Research Projects
Present Research Projects
„Entwicklung eines turbinenbasierten Luftversorgungssystems für Brennstoffzellen-Antriebe mit Fokus auf die integrale Steuerung, die energieeffiziente Leistungselektronik und die rekuperative Luftladetechnologie.“
Die IHI Charging Systems International GmbH, Silver Atena GmbH und die Technische Universität Chemnitz entwickeln einen energieeffizienten, turbinenunterstützten Luftverdichter (Turbokompressor) für Fahrzeuge mit Brennstoffzellenantrieb.
Das gemeinsame Forschungsprojekt der drei Partner zielt auf die Reduzierung der Systemkosten eines Brennstoffzellensystems ab. Somit soll zukünftig die wirtschaftliche Attraktivität der Brennstoffzellen-Technologie merklich erhöht und die wasserstoffbasierte Elektromobilität nachhaltig gefördert werden.
Erreicht werden kann dies durch:
- missionsoptimierte Auslegung des Brennstoffzellensystems,
- Einsatz eines energieeffizienten, turbinenunterstützen Luftverdichters,
- kostenoptimale Realisierung der Komponenten
- energieeffiziente Gestaltung des Steuerungskonzeptes.
Der Luftverdichter ist eine wesentliche Komponente des Brennstoffzellenantriebs. Durch die Umsetzung neuer Konstruktionskonzepte können dessen Herstellungskosten nachweislich gesenkt werden. Gleichzeitig kann der Systemwirkungsgrad durch eine Abstimmung der Komponenten auf die Anwendung verbessert werden.
Das von den drei Parteien angestrebte Lösungskonzept sieht vor, dass die Abgasenergie dem Luftverdichter zugeführt und in einer Turbine zurückgewonnen wird. Dieser Vorgang führt dazu, dass der Energiebedarf des Aufladesystems um bis zu 40 % reduziert werden kann. Kosten- und Gewichtsreduzierungen werden durch verschleißoptimierte Luftlager, material- und fertigungsoptimierte Mechanik sowie die konsequente Verwendung von Leichtbaustoffen erreicht. Die sehr hohen Dynamikanforderungen und Spitzenlastleistungen werden mithilfe energieeffizienter Leistungselektronik über eine spezielle Regelungstechnik sichergestellt.
Die Laufzeit des vom Ministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekts mit einem Gesamtvolumen von zwölf Millionen Euro ist auf 33 Monate festgelegt. Ein erfolgreicher Markteinstieg wird im Bereich der Langstrecken-Nutzfahrzeuge erwartet, dabei stehen vor allem leistungsstarke Zugmaschinen im Fokus. Für diese Anwendung können aufgrund der langen Einsatzzeiten die Anfangsinvestitionen durch die eingesparten Betriebskosten schneller gedeckt werden.
IHI Charging Systems International GmbH (ICSI) ist eine Tochter der IHI Corporation (Tokio). Ihre Mitarbeiter entwickeln, produzieren und vertreiben Turbolader für die europäische Automobilindustrie. Der Hauptsitz des Unternehmens befindet sich in Ichtershausen (Thüringen).
Die Professur Alternative Fahrzeugantriebe (ALF) der Technischen Universität Chemnitz betreibt Forschung im Bereich der Elektromobilität. Der Fokus liegt dabei auf brennstoffzellenelektrischen Antrieben.
Silver Atena GmbH bietet als Premium-Entwicklungspartner und Hightech-Lieferant intelligente Lösungen für Prototypen und Kleinserien im Bereich sicherheitsrelevanter Systeme und Leistungselektronik.
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Erik Pohl M. Sc.Das Ziel von DIONA ist es einen MobiKreis-Digital-Hub zur kreislauffähigen Wertschöpfung in der
Automobilindustrie aufzubauen, der als Anlaufstelle und Innovationszentrum für relevante Akteure
fungieren und die interdisziplinäre Zusammenarbeit fördern soll. Die im Rahmen der Bekanntmachung
„MobilKreis“ geförderten Verbundprojekte werden vernetzt, um die wesentlichen Erkenntnisse als
anwendungsnahe Methoden und Werkzeuge in Unternehmen crossmedial über den MobilKreis-Digital-Hub
zugängig gemacht. Fragestellungen zum Nachhaltigkeitsverständnis, zu sozio-technischen Arbeitsabfolgen,
zur Bereitstellung nachhaltiger Geschäftsmodelle sowie zur durchgängigen Digitalisierung in
geschlossenen Wertschöpfungskreisläufen werden eingehend untersucht und Methoden- und
Werkzeugbaukästen als auch cyber-physische Labore zur Verprobung von Lösungsansätzen entwickelt
und aufgebaut. Durch DIONA wird die zukünftige Ausgestaltung der Kreislaufwirtschaft kooperativ und
synergetisch vorangetrieben.
Ziel des Teilprojektes der TU Chemnitz ist die systematische Ableitung von Anwendungsfällen in der
nachhaltigen Kreislaufwirtschaft. Dabei werden insbesondere Lösungen für KMU zur Beurteilung,
Entscheidung und Einführung von Anwendungen geschaffen. Zur Veranschaulichung wird ein hybrides
Labor an der TU Chemnitz aufgebaut, das am Beispiel der Brennstoffzelle Potentiale und Wirkweisen
ausgewählter Aspekte der Kreislaufwirtschaft sowohl am physischen Objekt als auch in dessen digitaler
Repräsentation aufzeigt. Damit sollen verschiedene Interessensgruppen, wiederum mit Schwerpunkt KMU,
an die Thematik herangeführt werden und Entscheidungshilfen für mögliche individuelle Umsetzungen
erhalten. Gleichermaßen findet im Teilprojekt die Prozessperspektive im Kontext Kreislaufwirtschaft
Berücksichtigung, indem etwa die Eignung moderner Prozessmanagementansätze und -technologien
untersucht wird.
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Dipl.-Ing. (FH) Benjamin Koch"Wasserstoffstraßenbahn der neusten Generation"
Mit dem Fördervorhaben wird die erste mit Wasserstoff betriebene Straßenbahn in Europa vorbereitet. In Fortführung des F&E – Projektes „H2-TRAM“ werden die erforschten Einzelsysteme in einem Fahrzeug-Versuchsträger technisch und funktional zusammengeführt. Neben der Validierung der technischen Lösungen und der Funktionalität des Gesamtfahrzeuges, werden Voraussetzungen für die regelgerechte Zulassung und kostengünstige Fertigung zukünftiger Wasserstoff-Brennstoffzellen – Straßenbahnen geschaffen.
Besonders im Personen-, Schwerlast- und Güterverkehr besteht aufgrund der höheren Massen und erforderlichen Reichweiten immer mehr Einigkeit, dass Wasserstoffantriebe einen großen Beitrag für die grüne Mobilität leisten werden. Neben Anwendungen im Regionalbahn-, Bus- und LKW-Verkehr, ist eine Erweiterung dieser alternativen Antriebstechnologie auf den schienengebundenen, innerstädtischen Verkehr zwingend notwendig, um eine wettbewerbsfähige Alternative zur Oberleitung und zum Batteriebetrieb nutzbar zu machen. Mit dieser Motivation startete Ende 2020 das Forschungsvorhaben „H2-TRAM“, welches die Umsetzung einer wasserstoffbetriebenen Straßenbahn ohne die Notwendigkeit einer Oberleitungsinfrastruktur untersuchte. Es wurde ein vielfältig einsetzbares Fahrzeugkonzept entwickelt, welches unter anderem als virtueller Prototyp für die Simulation des Energiemanagements genutzt wird. Seit Start des Projektes erhalten die beteiligten Projektpartner vermehrt Anfragen von Städten und Betreibern, wann die erste Bahn betriebsbereit ist. Städte wie Kiel, Berlin, Leipzig, Chemnitz, Kassel oder Dortmund sehen in der Technologie eine Alternative und werden bei entsprechendem technologischem Reifegrad den Einsatz von Wasserstoffstraßenbahnen in ihren zukünftigen Planungen berücksichtigen. Es ist vorstellbar, dass die moderne Stadt, die auch den Luftraum für ihre Mobilität erschließt, oberleitungsfrei sein wird.
Im nächsten Schritt sind die erzielten Projektergebnisse in einen Versuchsträger zu integrieren und als Gesamtsystem zu erproben. Nur eine technische und funktionale Validierung der Systemkomponenten und des Fahrzeug-Gesamtsystems liefern die Grundlagen für Fahrzeugentwicklungen und Fertigungen durch deutsche und europäische Hersteller, die im Wettbewerb mit der asiatischen Konkurrenz stehen.
Hier wird seit geraumer Zeit an Wasserstoffstraßenbahnen gearbeitet. Unter anderem realisiert Hyundai Rotem aktuell ein „Hydrogen Tram Concept“1. In Foshan wird ein ganzheitliches Konzept für den Einsatz von Wasserstoffstraßenbahnen, geliefert von CRRC Sifang, bereits umgesetzt. Beide Hersteller planen zeitnah den Eintritt in den europäischen Markt.
Das geplante Projekt liefert die Voraussetzungen für den Erhalt von Wettbewerbsfähigkeit und Technologieführerschaft einheimischer Hersteller. Durch die assoziierte Partnerschaft der Görlitzer Verkehrsbetriebe, welche den Versuchsträger nach Projektende übernehmen, bietet sich zudem die Chance einen realen Anwendungskontext zu bedienen und praxisrelevante Anforderungen direkt in das Projekt einfließen zu lassen.
[1] https://www.lok-report.de/news/uebersee/item/19572-korea-hyundai-rotem-und-ulsan-city-unterzeichnen-mou-zur-einfuehrung-der-ersten-wasserstoff-elektrischen-strassenbahn-in-korea.html
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Erik Pohl M. Sc.
Das Verbundvorhaben HZwo:Boost setzt den Fokus auf die Entwicklung von innovativen, effizienten, sicheren und kostengünstigen Produktionsprozessen zur Herstellung von Niedervolt und Hochvolt Wasserstoff-Rezirkulationsgebläsen (HRB).
Laufzeit:
01. Januar 2024 bis 31. Dezember 2026
Förderung und Projektträger:
BMWI: 7. Energieforschungsrahmenprogramm; Projektträger Jülich
Projektpartner:
- Pierburg Pump Technology GmbH - Rheinmetall
- SITEC Industrietechnologie GmbH
- Technische Universität Chemnitz - Professur Alternative Fahrzeugantriebe
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Phillip Hübner M. Sc.Patrick Schaarschmidt M. Sc.
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Das Projekt HZwo:G³BIP ist ein Vorhaben der industriellen Forschung von mittelständischen Unternehmen und der Forschungseinrichtung zur Entwicklung einer neuartigen großserientauglichen Bipolarplatte aus Graphit-Compound, dessen Halbzeuge im Extrusionsverfahren hergestellt und in einem Folgeverbundprozess zu einer fertigen BIP verarbeitet werden sollen.
Projektschwerpunkte:
- Entwicklung und Charakterisierung unstrukturierter Halbplatten
- Automatisierte Qualitätskontrolle der unstrukturierten Bipolarplatten-Halbzeuge sowie der gefügten Bipolarplatten
- Reinigung und Nachbearbeitung der strukturierten Bipolarplatten-Halbzeuge
- Fügen der strukturierten Halbplatten zu Bipolarplatten inkl. Dichtheitsprüfung
- Untersuchung und iterative Optimierung der Materialzusammensetzung
- Systemintegration in ein Gesamtlayout und Zusammenführung in einen ganzheitlichen virtuellen Produktionsprozess
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Christian Schmidt M. Sc.André Diers M. Sc.
Kern des Vorhabens ist die Entwicklung einer automatisierten Prozesskette für die Herstellung funktionalisierter Polymer/Graphit-Bipolarplatten unter Verwendung des Spritzprägeverfahrens. Hierfür sind eigens zu entwickelnde textile Einleger automatisiert zu handhaben und in Verbindung mit einem ebenso hier zu entwickelnden Compound zu der funktionalisierten Bipolarplatte zu vereinigen. Zur Erhöhung der Fertigungsrate ist dafür ein Mehrkavitätenwerkzeug zu entwickeln und anzuwenden. Ein spezifisch zu entwickelndes MEA-System in Verbindung mit einer Technologie für die Qualitätssicherung ergänzen die Entwicklungsinhalte und ermöglichen den Funktionsnachweis der entwickelten Technologien. Ergebnis sollen langlebige und spezifisch funktionalisierte Polymer/Graphit-Bipolarplatten sowie eine speziell dafür automatisierte Forschungsanlage sein, sodass eine voll funktionsfähige Forschungsbrennstoffzelle zur Bewertung der gesamten Wertschöpfungskette bis zum funktionstüchtigen Stack weiterentwickelt, digitalisiert, skaliert und kalkuliert werden kann
Motivation:
- Marktaktivierung von Polymer/Graphit-Brennstoffzellen durch Senkung der Produktionskosten
- Ansiedlung einer Wertschöpfungskette für graphitische Brennstoffzellenkomponenten in Sachsen
- Zugewinn von Knowhow für großserientaugliche Fertigungsanlagen
- Erweitern der Kompetenzen durch interdisziplinäre Zusammenarbeit
Ziele:
- Erhöhung der mechanischen und elektrischen Leistungsbereiche für Polymer/Graphit-Bipolarplatten
- skalierbare und wiederholgenaue Herstellung in einem automatisierten Anlagensystem
- fertigungsgerechtes sowie mit MEA ergänzendes Bipolarplattendesign
- qualitative und quantitative Erfassung von Bauteil- und Prozessgrößen zur ökologischen, energetischen und ökonomischen Bewertung als Basis für umfassende Prozessmodellierungen
Laufzeit:
01. November 2021 bis 31. Oktober 2024
Förderung und Projektträger:
BMWI: 7. Energieforschungsrahmenprogramm; Projektträger Jülich
Projektpartner:
- WESKO GmbH
- Xenon Automatisierungstechnik GmbH
- NOON GmbH
- WätaS Wärmetauscher Sachsen GmbH
- Strobelt CAD/CAM-Service
- Technische Universität Chemnitz (Professur Alternative Antriebe und Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung)
- Xenon Automatisierungtechnik GmbH
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Patrick Schaarschmidt M. Sc.Phillip Hübner M. Sc.
Kern des Vorhabens ist die Prozess- und Produktentwicklung für die serientaugliche Herstellung von Polymer/Graphit-Bipolarplatten mittels des Spritzprägeverfahrens. Die schonende Werkstoffzuführung, die kurzen widerstandsfreien Fließwege und gleichmäßige Druckverteilung im Werkzeug soll die effektive Verarbeitung des hochviskosen Werkstoffs ermöglichen. Hierzu wird ein fertigungsgerechtes Design mit den Methoden der Fließsimulation und Vorversuchen entwickelt und in eine herstellbare Bauteil- und Werkzeuggeometrie überführt und erprobt. Die Technologie hat sowohl die Herstellung von Rohlingen für die mechanische Weiterverarbeitung als auch die Herstellung von fertigen Bipolarplatten zum Ziel. Um die erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erreichen, werden kritische Bauteilsegmente durch die Einbettung spezifisch konfektionierter Textilstrukturen verstärkt. Im Brennstoffzellenlabor werden qualitätsbestimmende chemische, physikalische und mechanische Eigenschaften bewertet. Ergebnis ist eine Technologie zur Herstellung von Bipolarplatten für kleine, mittlere und große Serien.
Motivation:
- Marktaktivierung von Polymer/Graphit-Brennstoffzellen durch Senkung der Produktionskosten
- Ansiedlung einer Wertschöpfungskette für graphitische Brennstoffzellenkomponenten in Sachsen
- Erweitern der Kompetenzen durch interdisziplinäre Zusammenarbeit
Ziele:
- Prototyp einer serientauglichen und kostengünstigen graphitischen Bipolarplatte sowohl für Klein- als auch Großserien
- konkurrenzfähige Produktabmessungen zu metallischen Bipolarplatten
- verbesserte mechanische und elektrische Eigenschaften der graphitischen Bipolarplatten
- Verfahrensangepasste Werkstoffrezeptur
Förderung und Projektträger:
BMBF: „WIR! – Wandel durch Innovation in der Region“ – Bündnis: „SmartERZ“; Projektträger Jülich
Laufzeit:
01. November 2021 bis 31. Oktober 2024
Projektpartner:
- WESKO GmbH
- Technische Universität Chemnitz: Professur Alternative Fahrzeugantriebe & Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung
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Dr.-Ing. Nico KellerPhillip Hübner M. Sc.
ESF-Nachwuchsforschergruppe
HZwo:StabiGrid
Technische und ökonomische Auslegung des Wasserstoffsystems zur Stabilisierung
des Elektronetzes für 80% erneuerbare Energien
Im Projekt "HZwo:StabiGrid - Technische und ökonomische Auslegung des Wasserstoffsystems zur Stabilisierung des Elektronetzes für 80% erneuerbare Energien" kooperieren sieben Professuren der TU Chemnitz bei der Betrachtung der Netzstabilität im Zuge der Energiewende und bei der Untersuchung von Integrationsmöglich- keiten von Wasserstoffsystemen in das Stromnetz. In diesem Kontext soll die notwendige Kapazität von Energiespeichern im Verhältnis zu traditionellen und erneuerbaren Erzeugungsanlagen zur Gewährleistung der Netzstabilität zur Diskussion gestellt werden. Die Nachwuchsforschungsgruppe entwickelt zu diesem Zweck einen Leitfaden, der das Risiko von Netzinstabilitäten für verschiedene Kombinationen von Stromerzeugungsanlagen und Energiespeichern beschreibt. Das transdisziplinäre Konsortium widmet sich der Frage, welche Belastungen auftreten und ob potentielle Lösungen ökologisch und technisch vertretbar sind. Als Ergebnis des Projektes ist neben der wissenschaftlichen Qualifizierung der einzelnen Projektteilnehmer ein Technologietransfer durch Aktivitäten im HZwo e.V. - Netzwerk mit Kooperationen zu Industriepartnern geplant. Diese Nachwuchs- forschungsgruppe leistet einen aktiven Beitrag zur Einrichtung eines Wasserstoffzentrums an der TU Chemnitz, welches im angepassten Hochschulentwicklungsplan 2025 anvisiert wird.
Aus dem oben beschriebenen, komplexen Wechselspiel von Energieangebot und -nachfrage der beteiligten Teilsysteme (Elektroenergiesystem, Wasserstoffsysteme, Energiemarkt) ergeben sich verschiedene wissenschaftliche Herausforderungen.
Die Professur für Alternative Fahrzeugantriebe wird im Rahmen dieses Projektes die Systembausteine Brennstoffzellen, Elektrolyseure und Batterien in den Fokus nehmen. Ziel ist die Entwicklung dynamischer Simulationsmodelle mit besonderem Fokus auf der Abbildung und Berücksichtigung von Degradationseffekten unter den gegebenen umwelt- und netzbedingten Randbedingungen. Hierbei sollen auch gezielt Wechselwirkungseffekte zwischen den Netzkomponenten in die Simulationsmodelle implementiert werden, sodass Einflüsse aus dynamischen Laständerungen auf die Lebensdauer von Wasserstoffkomponenten in einer gesamtheitlichen Betrachtung mitberücksichtigt werden können. Bisher vorhandene Modelle von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEM-BZ) sind aufgrund ihrer teils stark detaillierten chemisch-physikalischen Modellierungsstruktur für globale Netzsimulationsbetrachtungen nicht geeignet, analoges trifft auf Modelle für Elektrolyseure und Batterien zu. Es müssen daher neue Modellansätze entwickelt und erforscht werden, welche eine hinreichende Detailtiefe bei gleichzeitig hoher Simulationsdynamik gewährleisten. Daher ist die Zielstellung insbesondere kennfeldbasierte, empirische Modellstrukturen zu erzeugen und für Gesamtsimulationsbetrachtungen zu berücksichtigen. Um derartige Modelle ableiten und bedaten zu können, sind experimentelle Versuche an Brennstoffzellen, Elektrolyseuren und Batterien notwendig. Mittels des bereits vorhandenen Brennstoffzellenprüfstandes bei ALF können die empirischen Daten und Kennlinien bzw. Kennfelder für dynamische BZ-Simulationsmodelle ermittelt werden. Die neu beschaffte Elektrolyseureinheit kann analog im Betrieb unter definierten Szenarienbelastungen vermessen und hierdurch die Datenmodelle abgeleitet werden. Seitens der Batterien können mittels des neuen Batterietesters und -kalorimeters Zellen vermessen sowie empirische Zellmodelle abgeleitet und entwickelt werden. Die jeweils so erzeugten Einzelmodellansätze können dann über definierte Modellschnittstellen in ein übergeordnetes Netzsimulationsmodell implementiert werden.
Laufzeit: 1. Januar 2023 bis 31. Dezember 2024
Förderung und Projektträger: Europäischen Sozialfonds (ESF), Freistaat Sachsen gefördert, Sächsische Aufbaubank (SAB)
Weiterführende Links: Projekthomepage
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Patrick Schaarschmidt M. Sc.
Das Projekt HZwo:SuSyMobil adressiert die Industrialisierung im Bereich der Stack- und Systemkomponenten mit Hilfe der Adaption von Know-How und Expertise aus der Großserienfertigung. Die Ausgangsbasen bilden die im Projekt HZwo:STACK entwickelte akademische Open-Source-Stack (OSS) Plattform sowie die industriell orientierte Stackplattform eines Industriepartners. In der ersten Projektsäule erfolgt parallel zur Charakterisierung und Anwendungsintegration der wirtschaftlichen Plattform der Industrialisierungsprozess hinsichtlich Fertigung und Montage von Stacks bis hin zu standardisierten Prüfprozessen. Die zweite Projektsäule adaptiert das Aluminiumdruckgussverfahren als Großserientechnologie auf das Endplatten-Manifold-Modul. Vor dem Hintergrund der Ressourceneffizienz soll mittels eines neuartigen Ansatzes eine gezielte Porosität in das Bauteil eingebracht und der Materialeinsatz reduziert werden. Mit der Integration von Medienanschlüssen sowie einer Isolations- und Druckverteilungsstruktur wird das Endplattenmodul komplettiert. Begleitend werden Untersuchungen zur Medienbeständigkeit, insbesondere der Wasserstoffkorrosion, durchgeführt und entsprechende Gegenmaßnahmen abgeleitet. Die Projektbasis bildet die OSS-Plattform, die im Rahmen des Projektes in ihrer Baukastenstruktur um eine Automotive- orientierte Größe erweitert wird. Der bestehende OSS050 mit 50 cm² Aktivfläche wird zum Gesamtsystem weiterentwickelt, sodass Systembetrachtungen, wie die Simulation und Auslegung eines hybriden Wasserstoff-Rezirkulationskreislaufs, erfolgen können.
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René Schmiedel M. Sc.Untersuchung der Lebensdauer von Brennstoffzellen und BoP-Komponenten basierend auf realen Wasserstoff- / Luftqualitätsmessungen in China (LeBChi)
Motivation und Ziele:
- Datenerfassung aus der Anwendungsumgebung von FCV in Bezug auf Wasserstoff- und Luftqualität in China
- Einrichtung eines Bewertungssystems für Wasserstoff- und Luftqualität
- Untersuchung des Einflusses der Wasserstoff- und Luftqualität auf die Lebensdauer von Brennstoffzellen
- Untersuchung des Einflusses von BoP-Komponenten auf die Luftqualität und die Ableitung von Filtermaßnahmen und Filterelementen
- Finden von Ansätze zur Verlängerung der Lebensdauer von Brennstoffzellensystemen
Projektpartner:
- Professur Alternative Fahrzeugantriebe der TU Chemnitz
- Mann+Hummel GmbH, Ludwigsburg
- Zentrum für Brennstoffzellentechnik, Duisburg
Projektdaten
- Förderzeitraum: 01.01.2023—31.12.2025
- Fördergeber: BMDV
- Förderkennzeichen: 3B11034A
- Fördervolumen: ca. 1,3 Mio. €
Ansprechpartner:
ESF-Nachwuchsforschergruppe - Smarte Brennstoffzellen
Sensorintegration und effiziente Datenanalyse für die Regelung von Wasserstoffbrennstoffzellen
Das Projekt ReSIDA-H2 ist ein Vorhaben zur Entwicklung von Sensorintegrationskonzepten für Brennstoffzellen zur Messung wichtiger Systemkenngrößen im laufenden Betrieb. Beispiele für entsprechende Kenngrößen sind unter anderem die Temperatur, der Druck der zugeleiteten Gase, das Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis, die Feuchtigkeit sowie die Konzentration an sich anreichernden Fremdgasen wie Stickstoff oder Wasserdampf. Ziel ist die sensorische Erkennung ungünstiger Betriebszustände an kritischen Stellen des Brennstoffzellen-Systems, um eine Effizienzsteigerung und Verlängerung der Betriebsdauer zu erzielen.
Ziele:
- Entwicklung neuartiger Wasserstoff-Sensorkonzepte zur Integration in einen Brennstoffzellen-Stack
- Erarbeitung von praxisorientierten Integrationskonzepten und Sensorspezifikationen
- Effiziente Datenanalyse und Erstellung fortgeschrittener Regelungsalgorithmen
Laufzeit: 01. Januar 2023 bis 31. Dezember 2024
Beteiligte Professuren:
- Professur Angewandte Analysis (Projektkoordination)
- Professur Halbleiterphysik
- Professur Smart Systems Integration
- Professur Regelungstechnik und Systemdynamik
- Professur Alternative Fahrzeugantriebe
Förderung und Projektträger:
Europäischen Sozialfonds (ESF), Freistaat Sachsen gefördert, Sächsische Aufbaubank (SAB)
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Lucas Viriato M. Sc.Kern des Vorhabens ist die Entwicklung einer Titanlegierung, die hinsichtlich ihrer Wasserstoffkompatibilität und Wasserstoffpermeabilität alle Anforderungen um Bereich der Technologieträger erfüllt. Hierfür werden verschiedene additiven Fertigungstechniken und deren Prozesscharakteristika in ihrem Einfluss auf unterschiedliche Titanwerkstoffe analysiert. Im Ergebnis sollen langlebige und spezifische Legierungen entstehen, die speziell den hohen Anforderungen der Luftfahrt entsprechen.
Laufzeit:
01. Juni 2023 bis 31. März 2026
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Dr. rer. nat. Carmen MeuserThe main aim of the project is to contribute to accelerating the shift to safe use of sustainable climate neutral fuels in
waterborne transport through a full scale on board operational demonstration of a new system powered by hydrogen
fuel cells with maritime applications. An international consortium of top-notch entities covering the whole innovation
value chain will develop, validate and demonstrate a new zero emission passenger ship powered by hydrogen and the
associated hydrogen distribution, storage and bunkering solution. The ship will be specifically designed to operate in
the Adriatic Sea, which is known for its pristine environment and sensitive marine ecosystems.
Further information:
Cost allocation plan: FKZ-101138530
Duration: from 01.01.2024 until 31.12.2027 (48 months)
EC funding: Maximum grant amount: 13.503.786,25 €
TU Chemnitz: 672.872,50 €
- ALF >> 107.077,50 € (1/4 PM)
- SLK >> 565.795,00 €
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Senén Moya Sáez M. Sc.Completed Research Projects
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)
Contact
Dipl.-Ing. Philipp RathkeAim
- Reduction of friction losses in the motor
- Reduction of fuel consumption, especially in urban traffic
- Reduction of the process cost to make up for the additional effort for the rolling bearing
- Integration of further functionalities, such as concentric camshafts or cylinder deactivation
Approach
Determining the dynamic strain on the camshaft
- Development of an MKS model
- Calculation of characteristcs of cam forces, torques and bending moment loads
- Determination of the torques which are transmitted through the cams because of resonance vibrations of the camshaft
- Calculation of the forces acting on the camshaft bearing
- Determination of the maximum inclinations of the camshaft under the bearing
Durability of the bearing
- Separate calculation of the damage on the rolling elements, the inner and the outer ring
- Comparison with catalogue data
Design of the fits for the press-fit connection cam-shaft
CAMELOT: Understanding ChArge, Mass and hEat transfer in fueL cells fOr Transport applications
H2020 RIA Project:
Runtime: 1. January 1, 2020, suspended since April 1, 2021
EC Funding: 2 295 783.50 €
Consortium
- Sintef AS (Coordinator
- Johnson Matthey Fuell Cells Limited
- Technische Universität Chemnitz - Professur Alternative Fahrzeugantriebe
- Powercell AS
- Bayerische Motoren Werke Aktiengeselschaft
- Pretexo
Project number: 875155
Contact
Senén Moya Sáez M. Sc. 
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)
Contact
Dr.-Ing. Nico KellerTasks
- Creating a 2D layout
- Design and dimensioning of all machine elements, such as bearings, tooth systems, shifting elements, shafts, housings
- Layout and design of the hydraulic unit
- 3D design of the whole transmission in ProE/Creo Elements
- Integration of the transmission into the construction space
- Preparation of manufacturing drawings
Contact
Dipl.-Ing. Michael SchrankAim
- Improving efficiency and reducing battery costs for electric and hybrid vehicles
- Reducing energy consumtption
- Reducing operational limitations of electric vehicles
- Integration of components
Approach
Holistic optimisation from battery to wheel
- Optimising the efficiency of several components
- Parameter optimisation through a holistic simulation of the whole drive system
- Consideration of auxiliary units that are important from an energy perspective
- Efficiency improvement by applying multi-speed transmissions
Efficient Synergy Drive – ESD. A holistic drive concept
- Dual use of an advanced A/C drive for temperature regulation and partial-load range operation
- Two-speed powershift transmission
- Driving range extension through efficient power distribution
- Simple, cost-efficient and low-loss shifting actuator
- Compact design
Contact
Dipl.-Ing. Michael SchrankFit-4-AMandA: Future European Fuel Cell Technology: Fit for Automatic Manufacturing and Assembly
Fit-4-AMandA focusses on the industrialisation of stack production and delivering affordable fuel cell systems in larger quantities to saturate the emerging market/demand. Heart of the project is to build a worldwide new and unique machine which allows serially produce the centrepiece of fuel cell system: the stack. This will revolutionize the way how stacks are produced in future.
Motivation:
- Most manufacturers of fuel cell stacks are still assembling stacks manually
- Automation of the stacking process is necessary to achieve higher yields
- Non-destructive quality assurance (NDT-QA) test methods need to be accelerated accordingly
Objectives:
- Establish the technological roadmap to scale up from less than hundred stacks/year to 50,000 stacks/year in 2020 and beyond
- Redesign (adaptation) of current MEA and stack to optimise for manufacturability
- Development of an alternative concept to graphitic BPP based on a metallic BPP technology
- Development of fast inline NDT-QA test methods for automated production of MEAs and stack assembly
- Design and development of an automated processing unit/system for the manufacturing of key/critical stack components, i.e. MEAs
- Development, manufacturing and testing of technology and machine system for the automatic assembly of PEMFC stacks
- Validation of the developed designs, hardware, tools and software for the automated production of MEAs and automated stack assembly and the fast inline NDT-QA test methods
- Integration and field testing using prototype stacks manufactured by the automated processes into a light commercial vehicle provided by UPS
H2020 RIA project:
- Submitted within the call H2020-JTI-FCH-2016-1
- Duration: 45 months
- Start date: 1 March 2017
- EC Funding: €2,999,185
Project partners:
- 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.
Contact:
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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. | .jpg) |
Contact
Dr. Martin BiákGENERIC48V - 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
Contact
Dipl.-Ing. Michael SchrankAim
Development of a single-gear drive for electric vehicles
Approach
- Developing a drive structure
- Creating a 3D design based on said structure
- Design and dimensioning of relevant machine elements
- Conception and realisation of the cooling and lubrication concepts
- Preparing a manufacturing drawing
- Construction of the prototype components
- Assembly and testing
Contact
Dipl.-Ing. Michael Schrank
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.
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Dr.-Ing. Nico KellerAim
Analysis of the economic and ecological potential of the hydrogen production from natural gas as a bridging technology to a hydrogen-only economy
Approach
- Developing and comparing possible options of producing and distributing hydrogen made from Russian natural gas to Western Europe with competitive types of production
- Identification and assessment of factors influencing costs
- Development and evaluation of a cost model
- Assessment of the relevance of all parameters by means of a sensitivity analysis
- Assessment of economic advantages and the ecological situation
- Cooperation with OOO "DonGaz" and Don State Technical University, both in Rostov-on-Don, Russia
Contact
Prof. Dr.-Ing. Thomas von UnwerthMit 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
Contact
Florian Müller M. Sc. 
The project focuses on the process and product development of an innovative bipolar plate suitable for large production runs for passenger car fuel cells. Bipolar plates are currently main cost drivers of fuel cells. A production-compatible design is to be converted into a safe and easy-to-produce component and tool geometry using methods of forming simulation and preliminary tests. Functionalized and cost-effective semi-finished products are also investigated with regard to their damage-free forming and joining properties. Furthermore quality-determining chemical, physical and mechanical factors will be evaluated, and methods for quality assurance and process monitoring will be developed for serial production. The results of the investigations lead to a prototype that can be produced cost-effectively in large quantities.
Aim:
- Activation of the market for fuel cell vehicles by reducing production and material costs
- Establishing a value chain for future power trains in Saxony
- Skill development through interdisciplinary collaboration
Approach:
- Development of functionalized semi-finished products
- Prototyping of a cost-effective bipolar plate suitable for large production runs
- Energy efficient production processes and plants
- Scientific professional development of the core InnoTeam-members
InnoTeam HZwo:BIP:
- project duration: 1st of April 2016 – 31st of March 2019
- 11 sponsered core InnoTeam-members
- 8 further sponsered team-members
Contact: Dipl.-Ing. Karl Lötsch
Contact
Dipl.-Ing. David EckartNew processes for the large-scale production of metallic bipolar plates
funded by:
Abstract:
Bipolar plates (BPP) form the main mechanical structure of a fuel cell stack, which converts hydrogen by reacting with oxygen from the air into electricity, heat and water. The functionality of new types of automotive metallic BPP has already been demonstrated by individual users on the basis of components manufactured in small series, while the feasibility at the level of large series production is still pending. A particular challenge is the lack of appropriate inline measurement and testing methods that allow requirements for a robust and error-free manufacturing process to be defined and implemented. For this reason, the research project HZwo:FRAME - Large Series Bipolar Plate is concerned with research and functional verification of new manufacturing processes that enable large-scale production. It is important to link the individual production steps to an economical production chain and to convert them into an efficient system. Based on the manufacturing conditions defined by the processes used, a specially adapted bipolar plate is developed that meets the OEM requirements and is implemented in the form of a research function model using the processes investigated in the project. With its research activities, the project contributes to the expansion of the high-tech and scientific location for fuel cells and advanced powertrains in Saxony.
Motivation:
- There are currently very high production and material costs for the manufacturing of BPP
- Lack of efficient process chains for BPP production
- Consolidtation of Saxony as an industrial location through the establishment of new key technologies
Goals:
- Research into production processes of metallic BPP that are suitable for large-scale production and can be integrated within a process chain
- Constructive design of the BPP geometries and experimental implementation of functional models, taking into account new manufacturing processes and handling within the process chain
- Research and establishment of quality assurance measures along the entire value chain
Project term: June 1st, 2019 until March 31st, 2022
Funding and project sponsor: 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
Further Information: HZwo e.V.
Contact
Dr. rer. nat. Carmen MeuserPatrick Schaarschmidt M. Sc.
In mobility, there is a rethinking of resource-saving and emission-free drives. In addition to battery-powered vehicles, the focus is on fuel cells for electromobility. The aim is to reduce manufacturing costs through the large-scale use of metallic bipolar plates, because this can reduce the total mass of the fuel cell stacks and the production costs incurred. The reduction in the installation space leads to an increase in the power density, which necessitates new concepts for dissipating the heat loss. The reliable functional operation of the cooling system must be guaranteed even with changing temperature influences, accelerations or vibrations. Correspondingly, the seal, which prevents liquids and gases from escaping and ensures electrical insulation between the bipolar plates, is an essential focus of the project (sealing concept and processing technologies).
Start of the project: July 1st, 2019
Project duration: 34 months
Partner:
- Wärmetauscher Sachsen GmbH (WätaS)
- Fischer Werkzeugbau GmbH (Fischer)
- Chemnitz Werkstoff- und Oberflächentechnik gGmbH (CeWOTec)
- TU-Chemnitz (ALF, MFT)
Funding and project sponsor: European Regional Development Fund (ERDF) / Sächsische Aufbaubank (SAB)
Further links: HZwo e.V.
Contact
René Schmiedel M. Sc.
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.
Contact
André Diers M. Sc.
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'
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Dipl.-Ing. Philipp Rathke
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
Contact
Dr.-Ing. Nico KellerISELKO 
: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.
Contact
André Diers M. Sc.Mass Manufacture of MEAs Using High Deposition Processes
Runtime: 01.01.2018 - 30.06.2021
Förderung: 3.1 Mio. €
Project partner
Technische Universität Chemnitz (Coordinator - ALF, deposition - DPI)
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.
Project objectives:
- Development of novel, continuous manufacturing process of catalyst coated membranes based on additive layer manufacturing
- Identification, assessment and down-selection of mature deposition techniques already used in industries other than fuel cell production
- Optimisation of the additive layer manufacturing process to enable step-change increase in manufacturing volume notably above the target of 50 MW/year while maintaining performance parity with commercially available parts
- Increase in the competitiveness of the European fuell cell industry as a direct consequence of the project results
Contakt:
Vladimír Buday (Project coordinator, Technische Universität Chemnitz)
E-Mail: vladimir.buday@mb.tu-chemnitz.de
Telefon: +49 (0)371 531 39362
Dr. Silvain Buche (Technischer Koordinator, Johnson Matthey Fuel Cells Ltd)
E-Mail: silvain.buche@matthey.com
Telefon: +44 (0)118 924 2033
Jiří Hrdlička (Deputy, Technische Universität Chemnitz)
E-Mail: jiri.hrdlicka@mb.tu-chemnitz.de
Telefon: +49 (0)371 531 34843
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
Contact
Dipl.-Ing. Michael SchrankAim
- Design of an ejector for passive recirculation
- A strategy for pressure control
- Integration of all parts of the anode loop into one component
- Utilization of the pressure energy in the compressed gas
- Balanced gas distribution
- Removal of product water and inert gases
- Recirculation of unused hydrogen
Approach
- tool for designing and optimising the geometry
- verification through CFD simulation
- production and testing
Contact
Dr. Jiří HrdličkaAim
Optimisation of the Volkswagen Group's fuel cell hybrid vehicles „HyMotion 3“
Approach
Developing a simulation of the longitudinal dynamics
- Simulation environment based on the characteristic curves of the system
- Integration of laboratory and manufacturer data into the simulation environment
Measuring the vehicles on a chassis dynamometer
- Validation of the simulation of the longitudinal dynamics
- Development of an evaluation concept
- Regular measurement of the vehicle fleet
Performance optimisation
- Analysis of the reserve capacities and optimisation of the driving dynamics
Efficiency optimisation
- Development of new hybrid strategies
Contact
Dipl.-Ing. Felix RudolfESF-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)
Contact
Phillip Hübner M. Sc.Aim
Design and optimisation of a electric drive for highly dynamic stresses in vehicles
Approach
Development of a drive concept
- Developing a longitudinal dynamics simulation to assess energy requirements
- Selecting a suitable electric machine and gear ratio
- Designing the engine and battery system
Reconstruction of the electric go-kart
- Modification of the original frame structure to optimise weight distribution
- Installation of a hydraulic braking system
- Development and assessment of packaging concepts
- Design and modification of the chassis
Development and testing of various operational and hybrid strategies
- Simulative evaluation of the strategies
- Experimental evaluation and application
Contact
Dipl.-Ing. Michael SchrankZiel
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
Contact
Christian Schmidt M. Sc.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
Contact
Senén Moya Sáez M. Sc.Aim
Design of fuel cell systems (1 – 200 kW) according to various fields of work
Approach
Create a library of characteristic diagrams
- Measurement of system components
- Data from external measurements
- Characteristic diagrams by the manufacturer
- Definition of scaling quantities
- Interpolation of components according to scaling functions
Development of a selection algorithm in Matlab/Simulink
- Weighting according to fields of work
- Selection of suitable components
- Selecting optimum components for the required field of work
Development system simulation
- Assessment of the system that has been created with the chosen components
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
Contact
Dipl.-Ing. Michael Schrank
