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Per digitalem Zwilling zum effizienten E-Bike

Forschungsgruppe der TH Nürnberg entwickelt neue Versuchs- und Simulationsmethoden für den Antriebsstrang von Elektro-Leichtfahrzeugen.

Modifizierte Pedelec-Batterie mit Messdatenerfassungssystem; Foto: TH Nürnberg, Benjamin Lekscha

Durch den weltweiten Trend der Urbanisierung ergeben sich insbesondere für die Bereiche Energie, Logistik und Mobilität neue Herausforderungen. Gleichzeitig schafft die aktuelle Entwicklung bei den Batterien immer bessere Voraussetzungen für neue Mobilitätskonzepte auf Basis von Elektro-Leichtfahrzeugen.

Der Trend zu solchen Fahrzeugen ist an zweistelligen Zuwächsen von hochwertigen Pedelecs und E-Bikes abzulesen. Gefragt sind immer höhere Reichweiten, ein möglichst geringeres Gewicht und eine hohe Lebensdauer. Um diesen Zielkonflikt auflösen zu können, ist es notwendig die Schlüsselkomponenten des Antriebsstrangs im Fahrbetrieb zu analysieren und zu optimieren.

Die Forschungsgruppe für Dezentrale Energiewandlung und Speicherung des ENERGIEregion-Mitglieds Technische Hochschule Nürnberg arbeitet am Nuremberg Campus of Technology an neuartigen Analysemethoden auf Basis eines digitalen Zwillings des Antriebsstrangs. Durch eine modellbasierte Simulation des Antriebsstrangs aus Batterie, Elektromotor und Steuerung sowie Messungen von Fahrzeug, Fahrbahn und Umgebung im Fahrbetrieb werden so praxisnahe Aussagen zu Reichweite und Lebensdauer der Batterie möglich.

Christian Kiepfer kalibriert das Messdatenerfassungssystem des untersuchten Pedelecs
Christian Kiepfer kalibriert das Messdatenerfassungssystem des untersuchten Pedelecs; Foto: TH Nürnberg, Benjamin Lekscha

Das Simulationsmodell als digitaler Zwilling des Antriebs reduziert dabei den Bedarf für kostenintensive Versuche und ermöglicht so eine effizientere Entwicklung. Versuchseinrichtungen zur Umgebungssimulation erlauben die Überspitzung von Alterungseinflüssen an der Batterie im Laborversuch, Analysetechniken zur Zellcharakterisierung zeigen die quantitativen Auswirkungen auf.

Benjamin Lekscha (rechts) stellt Temperaturen am Thermo-Batterieprüfschrank der TH Nürnberg ein
Benjamin Lekscha (rechts) stellt Temperaturen am Thermo-Batterieprüfschrank der TH Nürnberg ein; Foto: TH Nürnberg, Tim Neiertz

Die Tests mit Fahrprofilen in den Laboren der TH Nürnberg werden von einem interdisziplinären Team aus den Bereichen Elektro- und Fahrzeugtechnik durchgeführt, die dabei auch auf das Wissen von Spezialisten aus den Bereichen Thermomanagement und Elektrochemie zurückgreifen.

Das Ziel der Forschungsgruppe für dezentrale Energiewandlung und Speicherung (ENE) um Prof. Dr. Frank Opferkuch ist es Elektro-Leichtfahrzeuge noch zuverlässiger, effizienter und günstiger zu machen.

Kontakt zur Forschungsgruppe:
Prof. Dr. Frank Opferkuch
frank.opferkuch@th-nuernberg.de

Text: Christian Kiepfer und Benjamin Lekscha, TH Nürnberg

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