Die Elektrifizierung des Verkehrs bietet durch den Einsatz von effizienten Energiespeichersystemen in Fahrzeugen und einer entsprechenden Ladeinfrastruktur das Potential, CO2-Emissionen zu reduzieren und als Energiespeicher Stromschwankungen durch erneuerbare Energien auszugleichen, um die Klimaziele des europäischen Grünen Deals zu erreichen. Es ist ersichtlich, dass die breite Akzeptanz neuer Technologien in der Bevölkerung nicht allein durch wirtschaftliche Anreiz- oder soziale Ausgleichsmechanismen seitens der Politik gefördert wird, sondern vor allem durch fortschrittliche, effiziente Technologien selbst. Kriterien sind dabei unter weiteren die Reichweite von E-Fahrzeugen, Kosteneffizienz sowie Ladezeiten der Fahrzeugbatterien. Die Automobilindustrie steht hier vor der Herausforderung, Energiespeicherlösungen zu entwickeln, welche sich durch eine hohe Lebensdauer sowie eine hohe Speicherfähigkeit auszeichnen.
Die Promotion von Tuyen Nguyen mit dem Titel „Approach for a Global Route-Based Energy Management System for Electric Vehicles with a Hybrid Energy Storage System“ schlägt einen Ansatz zur effizienten Hybridisierung von Energiespeichern in E-Fahrzeugen oder Plug-In-Hybridfahrzeugen durch den Einsatz eines intelligenten Energiemanagementsystems (EMS) vor. Die kombinierte Nutzung von Batterien und Superkondensatoren – welche jeweilig als komplementäre Speichertechnologien unterschiedliche Vorteile wie eine hohe Energiedichte und eine hohe Leistungsdichte aufweisen – bietet Potential, die Reichweite, Energieeffizienz, Batterielebensdauer zu verbessern sowie die Gesamtbetriebskosten von E-Fahrzeugen zu reduzieren. Dabei steuert das EMS die elektrische Leistung zwischen Batterie und Superkondensator, sodass die für die Fahrtstrecke benötigte Leistung jederzeit optimal abgerufen werden kann.
Im Kern kombiniert die vorgeschlagene Methode eine regelbasierte und kontinuierliche Leistungsverteilung mit einem prädiktiven Energiemanagementsystem, welches über Streckeninformationen eine globale Strategie für eine betriebsoptimale Leistungsverteilung ermittelt. Durch die getrennte Beeinflussung der Methode durch eine Echtzeit-Leistungssteuerung einerseits und Berechnung der Strategie andererseits können (kosten-)effiziente Betriebspunkte mit optimalen Energieflüssen festgestellt werden: Ergebnisse zeigen signifikante Verbesserungen der Energieeffizienz und/oder der Batterielebensdauer, insbesondere in Kombination mit streckenspezifischen Parametern. Der Ansatz der Methode wurde von Herrn Nguyen im Rahmen des EU-Projekts VEHICLE entwickelt, welches durch das Programm des Interreg V Oberrheins sowie von den französischen und deutschen regionalen Partnern der Initiative Wissenschaftsoffensive gefördert wurde.
Die Arbeit wurde von Tuyen Ngyuen im November 2023 erfolgreich an der französischen Université de technologie de Belfort-Montbéliard (UTBM) verteidigt. Das Promotionsverfahren erfolgte an der Université Bourgogne Franche-Comté (UBFC) unter der Betreuung der Doktormutter Dr. Daniela Chrenko (HdR), welche als Associate Professorin an der UTBM arbeitet und am Institut FEMTO-ST „Franche-Comté Electronics Mechanics Thermal Science and Optics – Sciences and Technologies“ forscht. Ihr Themenschwerpunkt ist die Erhöhung der Lebensdauer von Batterien, unter anderem durch ein intelligentes Energiemanagement. Seitens der Hochschule Karlsruhe wurde die Promotion kooperativ durch den Doktorvater Prof. Dr.-Ing. Reiner Kriesten betreut. Prof. Kriesten ist Sprecher des Instituts für Energieeffiziente Mobilität (IEEM) mit einer langjährigen Expertise im Bereich der Forschung und Entwicklung von Reichweiten- und Energiemanagementsystemen für E-Fahrzeuge. Dieser Forschungszweig wurde seit einigen Jahren auch auf E-Bikes ausgeweitet. Aktuell entwickelt Herr Ngyuen am IEEM innerhalb des BMDV-geförderten Projekts MODELO-Rad mit dem Institut für Verkehr und Infrastruktur (IVI) der HKA und weiteren Partnern ein Tool zur hochauflösenden, strecken- und radfahrtypenabhängigen Simulation des Radverkehrs – auch unter Einbezug der streckenbasierten Energieprädiktion von elektrifizierten Rädern und deren Modellierung.
