Der heutige Individualverkehr basiert fast vollständig auf der Nutzung von fossilen Energieressourcen. Der durch hohe CO ₂ -Emissionen verursachte Klimawandel und die endlichen fossilen Energievorräte erfordern zukünftig andere Lösungen. Die Umstellung der Fahrzeuge auf effizienten Elektroantrieb mit elektrochemischen Energiespeichern wie Batterien und Brennstoffzellen und die Versorgung mit vorwiegend aus erneuerbaren Quellen stammendem Strom aus dem stationären Netz wird derzeit als erfolgversprechendster Ansatz angesehen. Gerade für die Anwendung in Kraftfahrzeugen bieten elektrische Antriebe in Verbindung mit elektrochemischen Speichern einzigartige Vorteile wie z. B. lokale Emissionsfreiheit (Schadstoffe und Lärm), hohe Wirkungsgrade und Flexibilität.

Für Industrie und Energiewirtschaft entwickelt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in verschiedenen Forschungsprojekten und Flottenversuchen Lösungen für dieses Gesamtkonzept.

Um eine sichere zukünftige ökologische Energieversorgung gewährleisten zu können entwickeln wir in renommierten Projekten Lösungen für die optimierte Betriebsführung dezentraler Erzeuger, Speicher und Verbraucher im Mittel- und Niederspannungsnetz (Smart Grids). Hierzu gehören innovative Marktzugänge und Geschäftsmodelle von dezentralen Energieerzeugern und Speichern (z. B. durch die gemeinsame Vermarktung) im liberalisierten Strommarkt. Konzepte zur Energieeffizienz im Betrieb und Stromnetz gehören ebenso zu unserem Portfolio wie die Steuerung und Einsatzplanung virtueller Kraftwerke sowie Smart Homes-Konzepte.

• Energie- und Lastmanagement mobiler Speicher im Netzumfeld
• Lokales Energiemanagement im Verteilnetz bis hin zur autarken Stromversorgung mit Einbindung der Fahrzeuge in Smart Homes-Konzepte
• Entwicklung innovativer Geschäftsmodelle zur Integration der mobilen Lasten in den liberalisierten Energiemarkt

Wir haben Erfahrungen im Batteriemanagement von großen Batteriesystemen. Mittels zuverlässiger Zustandsberechnungen von Alterung und Ladezustand sind wir in der Lage optimierte Betriebsführungsstrategien zu entwickeln und umzusetzen. Umfangreiches Testequipment ermöglicht uns die Modellierung von Stromspeisung und Alterung.

• Entwicklung von Batterie- und Energiemanagementsystemen
• Ladezustands- und Alterungsbestimmung
• Entwicklung von Lade- und Betriebsführungsstrategien
• Thermisches und elektrisches Sicherheitskonzept
• Elektrische Charakterisierung bis hin zu hohen Leistungen
• Lebensdaueranalysen von Batteriesystemen und Komponenten im Labor
• Entwicklung von System- und Alterungsmodellen

Seit über 20 Jahren betreiben wir angewandte Forschung im Geschäftsfeld Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie. Wir entwickeln Komponenten und Komplettsysteme für die Wasserstofferzeugung und Brennstoffzellensysteme inklusive Regelungs- und Sicherheitstechnik.

• Entwicklung von Nieder- und Hochtemperatur-Membranbrennstoffzellensystemen
• Charakterisierung von Brennstoffzellensystemen
• Regelungs- und Sicherheitstechnik
• Monitoring von Systemen in Feldtests
• Normgerechte Prüfung von Komponenten und Systemen sowie VDE-Zertifizierung

Die Elektromobilität erfordert eine neuartige Infrastruktur zur Wiederaufladung der elektrochemischen Speicher. Zum Aufbau und Betrieb der Ladestationen für Batterie- und Brennstoffzellenantriebe bieten wir Beratung, Entwicklung und Monitoring an.

• Uni- und bidirektionale stationäre Hochleistungsladegeräte (10-200 kW) für Haushaltsanschlüsse und Stromtankstellen
• Uni- und bidirektionale kompakte On-Board-Ladegeräte zum ein- und dreiphasigen Anschluss an das öffentliche Netz und zur Versorgung einer On-Board-Steckdose
• Entwicklung von Stacks und Systemen zur PEM-Elektrolyse
• Entwicklung von vollautomatisierten Reformersystemen mit Produktgasaufbereitung für Bio-Ethanol, Bio-Diesel, Flüssiggas und Erdgas
• Regelungs- und Sicherheitstechnik
• Monitoring von Systemen in Feldtests

Leistungselektronische Schaltungen sind das entscheidende Bindeglied zwischen Stromerzeugern, Speichern und Verbrauchern. Unsere Arbeiten konzentrieren sich auf die Entwicklung hocheffizienter DC/DC-Wandler und Wechselrichter im Leistungsbereich von einigen Miliwatt bis zu mehreren hundert Kilowatt. Die Arbeitsgebiete reichen dabei vom Schaltungsentwurf über das Layout bis zur analogen oder digitalen Regelung.

• Uni- und bidirektionale stationäre Hochleistungsladegeräte (10-200 kW) für Haushaltsanschlüsse und Stromtankstellen
• Uni- und bidirektionale kompakte On-Board-Ladegeräte zum ein- und dreiphasigen Anschluss an das öffentliche Netz und zur Versorgung einer On-Board-Steckdose
• Integration von Zusatzfunktionen wie z. B. der Verbesserung der Netzqualität (Kompensation von Oberwellen, Bereitstellung von Blindleistung, Netzstützung, Fault Ride Through)
• Bidirektionale DC/DC-Wandler z. B. zur Einbindung von Doppelschicht-Kondensatoren zur Erhöhung der Fahrdynamik und schnellen Speicherung von Rekuperationsenergie

• Mess- und Abrechnungskonzepte für Fahrzeuge
• Entwicklung mobiler intelligenter Zähler (Smart Meters)
• Entwicklung von Lösungen zur Kommunikation zwischen Fahrzeug und Netz/EVU sowie zur Fahrzeugidentifikation
• Sozialwissenschaftliche Begleitforschung

Für kleine und mittelständische Unternehmen, Großunternehmen und Politik erarbeiten wir nachhaltige globale, nationale und lokale Energieszenarien. Unsere Kunden erhalten Unterstützung bei der Gestaltung von Gesetzen, Richtlinien und Normen im Bereich dezentraler und regenerativer Energiesysteme. Zentrale Aspekte unserer Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf das Monitoring sowie Modellierungs- und Simulationsarbeiten von dezentralen Energieerzeugern und Kraftwerken.

• Analyse der Auswirkungen von Elektrofahrzeugen auf die zukünftige Energieversorgung
• Optimierung der Integration von Elektrofahrzeugen und ihre Auswirkungen auf die Energiewirtschaft, Vermarktungskonzepte
• Unterstützung von Gesetzgebung und Normung