Bordnetzlabor

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 522005634

Die unterschiedlichen Verkehrsträger (Straße, Luftverkehr, Schifffahrt) verursachten 28,5 % der Treibhausgas-Emissionen der EU im Jahr 2019. Damit Mobilität zukünftig nachhaltiger wird, gibt es den Trend zur Elektrifizierung von Fahrzeugen, was deren Energiesysteme fundamental verändern und Systemanpassungen aufgrund von Energiespeicherintegration notwendig machen wird. Das Bordnetzlabor wird die Entwicklung von zukünftigen leistungselektronisch-dominierten Bordnetzen vorantreiben und neue Architekturkonzepte experimentell überprüfen. Dabei wird sich die Forschung auf Flugzeug-, Schiffs- und Satellitenbordnetze im Niederspannungsbereich fokussieren. Das Bordnetzlabor wird als Power-Hardware-in-the-Loop-System echtzeitfähig sein, zeitliche Verläufe von Missionsprofilen und Passagierverhalten realitätsnah wiedergeben, Störungen und Fehler abbilden und somit Bordnetze ausreichend genau emulieren, um Effizienz, Zuverlässigkeit und Sicherheit bewerten zu können. Durch spezielle Linearleistungsverstärker kann die frequenz- und zeitlich-variable Bordnetzimpedanz emuliert und damit untersucht werden, wie die geforderte Spannungsqualität bei einer Vielzahl von Schaltvorgängen sichergestellt ist. Das Bordnetzlabor kann zur Erforschung von neuen Bordnetzarchitekturen für Flugzeuge mit folgenden Forschungsfragen eingesetzt werden: 1) Wie kann eine verbrauchsoptimierte Regelung auf Systemebene bei zukünftigen Flugzeugen mit Gleichstrom-Bordnetzen realisiert werden? 2) Wie kann ein Bordnetz mit variabler Spannung in Flugphasen mit niedriger Höhe (wie Start und Steigflug) höhere Leistungen bereitstellen und dennoch die Isolationsfestigkeit, die abhängig vom Luftdruck ist (Paschen-Gesetz), der elektrischen Komponenten erfüllen? Eine Auslegung unter Berücksichtigung des Paschen-Gesetzes ist eine Besonderheit in der Luftfahrt. Die Schifffahrt ist für 3 % der globalen CO2-Emissionen verantwortlich. Damit die angestrebten Emissions-Reduzierungen um 40 % bis 2030 erreicht werden können, sollen neue Energiequellen und Speicher in das Schiff integriert werden. Zukünftig sollen z.B. Kreuzfahrtschiffe an Außenkabinen mit Photovoltaik und pro Schiffsabschnitt mit Brennstoffzellen und Batterien ausgerüstet werden. Dadurch ergeben sich neue Strukturen, die die Einführung eines Gleichstromnetzes und den Einsatz von bidirektionalen Wandlern umfassen können. Das Bordnetzlabor wird dabei die Schiffsbetriebsphasen, Passagierverhalten und Auswirkungen auf die Hotellasten berücksichtigen und somit die Forschungsfragen beantworten: 1) Wie kann ein vermaschtes DC-Netz im Schiff unter Nutzung vieler Gleichteile (zur Modularisierung des Energiesystems) stabil betrieben werden unter Berücksichtigung von unterschiedlichen Erdungs- und Schutzkonzepten? 2) Wie wird ein verbrauchs-optimiertes Energie- und Leistungsmanagement in einem DC-Schiffsbordnetz geregelt und welche Konzepte (z.B. zentrale, dezentrale Regelung mit oder ohne Kommunikationsnetzwerk) sind für welche Schiffstypen optimal?

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Bordnetzlabor
• Gerätegruppe: 2260 Druckmaschinen und Druckerei-Hilfsgeräte
• Antragstellende Institution: Technische Universität Braunschweig
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Michael Terörde