Leistungszentrum Elektroniksysteme startet in Erlangen

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Vier Pilotprojekte aus den Bereichen Leistungs- und Low-Power-Elektronik

Das LZE bündelt seine Aktivitäten in zwei technologischen Ausrichtungen: Leistungselektronik zur Wandlung und Verteilung elektrischer Energie sowie Low-Power-Elektronik für Anwendungen mit geringstem Energieverbrauch. Zunächst vier Pilotprojekte demonstrieren die umfassende Forschungskompetenz am Standort und erarbeiten innovative Lösungen für industrierelevante Fragestellungen:

Energienetz und -speicher der Zukunft

Die Wissenschaftler im Projekt »DC-Backbone mit Strom-Gas-Kopplung« sind dabei, ein neues System für die Energiespeicherung zu erforschen. Ihre Anlage soll Energie saisonal in Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) speichern und erneuerbare Energien dank dieses und eines weiteren Speichers auf Lithium-Ionen-Basis flexibler ins Stromnetz integrieren können. Mit einem lokalen Gleichstromnetz soll die Stromversorgung z.B. in Industrie- oder Bürogebäuden kompakter, effizienter und somit auch günstiger gestaltet werden können.

Das Projekt demonstriert neuartige Gleichstrom (DC)-Energienetze mit innovativer Leistungselektronik sowie zuverlässiger Netzkommunikation und -steuerung, die zusätzlich mit einem experimentellen Strom/Chemie-Speicheransatz verknüpft werden. Die Beteiligten untersuchen die Kopplung eines lokalen Gleichstrom(DC)-Netzes mit dem chemischen Energiespeicher auf LOHC-Basis für die Langzeitspeicherung sowie dem Lithium-Ionen-Batteriespeicher für die Kurzzeitflexibilität. Schwerpunkte sind die Entwicklung des LOHC-Systems, der Leistungselektronik für die DC-Anbindung des LOHC-Elektrolyseur-Brennstoffzellen-Systems und der Photovoltaikanlage, sowie der nötigen Regelungs- und Kommunikationsstrategien.

Integrierte Energie- und Datenübertragung für schnell bewegte Systeme

Ziel des Projekts »Energieübertragung in schnell bewegte Systeme« ist eine induktive, also kontaktlose Übertragung von Energie zusammen mit der Übertragung von Daten in schnell bewegte Komponenten. Anwendungsbeispiele hierfür sind Windkraftanlagen mit in Rotorblätter integrierter Elektronik, hoch automatisierte Fertigungsanlagen oder Roboter als Basis für die Industrie 4.0, bei denen Energie und Information über Gelenke hinweg übertragen werden. Bisher werden dazu Schleifringe oder flexible Kabel verwendet, die aber verschleißbehaftet sind und die Bewegung deutlich einschränken.

Mit dem neu entwickelten System der LZE-Wissenschaftler ist das nicht der Fall: Denn die kontaktlose Übertragung ist unempfindlich gegenüber Erschütterungen sowie Umwelteinflüssen (Schmiermittel, Öl) und ermöglicht gleichzeitig einen deutlich größeren Bewegungsraum. Die robusten induktiven Stecker können zudem in der Fertigung von Lebensmittelbetrieben oder der chemischen Industrie eingesetzt werden. Weiterhin ermöglichen sie die einfachere und sichere Elektrifizierung von Bau- und Landmaschinen.

Vital- und Bewegungsdaten aus dem T-Shirt

Die bayerische Wirtschaftsministerin Ilse Aigner (r) hält am 16.06.2015 im Ministerium in München neben der Projektleiterin Nadine Lang ein FitnessSHIRT mit zwei integrierten Elektroden sowie einem Atemband zur Messung eines 1-Kanal EKG und der Atemrate in der Hand.
(Foto: Marc Müller/Fraunhofer IIS/dedimag)

Basierend auf der Technologie der Echtzeitlokalisierung RedFIR® und dem FitnessSHIRT, das Puls und Atmung misst, entwickeln die Wissenschaftler im Projekt »Low-Power-Elektronik für Sport- und Fitnessanwendungen« im ersten Schritt einen erweiterten Prototypen. Dieser vereint die beiden Technologien in Form sogenannter LokVitalTags. Das Shirt nimmt so Positions- und Bewegungsdaten gleichzeitig mit Vitaldaten, wie EKG oder Atmung, auf. Diese Werte wiederum können Trainer oder Sportler selbst zur Ausarbeitung eines optimalen Trainingskonzepts heranziehen.

Zusätzlich arbeiten die Wissenschaftler an neuartigen Algorithmen zur Interpretation von EKG-Signalen, wie die Analyse der Herzratenvariabilität oder die Arrhythmie-Erkennung. Die Entwicklung von Lösungen für das Energy Harvesting, d. h. das Ernten von in der Umgebung verfügbarer Energie, sowie Compressed Sensing und die Weiterentwicklung der Funklokalisierung tragen weiter dazu bei, den Energieverbrauch zu reduzieren.

Strom aus Wärmeunterschieden und mechanischen Erschütterungen

Im Projekt »Energieautarkes Asset-Tracking-System für Logistikanwendungen« dient eine leistungsfähige Logistiklösung als Anwendung. Die Wissenschaftler realisieren eine wartungsarme Umsetzung eines Ortungssystems, das in der Lage ist, Güter in einer Lagerhalle zu lokalisieren und nachzuverfolgen. Dazu werden stromsparende Funkempfänger – sog. WakeUp-Receiver – entwickelt und eingesetzt, die nur ein Tausendstel des Stromes einer Leuchtdiode (LED) benötigen. Das erlaubt die vollkommen autonome Stromversorgung durch Energy-Harvesting. Konkret wird aus Wärmeunterschieden und kleinsten mechanischen Erschütterungen Strom für die Funk-Elektronik erzeugt.

Weitere Informationen zum LZE

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Fraunhofer IIS und IISB