffhalbschalen im Spritzgussverfahren
Herstellung des Kohlenstofffaserverbunddruckbehälters im Ringwickelverfahren
Integration der Wasserstoffanschlüsse ins Innere des Tanks
Integration und Einsatz des neuen Ringdruckbehälters in mobilen Energieversorgungseinheiten
 

Laufzeit: Oktober 2018 bis 30. September 2021

Partner: FAE Elektrotechnik GmbH, LSE Lightweight Structures Engineering GmbH, Albert Polenz GmbH & Co. KG, Technische Universität Chemnitz – Institut für Strukturleichtbau & Professur Alternative Fahrzeugantriebe

Ein Projekt der Projektinitiative HZwo e.V.

Ansprechpartner

Aufgabengebiete

• Erarbeitung eines 2D-Layouts
• Auslegung und Dimensionierung sämtlicher Maschinenelemente wie Lager, Verzahnungen, Schaltelemente, Wellen, Gehäuse
• Layout und Konstruktion der Hydraulikeinheit
• 3D-Konstruktion des Gesamtgetriebes in ProE/Creo Elements
• Integration des Getriebes in den vorhandenen Bauraum
• Erstellen von Fertigungszeichnungen

Ansprechpartner

Ziel

Optimierung der Brennstoffzellenhybridfahrzeuge Generation „HyMotion 3“ der Volkswagen AG

Vorgehensweise

Entwicklung einer Längsdynamiksimulation

• Simulationsumgebung auf Basis der charakteristischen Kennlinien des Systems
• Einbindung von Labor- und Herstellermessdaten in die Simulationsumgebung

Vermessung der Fahrzeuge auf dem Rollenprüfstand

• Validierung der Längsdynamiksimulation
• Entwicklung eines Auswertekonzeptes
• Regelmäßige Vermessung der Fahrzeugflotte

Leistungsoptimierung

• Analyse der Leistungsreserven und Optimierung der Fahrdynamik

Effizienzoptimierung

• Entwicklung von neuen Hybridstrategien

Ansprechpartner

Mass Manufacture of MEAs Using High Deposition Processes

Laufzeit: 01.01.2018 - 31.12.2020
Förderung: 3,1 Mio. €

Projektpartner: 
Technische Universität Chemnitz
Università degli studi die Modena e Reggio Emilia
Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme
Johnson Matthey Fuel Cells Ltd
System Ceramics S.R.L.
INEA d.o.o.
Nedstack Fuel Cell Technology B.V.

Ziele:

• Entwicklung eines neuartigen, kontinuierlichen Prozesses zur Herstellung von PEM-Brennstoffzellen-versiegelten CCMs auf der Grundlage der sequentiellen Abschiedung von Schlüsselkomponentenschichten - ein CCM-Abscheidungsprozess mit "additiver Schicht"
• Identifizierung, Bewertung und Integration ausgereifter Ablagerungstechniken, die (bereits) in Dünnschichtgeräten außerhalb der Brennstoffzellenindustrie eingesetzt werden
• Etablierung der Fähigkeit des Prozesses zur schrittweisen Steigerung der Produktionsleistung um mehr als das Zehnfache im Vergleich zur kontinuierlichen Fertigung nach dem Stand der Technik
• Validierung versiegelter CCMs in einem stationären Brennstoffzellenstapel
• erhöhte Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Brennstoffzellenindustrie als Folge der Projektergebnisse

Kontakt:

Vladimír Buday (Projektkoordinator, Technische Universität Chemnitz)

Dr. Silvain Buche (Technischer Koordinator, Johnson Matthey Fuel Cells Ltd)

Jiří Hrdlička (Deputy, Technische Universität Chemnitz)

Mandy Polster (Day-to-day Manager, Technische Universität Chemnitz)

Ziel

• Leichtbau und Funktionsintegration im Fahrzeug VW up!
• Aufbau eines Niedervoltbatteriefahrzeugs mit technischer Unterstützung von VW
• MERGE up! als konkreter Technologieträger für alle Arbeitsgruppen des Exzellenzclusters
• Demonstration des hocheffizienten ESD-Antriebskonzeptes der TU Chemnitz

Vorgehensweise

• Beschaffung zweier Serienfahrzeuge (eines als freundliche Spende der Volkswagen AG)
• Kostengünstige Realisierung der elektrischen Antriebe in einem Niederspannungsnetz (48V-72V)
• Umrüstung des bisherigen Antriebsstrangs für einen elektrischen Antrieb mit zwei Motoren
• Adaption eines zusätzlichen Steuerungsmoduls für den Betrieb des elektrischen Antriebsstrangs in der bestehenden Struktur
• Integration der Leichtbaukomponenten in den Demostrator

Ansprechpartner

Ziel

Auslegung und Optimierung eines Elektroantriebssystems für hochdynamische Beanspruchungen in Fahrzeugen

Vorgehensweise

Entwicklung eines Antriebskonzeptes

• Erstellung einer Längsdynamiksimulation zur Abschätzung des benötigten Energiebedarfs
• Auswahl einer geeigneten elektrischen Maschine und Getriebeübersetzung
• Auslegung des Motors und Batteriesystems

Neuaufbau des Elektro-Go-Karts

• Umbau der ursprünglichen Rahmenkonstruktion zur Optimierung der Gewichtsverteilung
• Einbau eines hydraulischen Bremssystems
• Entwicklung und Bewertung von Packaging-Konzepten
• Auslegung und Umbau des Fahrwerks

Entwicklung und Erprobung verschiedener Betriebs- und Hybridstrategien

• Simulative Bewertung der Strategien
• Experimentelle Auswertung und Applizierung

Ansprechpartner

Ziel

• Auslegung eines Ejektors zur passiven Rezirkulation
• Druckregelstrategie
• Integration aller Anodenkreiskomponenten in ein Bauteil
• Nutzung der vorhanden Druckenergie im komprimierten Gas
• Harmonisierung der Gasverteilung
• Austreiben von Produktwasser und Inertgasen
• Rückführung von unverbrauchtem Wasserstoff

Vorgehen

• Tool zur Auslegung und Optimierung der Geometrie
• Verifizierung mittels CFD-Simulation
• Fertigung und Test

Ansprechpartner

Ziel

Umsetzung eines Eingangantriebes für Elektrofahrzeuge

Vorgehensweise

• Erarbeiten einer Antriebsstruktur
• Umsetzung der Antriebsstruktur in eine 3D-Konstruktion
• Auslegung und Dimensionierung relevanter Maschinenelemente
• Konzipierung und Umsetzung des Kühlungs- und Schmierungskonzeptes
• Erstellen von Fertigungszeichnungen
• Fertigung der Prototypenbauteile
• Montage und Versuchsdurchführung

Ansprechpartner

ESF-Nachwuchsforschergruppe
REACT with H₂: Effektive und nachhaltige Wasserstoffspeicherung für Brennstoffzellen

Das Sächsische Staatsministerium für Wissenschaft, Kultur und Tourismus startete im Rahmen der Initiative REACT-EU ein neues Förderprogramm für Nachwuchsforschende an den sächsischen Hochschulen, in dem auch das Projekt „REACT with H₂: Effektive und nachhaltige Wasserstoffspeicherung für Brennstoffzellen“ der Technischen Universität Chemnitz mit rund 312.000 Euro gefördert wird. Daran beteiligt sind fünf Professuren aus zwei Fakultäten der Universität.

Ziel der Nachwuchsforschenden ist es, bis Ende 2022 innovative Werkstoffe und Prozesse zu entwickeln, die sowohl eine sichere Betankung von mit Wasserstoff angetriebenen Fahrzeugen beschleunigen als auch eine anforderungsgerechte und zuverlässige Bereitstellung von Wasserstoff für leistungsfähige Brennstoffzellenantriebe ermöglichen. Durch die Entwicklung und Bereitstellung von reproduzierbaren, großserientauglichen Prozessen sollen die Kosten bei der Wasserstoffspeicherung merklich reduziert werden. Werkstoffseitig stehen der sehr gut verfügbare und im Vergleich zu aktuellen Batterieantrieben erheblich kostengünstigere Leichtbauwerkstoff Magnesium und dessen Legierungen im Fokus. Die Nachwuchsforschenden untersuchen die Speicher- und Abgabediffusionsgeschwindigkeit, insbesondere von Reinmagnesium sowie von ausgewählten MgAl-basierten Legierungen.

Beteiligte Professuren:

• Professur Alternative Fahrzeugantriebe ALF
• Professur Materialien für innovative Energiekonzepte MC
• Professur Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde PVW
• Professur Werkstoff- und Oberflächentechnik WOT
• Professur Werkstoffwissenschaft LWW

Laufzeit: 01.02.2022 - 31.12.2022

Förderung und Projektträger: Europäischen Sozialfonds (ESF), Freistaat Sachsen gefördert, Sächsische Aufbaubank (SAB)

Ansprechpartner

Ziel

Energieeinsparung durch schaltbare Kupplungen mit zwei stabilen Endlagen ohne permanente Betätigung

Vorgehensweise

Definition von Randbedingungen

• Bauraumanalyse
• Analyse der Lasten in einzelnen Belastungszuständen

Variantenentwicklung

• systematisierte Auswahl von Konstruktionselementen für einzelne Teilaufgaben
• Entwicklung von Lösungsvarianten

Auswahl und Prototypenentwicklung

• Simulation und Auslegung der Schaltkomponenten
• Variantenauswahl anhand definierter Parameter
• Detailkonstruktion von Prototypen

Eigenschaftsnachweis

• Bau von Prototypen
• Entwicklung und Umsetzung von geeigneten Prüfständen
• Dokumentation und Auswertung von Langzeittests

Ansprechpartner

Laufzeit: 01.01.2018 - 30.06.2021

Förderung: 4 mio €

Fördermittelgeber: Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU, Brüssel)

Projektpartner:

Optimium CPV (Zonhoven, Belgien, seit 2018 Teil von Plastic Omnium)

Anleg GmbH (Wesel, Deutschland)

Raigi (Rouvray-Saint-Denis, Frankreich)

Technische Universität Chemnitz (Chemnitz, Deutschland)

Volkswagen GmbH (Wolfsburg/Isenbüttel, Deutschland)

Absiskey (Grenoble, Frankreich)

Bundesanstalt für Materialforschung (Berlin, Deutschland)

Polarix Partner (Saarburg, Deutschland)

Kurzbeschreibung:

Fahrzeughersteller konnten bisher erfolgreich den Einsatz von Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeugen mit Reichweiten über 500 km an Prototypen nachweisen. Das Erreichen dieser Reichweiten stellt die Hersteller derzeit noch vor Herausforderungen hinsichtlich Bauraumeinschränkungen, Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Kosten.

Das von Industrieandwendern mit Erfahrungen in Wasserstoffanwendungen für Automobil- und Luftfahrtindustrie geführte TAHYA-Konsortium fokussiert sich auf die Entwicklung eines vollständigen, international wettbewerbsfähigen, kostengünstigen und innovativen Wasserstofftanksystems für Automobilanwendungen.

Ziele

• Entwicklung eines Wasserstoffspeichersystems gemäß Automobilhersteller-Anforderungen unter besonderer Berücksichtigung der Sicherheit
• Optimierung des Tankdesigns hinsichtlich Massenproduzierbarkeit und Herstellungskosten
• Einbringung in die Entwicklung von Normen und Standards anhand der erhaltenen Versuchsergebnisse zur Weiterentwicklung der Normen GTR13 (und EC79)

Kontakt:  Senén Moya Sáez

Homepage: www.tahya.eu

Ansprechpartner

Ziel

Auslegung von Brennstoffzellensystemen der Leistungsklasse 1 – 200 kW endsprechend verschiedener Arbeitsfelder

Vorgehensweise

Erstellung einer Kennfeldbibliothek

• Messung von Systemkomponenten
• Daten aus externen Messungen
• Herstellerkennfelder
• Skalierungsgrößen definieren
• Interpolationen der Komponenten nach Skalierungsfunktionen

Erstellung eines Auswahlalgorithmus in Matlab/Simulink

• Gewichtung nach Arbeitsbereichen
• Auswahl passender Komponenten
• Auswahl der optimalen Komponente für den geforderten Arbeitsbereich

Entwicklung Systemsimulation

• Bewertung des aus den ausgewählten Komponenten geschaffenen Systems

Ziel

• Entwicklung eines kostengünstigen und leicht herstellbaren Freilaufs
• Entwurf von Funktiongeometrien für den Einsatz von Kunststoffen
• Einsatz des Freilaufs in Fahrzeugen und Fördereinrichtungen

Vorgehensweise

• Entwicklung eines neuen Freilauffunktionsprinzips
• Untersuchung der Reib- und Verschleißeigenschaften für Kunststoffpaarungen
• Konstruktion von Prototypen für die Herstellung im Spritzgussverfahren
• Aufbau von Werkzeugen und Bemusterung der Prototypen durch eine Partnerfirma
• Prüfstandsuntersuchungen zum Nachweis der Funktionsweise und der Belastbarkeit

Ansprechpartner

Ziel

• Verringerung der innermotorischen Reibungsverluste
• Reduktion des Kraftstoffverbrauchs, insbesondere im Stadtverkehr
• Reduzierung der Prozesskosten, um den Mehraufwand der Wälzlagerung auszugleichen
• Integration weiterer Funktionalitäten, wie konzentrische Nockenwelle (Cam in Cam) oder Zylinderabschaltung

Vorgehensweise

Ermittlung der auf die Nockenwelle wirkenden dynamischen Belastungen

• Erstellung eines MKS-Modells
• Berechnung der Kennfelder für die Nockenkräfte, Drehmomente und Biegemomentbelastungen
• Ermittlung der durch Resonanzschwingungen der Nockenwelle durch die Nocken geleiteten Drehmomente
• Berechnung der Kräfte auf die Nockenwellenlagerung
• Ermittlung der maximalen Schiefstellungen der Welle unter der Lagerung

Lebensdauerberechnung der Lagerung

• Getrennte Berechnung der Schädigung für Wälzkörper, Innen- und Außenring
• Vergleich mit Katalogangaben

Auslegung der Passungen für die Pressverbindung Nocken-Welle

Ansprechpartner:

 Dipl.-Math. techn. Martin Uhlmann

Ziel

Analyse des ökonomischen und ökologischen Potentials der Wasserstofferzeugung aus Erdgas als Brückentechnologie zur reinen Wasserstoffwirtschaft

Vorgehensweise

• Erarbeitung und Vergleich möglicher Varianten der Herstellung und Verteilung von aus russischem Erdgas erzeugtem Wasserstoff nach Westeuropa mit konkurrierenden Herstellungsvarianten
• Identifikation und Bewertung der Kosteneinflussfaktoren
• Entwicklung und Auswertung eines Kostenmodells
• Beurteilung der Relevanz der einzelnen Parameter mittels Sensitivitätsanalyse
• Bewertung der wirtschaftlichen Vorteilhaftigkeit und der ökologischen Situation
• Kooperation mit der OOO "DonGaz" und der Staatlichen Technischen Universität des Dongebiets, beide Rostow am Don, Russland

Ansprechpartner