Modellstadt für E-Mobilität

Mobil in Bad Neuland

Dort, wo öffentlich über zeitgemäße und nachhaltige Mobilitätskonzepte diskutiert wird, könnte man meinen, es sei noch ein weiter Weg, bis sie aus dem Neuland im Alltag angekommen ist. Ein Blick nach Bad Neustadt an der Saale zeigt das Gegenteil. Nicht nur, dass hier die „erste Modellstadt Elektromobilität“ entstand. Mit dem „Technologietransferzentrum Elektromobilität“ (TTZ-EMO) ist dort auch die angewandte Wissenschaft auf der Überholspur.

Das Technologietransferzentrum ist eins von acht Instituten der FHWS – und doch weder in Würzburg, noch in Schweinfurt angesiedelt. „Zu Beginn des vergangenen Jahrzehnts gab es in Bayern einen allgemeinen Trend, auch kleinere und mittelgroße Städte an die Fachhochschulen anzubinden“, erinnert sich der Institutsleiter Professor Ansgar Ackva. Dazu kam eine akute regionale Sorge um wegfallende Arbeitsplätze – begründet in der Produktionsverlagerung eines großen Unternehmens. Ein Technologieunternehmen mit Zukunftsperspektive sollte hier Ausgleich schaffen.

Die steigende Relevanz der Elektromobilitätsforschung führte schließlich zu einem großen Gemeinschaftsprojekt, das gleichermaßen von der Politik, wie von der Wirtschaft gefördert wurde. Die FHWS schließlich konnte eine Anbindung an den Hochschulbetrieb und an die lokale Industrie sicherstellen. „Das TTZ-EMO wird von einem Konsens aller Beteiligten getragen, dass man diese Einrichtung zum Erfolg führen will“, betont Professor Dr. Ackva. Ohne den Willen und die Einsatzbereitschaft von Politikern, Unternehmen und Hochschule wäre das Projekt undenkbar.

Wissenschaftstransfer als Triebfeder

Der permanente Transfer zwischen Forschung und Praxis ist dabei die entscheidende Triebfeder: Die Industrie profitiert vom aktuellen Status Quo der Forschung, während die Wissenschaft aktuelle und gesellschaftlich relevante Fragen zugetragen bekommt, die es zu bearbeiten gilt. Gerade in der Anfangszeit des Instituts kamen entscheidende Forschungsimpulse häufig aus der Wirtschaft. Ein konkretes Beispiel wurde 2013/2014 zusammen mit der Jopp Group realisiert, einem lokalen Automobil- und Industriezulieferunternehmen realisiert.

In produktiver Zusammenarbeit entstand ein sogenanntes „Vehicle to Grid“-System: Durch den Anschluss des Fuhrparks an ein lokales Stromnetz können die elektronischen Fahrzeuge bei Bedarf sowohl Energie an das Stromnetz abgeben als auch aufnehmen. So können temporäre Stromspitzen abgefangen und der Strombedarf insgesamt reduziert werden. In Japan sind solche Systeme bereits gängige Praxis – in Europa wird ihre Verbreitung ab 2025 erwartet. 2016 wurde Jopp mit diesem Konzept Preisträger des Bayerischen Mittelstandspreises der Mittelstands-Union.

Beitrag zu nachhaltiger Gesellschaft

Mit Projekten wie „Vehicle to Grid“ leistet die Elektromobilitätsforschung auch einen Beitrag zu insgesamt ressourcenschonender Energienutzung: „Es ist unstrittig, dass die Elektromobilität ein Weg zu nachhaltiger Mobilität ist“, so Professor Ackva, schließlich lasse sich durch die Elektromobilität der CO2-Fußabdruck maßgeblich reduzieren. Allein der energetische Nutzungsgrad sei mit 80 bis 90 Prozent weitaus besser als die maximalen 30 Prozent klassischer Verbrennungsmotoren. Trotzdem sind einige Fragen zur Zukunft der Elektromobilität nicht abschließend gelöst – ein Grund, warum auch Themen wie Batterierecycling und Batterie-Lebensdauerverlängerung auf der Agenda des TTZ-EMO stehen.

Aktuell entwickelt das Forschungsprojekt „InnoTherMaBatt" ein optimiertes thermisches Management für Batteriemodule. Die Projektleitung liegt beim Bayerischen Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V. (ZAE Bayern), Würzburg. Projektpartner sind das TTZ-EMO, die BMZ Group, Karlstein am Main, die Batemo GmbH, Karlsruhe, sowie die va-Q-tec AG, Würzburg – und wieder die Jopp Group.

Enge Zusammenarbeit mit Jopp

Mit diesem aktuellen, öffentlich geförderten Projekt festigen, vertiefen und erweitern die beiden Kooperationspartner TTZ-EMO und Jopp ihre gut zehnjährige Zusammenarbeit. Mit aktuell fünf mitarbeitenden Professoren, 44 wissenschaftlichen Mitarbeitenden sowie unter ihnen elf Doktorandinnen und Doktoranden arbeiten Jopp und das TTZ-EMO an aktuellen Forschung- und Entwicklungsaufgaben aus der industriellen Praxis eng zusammen. Dazu gehört auch ein Projekt zum bidirektionalen Laden von E-Fahrzeugen. Dabei kann ein Elektrofahrzeug parallel zum Fahren als Batteriespeicher dienen und das Stromnetz erheblich entlasten.

Ein Prototyp einer „Powerbox“ 2013/2014 wurde zur Energieübertragung in beide Richtungen zunächst am TTZ-EMO entwickelt, dann bei Jopp vervielfältigt und dort für den täglichen Einsatz installiert. Hierbei handelte es sich um den ersten Modellversuch seiner Art in Europa. Heute, acht Jahre später, gewinnt diese Technologie zur Einbindung von E-Fahrzeugen ins Stromnetz im Rahmen der Energiewende zunehmend an Bedeutung. Auch kabellose induktive Ladesysteme, früh von Jopp erprobt, werden heute im TTZ-EMO weiter optimiert.

Darüber hinaus initiiert und fördert Jopp-Geschäftsführer Dr. Hubert Büchs das jährlich stattfindende studentische fahrzeugtechnische Kolloquium, das FHWS-Professorinnen und Professoren moderieren. Hier erhalten Studierende die Möglichkeit, ihre Erfahrungen in den Formula-Student-Teams auszutauschen. Im Rahmen des von Unternehmen geförderten Konstruktionswettbewerbs bauen die studentischen Teams pro Jahr einen Rennwagen, früher mit einem Verbrennungsmotor, heute mit einem elektrischen Antrieb.

Praxisnahes Studieren

Nicht nur dort profitieren die Studierenden der FHWS von den praktischen Arbeiten am Technologietransferzentrum. Neben den Möglichkeiten für ein Praxismodul und die Bachelorarbeit ist besonders der Masterstudiengang Elektroinformationstechnik stark in die Arbeitsgruppen am Institut eingebunden: Im Master Research Programm wird ein Großteil der Arbeitszeit genutzt, um über drei Semester an einem konkreten wissenschaftlichen Thema zu arbeiten. Die Studierenden werden damit schrittweise zu vollwertigen Mitarbeitenden am Institut – und haben so schon einmal die Möglichkeit, sowohl wissenschaftliche wie auch reichlich praktische Erfahrungen zu sammeln.

Dieses Angebot wird bereits gut angenommen und trotzdem wünscht sich Professor Ackva eine noch größere Zahl, insbesondere auch weiblicher, Studierender: „Elektromobilität ist ein enorm zukunftsträchtiges Thema und ich würde mich sehr freuen, wenn mehr junge Menschen, insbesondere auch junge Frauen, diese Richtung wählen würden.“

HINTERGRUND

Win-Win für Preh und TTZ-EMO

Ein Neustart in einer Phase des Umbruches: So begann 2012 die erfolgreiche Kooperation zwischen dem Technologietransferzentrum Elektromobilität und dem Unternehmen Preh in Bad Neustadt. Der Automobilzulieferer und das TTZ-EMO verlängerten in diesem ihre Forschungskooperation um weitere drei Jahre, aktuell mit einem umfangreichen Vorhaben zu Ladetechnologien. Die Partnerschaft erneuert sich somit zum dritten Mal seit ihrem Start.

Als sogenannter Drittmittelförderer finanziert Preh zusammen mit weiteren Partnern eine Stiftungsprofessur sowie wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Die Fortführung und Verlängerung der Forschungskooperation bis in das Jahr 2024 ermöglicht es nun beispielsweise Andreas Ziegler und Thiemo Hein, zwei wissenschaftliche Mitarbeiter des TTZ-EMO, neben der Bearbeitung technologischer Fragestellungen auch an Ihrer Promotion zu arbeiten: Ihre Forschungsarbeiten im Bereich des Hochvolt-Systems „Entwicklung und Bewertung von 800 Volt Ladetechnologien“ stellen eine Win-Win-Situation für Preh und die FHWS dar.

Dr. Joachim Wagner, Leiter der Vorentwicklung E-Mobility bei Preh und Koordinator der Förderung, nennt konkrete Beispiele für die Zusammenarbeit: „Die beiden Doktoranden Andreas Ziegler und Thiemo Hein nehmen umfangreiche Aufgaben des Technologiescouting wahr. Sie ermitteln Effizienzsteigerungen und haben immer den Blick darauf, was die neuesten Entwicklungen im E-Mobility Markt sind. Die Erkenntnisse aus diesen Forschungen und unzähligen Versuchsreihen stellen einen großen Mehrwert für unsere Arbeit dar, gerade auch im Bereich 800V Leistungselektronik. Aber auch operative Unterstützung, z.B. bei Patentrecherchen und Hilfe bei konkreten Projekten, sind Teil der Partnerschaft.“

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Dort, wo öffentlich über zeitgemäße und nachhaltige Mobilitätskonzepte diskutiert wird, könnte man meinen, es sei noch ein weiter Weg, bis sie aus dem Neuland im Alltag angekommen ist. Ein Blick nach Bad Neustadt an der Saale zeigt das Gegenteil. Nicht nur, dass hier die „erste Modellstadt Elektromobilität“ entstand. Mit dem „Technologietransferzentrum Elektromobilität“ (TTZ-EMO) ist dort auch die angewandte Wissenschaft auf der Überholspur.

Das Technologietransferzentrum ist eins von acht Instituten der FHWS – und doch weder in Würzburg, noch in Schweinfurt angesiedelt. „Zu Beginn des vergangenen Jahrzehnts gab es in Bayern einen allgemeinen Trend, auch kleinere und mittelgroße Städte an die Fachhochschulen anzubinden“, erinnert sich der Institutsleiter Professor Ansgar Ackva. Dazu kam eine akute regionale Sorge um wegfallende Arbeitsplätze – begründet in der Produktionsverlagerung eines großen Unternehmens. Ein Technologieunternehmen mit Zukunftsperspektive sollte hier Ausgleich schaffen.

Die steigende Relevanz der Elektromobilitätsforschung führte schließlich zu einem großen Gemeinschaftsprojekt, das gleichermaßen von der Politik, wie von der Wirtschaft gefördert wurde. Die FHWS schließlich konnte eine Anbindung an den Hochschulbetrieb und an die lokale Industrie sicherstellen. „Das TTZ-EMO wird von einem Konsens aller Beteiligten getragen, dass man diese Einrichtung zum Erfolg führen will“, betont Professor Dr. Ackva. Ohne den Willen und die Einsatzbereitschaft von Politikern, Unternehmen und Hochschule wäre das Projekt undenkbar.

Wissenschaftstransfer als Triebfeder

Der permanente Transfer zwischen Forschung und Praxis ist dabei die entscheidende Triebfeder: Die Industrie profitiert vom aktuellen Status Quo der Forschung, während die Wissenschaft aktuelle und gesellschaftlich relevante Fragen zugetragen bekommt, die es zu bearbeiten gilt. Gerade in der Anfangszeit des Instituts kamen entscheidende Forschungsimpulse häufig aus der Wirtschaft. Ein konkretes Beispiel wurde 2013/2014 zusammen mit der Jopp Group realisiert, einem lokalen Automobil- und Industriezulieferunternehmen realisiert.

In produktiver Zusammenarbeit entstand ein sogenanntes „Vehicle to Grid“-System: Durch den Anschluss des Fuhrparks an ein lokales Stromnetz können die elektronischen Fahrzeuge bei Bedarf sowohl Energie an das Stromnetz abgeben als auch aufnehmen. So können temporäre Stromspitzen abgefangen und der Strombedarf insgesamt reduziert werden. In Japan sind solche Systeme bereits gängige Praxis – in Europa wird ihre Verbreitung ab 2025 erwartet. 2016 wurde Jopp mit diesem Konzept Preisträger des Bayerischen Mittelstandspreises der Mittelstands-Union.

Beitrag zu nachhaltiger Gesellschaft

Mit Projekten wie „Vehicle to Grid“ leistet die Elektromobilitätsforschung auch einen Beitrag zu insgesamt ressourcenschonender Energienutzung: „Es ist unstrittig, dass die Elektromobilität ein Weg zu nachhaltiger Mobilität ist“, so Professor Ackva, schließlich lasse sich durch die Elektromobilität der CO2-Fußabdruck maßgeblich reduzieren. Allein der energetische Nutzungsgrad sei mit 80 bis 90 Prozent weitaus besser als die maximalen 30 Prozent klassischer Verbrennungsmotoren. Trotzdem sind einige Fragen zur Zukunft der Elektromobilität nicht abschließend gelöst – ein Grund, warum auch Themen wie Batterierecycling und Batterie-Lebensdauerverlängerung auf der Agenda des TTZ-EMO stehen.

Aktuell entwickelt das Forschungsprojekt „InnoTherMaBatt" ein optimiertes thermisches Management für Batteriemodule. Die Projektleitung liegt beim Bayerischen Zentrum für Angewandte Energieforschung e. V. (ZAE Bayern), Würzburg. Projektpartner sind das TTZ-EMO, die BMZ Group, Karlstein am Main, die Batemo GmbH, Karlsruhe, sowie die va-Q-tec AG, Würzburg – und wieder die Jopp Group.

Enge Zusammenarbeit mit Jopp

Mit diesem aktuellen, öffentlich geförderten Projekt festigen, vertiefen und erweitern die beiden Kooperationspartner TTZ-EMO und Jopp ihre gut zehnjährige Zusammenarbeit. Mit aktuell fünf mitarbeitenden Professoren, 44 wissenschaftlichen Mitarbeitenden sowie unter ihnen elf Doktorandinnen und Doktoranden arbeiten Jopp und das TTZ-EMO an aktuellen Forschung- und Entwicklungsaufgaben aus der industriellen Praxis eng zusammen. Dazu gehört auch ein Projekt zum bidirektionalen Laden von E-Fahrzeugen. Dabei kann ein Elektrofahrzeug parallel zum Fahren als Batteriespeicher dienen und das Stromnetz erheblich entlasten.

Ein Prototyp einer „Powerbox“ 2013/2014 wurde zur Energieübertragung in beide Richtungen zunächst am TTZ-EMO entwickelt, dann bei Jopp vervielfältigt und dort für den täglichen Einsatz installiert. Hierbei handelte es sich um den ersten Modellversuch seiner Art in Europa. Heute, acht Jahre später, gewinnt diese Technologie zur Einbindung von E-Fahrzeugen ins Stromnetz im Rahmen der Energiewende zunehmend an Bedeutung. Auch kabellose induktive Ladesysteme, früh von Jopp erprobt, werden heute im TTZ-EMO weiter optimiert.

Darüber hinaus initiiert und fördert Jopp-Geschäftsführer Dr. Hubert Büchs das jährlich stattfindende studentische fahrzeugtechnische Kolloquium, das FHWS-Professorinnen und Professoren moderieren. Hier erhalten Studierende die Möglichkeit, ihre Erfahrungen in den Formula-Student-Teams auszutauschen. Im Rahmen des von Unternehmen geförderten Konstruktionswettbewerbs bauen die studentischen Teams pro Jahr einen Rennwagen, früher mit einem Verbrennungsmotor, heute mit einem elektrischen Antrieb.

Praxisnahes Studieren

Nicht nur dort profitieren die Studierenden der FHWS von den praktischen Arbeiten am Technologietransferzentrum. Neben den Möglichkeiten für ein Praxismodul und die Bachelorarbeit ist besonders der Masterstudiengang Elektroinformationstechnik stark in die Arbeitsgruppen am Institut eingebunden: Im Master Research Programm wird ein Großteil der Arbeitszeit genutzt, um über drei Semester an einem konkreten wissenschaftlichen Thema zu arbeiten. Die Studierenden werden damit schrittweise zu vollwertigen Mitarbeitenden am Institut – und haben so schon einmal die Möglichkeit, sowohl wissenschaftliche wie auch reichlich praktische Erfahrungen zu sammeln.

Dieses Angebot wird bereits gut angenommen und trotzdem wünscht sich Professor Ackva eine noch größere Zahl, insbesondere auch weiblicher, Studierender: „Elektromobilität ist ein enorm zukunftsträchtiges Thema und ich würde mich sehr freuen, wenn mehr junge Menschen, insbesondere auch junge Frauen, diese Richtung wählen würden.“

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Win-Win für Preh und TTZ-EMO

Ein Neustart in einer Phase des Umbruches: So begann 2012 die erfolgreiche Kooperation zwischen dem Technologietransferzentrum Elektromobilität und dem Unternehmen Preh in Bad Neustadt. Der Automobilzulieferer und das TTZ-EMO verlängerten in diesem ihre Forschungskooperation um weitere drei Jahre, aktuell mit einem umfangreichen Vorhaben zu Ladetechnologien. Die Partnerschaft erneuert sich somit zum dritten Mal seit ihrem Start.

Als sogenannter Drittmittelförderer finanziert Preh zusammen mit weiteren Partnern eine Stiftungsprofessur sowie wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter. Die Fortführung und Verlängerung der Forschungskooperation bis in das Jahr 2024 ermöglicht es nun beispielsweise Andreas Ziegler und Thiemo Hein, zwei wissenschaftliche Mitarbeiter des TTZ-EMO, neben der Bearbeitung technologischer Fragestellungen auch an Ihrer Promotion zu arbeiten: Ihre Forschungsarbeiten im Bereich des Hochvolt-Systems „Entwicklung und Bewertung von 800 Volt Ladetechnologien“ stellen eine Win-Win-Situation für Preh und die FHWS dar.

Dr. Joachim Wagner, Leiter der Vorentwicklung E-Mobility bei Preh und Koordinator der Förderung, nennt konkrete Beispiele für die Zusammenarbeit: „Die beiden Doktoranden Andreas Ziegler und Thiemo Hein nehmen umfangreiche Aufgaben des Technologiescouting wahr. Sie ermitteln Effizienzsteigerungen und haben immer den Blick darauf, was die neuesten Entwicklungen im E-Mobility Markt sind. Die Erkenntnisse aus diesen Forschungen und unzähligen Versuchsreihen stellen einen großen Mehrwert für unsere Arbeit dar, gerade auch im Bereich 800V Leistungselektronik. Aber auch operative Unterstützung, z.B. bei Patentrecherchen und Hilfe bei konkreten Projekten, sind Teil der Partnerschaft.“

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