MEC-10-001

Siehe Studienverlaufsplan

Pflicht

Professur Mechatronik

Deutsch / Englisch

Mind. 1 x jährlich

1 Semester

150 Std.

Präsenz: 32 Std. | Selbststudium: ca. 62 Std. | Transfer: ca. 56 Std.

5 CP

Klausur (60 min.) oder Mündliche Prüfung oder Case oder Transferarbeit (6-8 Seiten)

Seminar (Präsenzlehre), ergänzend Selbststudium und Transfer, ggf. E-Learning, Pre- und Post-Reading.

• Einführung in Automotive Systems: Aufbau und Architektur moderner Fahrzeuge, Vernetzte Systeme und Steuergeräte

• Elektrische Antriebssysteme:

  • Prinzipien elektrischer Maschinen (Synchron-, Asynchron-, Reluktanzmotoren)

  • Leistungselektronik für Antriebssysteme

  • Regelung und Steuerung elektrischer Antriebe

• Batterietechnologien für elektrische Antriebe, insb. Elektrofahrzeuge

  • Grundlagen der Lithium-Ionen-Batterien

  • Batteriemanagementsysteme (BMS)

  • Lade- und Entladestrategien, Schnellladen

  • Wärmemanagement von Batteriesystemen

• Energiespeicherung und -management

  • Rekuperation und Energierückgewinnung

  • Hybrid- und Brennstoffzellensysteme

  • Netzintegration und bidirektionales Laden (V2G, V2H)

• Fahrzeugintegration und Systemoptimierung: Gesamtfahrzeugsimulation und -optimierung, Effizienzsteigerung und Reichweitenoptimierung

• Zukunftstechnologien und Trends

  • Festkörperbatterien und alternative Energiespeicher

  • Wasserstoff in der Mobilität

  • Nachhaltigkeit und Recycling von Batteriesystemen

• Praktische Anwendungen & Fallstudien: Simulation und Modellierung elektrischer Antriebe, Fallstudien zu aktuellen Elektrofahrzeugarchitekturen

• Introduction to Automotive Systems: Structure and architecture of modern vehicles, networked systems, and control units

• Electric Drive Systems:

  • Principles of electric machines (synchronous, asynchronous, reluctance motors)

  • Power electronics for drive systems

  • Control and regulation of electric drives

• Battery Technologies for Electric Drives, Especially Electric Vehicles:

  • Fundamentals of lithium-ion batteries

  • Battery management systems (BMS)

  • Charging and discharging strategies, fast charging

  • Thermal management of battery systems

• Energy Storage and Management:

  • Regeneration and energy recovery

  • Hybrid and fuel cell systems

  • Grid integration and bidirectional charging (V2G, V2H)

• Vehicle Integration and System Optimization: Overall vehicle simulation and optimization, efficiency improvement, and range optimization

• Future Technologies and Trends:

  • Solid-state batteries and alternative energy storage

  • Hydrogen in mobility

  • Sustainability and recycling of battery systems

• Practical Applications & Case Studies: Simulation and modeling of electric drives, case studies on current electric vehicle architectures

Grundlegende Kenntnisse in den Gebieten: Elektrotechnik

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage:

• die Architektur und Funktionsweise moderner Fahrzeug- und Antriebssysteme zu analysieren und deren Komponenten technisch einzuordnen.

• elektrische Maschinen und Leistungselektronik für Fahrzeuganwendungen zu bewerten und anwendungsorientiert auszuwählen.

• Strategien zur Steuerung und Regelung elektrischer Antriebe zu entwickeln und deren Effizienz zu optimieren.

• verschiedene Batterietechnologien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien, hinsichtlich Leistung, Sicherheit und Lebensdauer zu vergleichen.

• Batteriemanagementsysteme (BMS) zu analysieren und geeignete Lade- und Entladestrategien für unterschiedliche Fahrzeuganwendungen zu entwerfen.

• Energiespeicher- und Rückgewinnungssysteme zu bewerten und ihre Integration in hybride und vollelektrische Antriebskonzepte zu planen.

• Methoden zur Gesamtfahrzeugsimulation anzuwenden, um Effizienz, Reichweite und thermisches Management von Elektrofahrzeugen zu optimieren.

• neue Entwicklungen in den Bereichen Festkörperbatterien, Wasserstofftechnologie und bidirektionales Laden kritisch zu hinterfragen und deren Potenziale für zukünftige Mobilitätskonzepte zu beurteilen.

• Fallstudien und Simulationsmodelle praxisnah zu interpretieren und innovative Lösungsansätze für Herausforderungen in der Elektromobilität zu erarbeiten.

After successfully completing the module, students will be able to:

• analyze the architecture and functionality of modern vehicle and drive systems and to classify their components technically.

• evaluate electric machines and power electronics for vehicle applications and select them based on specific use cases.

• develop control and regulation strategies for electric drives and optimize their efficiency.

• compare different battery technologies, particularly lithium-ion batteries, in terms of performance, safety, and lifespan.

• analyze battery management systems (BMS) and design suitable charging and discharging strategies for various vehicle applications.

• assess energy storage and recovery systems and plan their integration into hybrid and fully electric drive concepts.

• apply full-vehicle simulation methods to optimize efficiency, range, and thermal management of electric vehicles.

• critically assess new developments in solid-state batteries, hydrogen technology, and bidirectional charging and evaluate their potential for future mobility concepts.

• interpret case studies and simulation models in a practical manner and develop innovative solutions for challenges in e-mobility.

Verwendbar im Masterstudiengang Wirtschaftsingenieurwesen

Zum Selbststudium empfiehlt sich den Studierenden folgende Literatur:

• Chan, C. C., & Chau, K. T. (2001). Modern Electric Vehicle Technology. Oxford University Press.

• Ehsani, M., Gao, Y., & Emadi, A. (2018). Modern Electric, Hybrid Electric, and Fuel Cell Vehicles (3rd ed.). CRC Press.

• Larminie, J., & Lowry, J. (2012). Electric Vehicle Technology Explained (2nd ed.). Wiley.

• Husain, I. (2021). Electric and Hybrid Vehicles: Design Fundamentals (3rd ed.). CRC Press.

• Lukic, S., & Emadi, A. (2008). Power Management of Automotive Electrical Systems. Springer.

• Wu, B., & Narimani, M. (2017). High-Power Converters and AC Drives (2nd ed.). Wiley-IEEE Press.

• Lu, L., Han, X., Li, J., Hua, J., & Ouyang, M. (2013). A Review on the Key Issues for Lithium-Ion Battery Management in Electric Vehicles. Journal of Power Sources, 226, 272-288.

• Goodenough, J. B., & Park, K. S. (2013). The Li-Ion Rechargeable Battery: A Perspective. Journal of the American Chemical Society, 135(4), 1167-1176.

• Tie, S. F., & Tan, C. W. (2013). A Review of Energy Sources and Energy Management System in Electric Vehicles. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 20, 82-102.

Keine