Projektbeschreibung
V2XPLORE untersucht das Potenzial von Elektrofahrzeugen als mobile Speicher, die bidirektional geladen werden können (Vehicle-to-X, V2X). Dabei vergleichen und analysieren wir verschiedene Anwendungen, um das Zusammenspiel der beteiligten Ebenen besser zu verstehen.
Ziel von V2XPLORE ist es, die Potenziale und Auswirkungen des bidirektionalen Ladens auf unterschiedlichen Ebenen und für unterschiedliche Akteure, einzeln und im Zusammenspiel, und unter Berücksichtigung unterschiedlicher Fahrzeugklassen (Pkw, Lkw, Busse), besser zu verstehen und hiermit Beratungsbedarfe seitens unterschiedlichster Unternehmen zielgerichtet zu adressieren. Konkret sollen die Akteure und Einnahmequellen identifiziert werden (1), Erlöse und Kosten durch bzw. von V2X auf Einzelebene und in einer integrierten Gesamtsicht ermittelt (2) und Handlungsempfehlungen für die einzelnen Akteure abgeleitet werden (3). Dabei adressieren wir die folgenden Fragen:
Dafür betrachten wir drei zentrale Ebenen, für welche wir den Einsatz von V2X einzeln und im Zusammenspiel analysieren:
Jede dieser Ebenen betrifft verschiedene Akteure, darunter Haushalte, Fuhrparkbetreiber, Verteilnetzbetriebe und politische Entscheidungsträger im Regulierungsbereich. Mögliche Erträge ergeben sich aus verschiedenen Anwendungsfällen wie der PV-Eigenverbrauchsoptimierung, der optimierten Beschaffung von Energie über dynamische Preise, oder der Bereitstellung von Regelleistung, welche unterschiedlichen Ebenen zugutekommen können.
Projektleitung
matthias.kuehnbach[at]hs-kempten.de
Projektdauer
01.12.2025 - 30.11.2028
Projektpartner
Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI
Projektförderung
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Förderprogramm
8. Energieforschungsprogramm
Addressierte SDGs (Sustainable Development Goals)
Projektbeschreibung
Im Verbundprojekt „ENABLE – Elektrische Nutzfahrzeuge: Auslegung, Betrieb, Ladeinfrastruktur und Energieversorgung“ wird die ganzheitliche, technisch und ökonomisch optimierte Elektrifizierung von Nutzfahrzeugflotten in Logistik- und Busunternehmen untersucht. Vor dem Hintergrund der Dekarbonisierung des Verkehrssektors stehen Unternehmen vor der Herausforderung, E-LKW- und E-Bus-Flotten nicht nur fahrzeugseitig, sondern auch infrastrukturell, energiewirtschaftlich und betrieblich zuverlässig auszulegen. Besonders relevant sind dabei Ladeinfrastruktur, Depot-Lastmanagement, Photovoltaik-Integration, stationäre Batteriespeicher, dynamische Stromtarife, Netzrestriktionen, Batteriealterung sowie mögliche Vehicle-to-Grid-Anwendungen. Die Projektskizze hebt hervor, dass Unternehmen hierfür nachvollziehbare Entscheidungshilfen benötigen, insbesondere für Energieverbrauch, Wirtschaftlichkeit, Ladeinfrastrukturplanung, Netzintegration, Unsicherheiten und datenbasierte Optimierung.
Ziel des Forschungsprojekts ENABLE ist die Entwicklung wissenschaftlich fundierter, länderübergreifend einsetzbarer Simulations- und Optimierungstools, die Bus- und Logistikunternehmen bei der Auslegung und dem Betrieb elektrischer Nutzfahrzeugflotten unterstützen. Die Tools sollen reale Monitoringdaten, technische Fahrzeug- und Ladeinfrastrukturmodelle, energiewirtschaftliche Rahmenbedingungen sowie Unsicherheiten in Last-, Erzeugungs-, Verbrauchs- und Verfügbarkeitsprognosen berücksichtigen. Im Ergebnis entstehen Open-Source-Entscheidungshilfen für die Planung von Flotten, Ladepunkten, PV-Anlagen, stationären Batteriespeichern und Betriebsstrategien. Das Projekt sieht zudem die Validierung der modellbasierten Entscheidungen anhand realitätsnaher Simulationen und Praxisfälle bei Unternehmenspartnern vor.
Das Teilprojekt der Hochschule Kempten baut auf den Vorarbeiten in den Bereichen energiewirtschaftliche Optimierung, Batteriespeichersysteme, Batteriealterung, stochastische Optimierung und Reinforcement Learning auf. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung robuster Optimierungs- und Steuerungsverfahren für das Flottenladen unter unsicheren Randbedingungen. Hierzu werden Modelle für PV-Erzeugung, Grundlasten, dynamische Stromtarife, stationäre Speicher, Ladeinfrastruktur, Fahrzeugverfügbarkeit und Batteriealterung gekoppelt. Die Hochschule Kempten entwickelt insbesondere energiewirtschaftliche Optimierungsmodelle unter Berücksichtigung von Unsicherheiten und verwendet dafür Stakeholder-spezifische Batteriemodelle, stochastische Optimierung und Reinforcement Learning.
Im Projekt werden zunächst die relevanten Anwendungsfälle, Datenquellen und Systemgrenzen gemeinsam mit den Unternehmenspartnern und assoziierten Partnern definiert. Dazu gehören Fahrpläne, Tourenprofile, Energieverbräuche, Ladezustände, Ladeinfrastruktur, PV-Erzeugung, stationäre Speicher, betriebliche Grundlasten, Tarifmodelle, Netzanschlussbedingungen und regionale regulatorische Rahmenbedingungen. Anschließend werden physikalische und datengetriebene Modelle parametriert und in eine Gesamtsimulation überführt. Für die mathematische Optimierung wird ein rechenbares approximiertes Modell verwendet, dessen Ergebnisse in einer realitätsnahen Simulation validiert werden. Die Projektskizze beschreibt diesen Ansatz als Kopplung von Realität, Simulation und Optimierung, wobei Messdaten aus dem realen System in physikalische Simulationen und mathematische Optimierungsmodelle einfließen.
Methodisch werden unter anderem lineare und gemischt-ganzzahlige Optimierung, Model Predictive Control, stochastische Optimierung, Reinforcement Learning (RL) und Multi-Agent Reinforcement Learning (MARL) eingesetzt. Die Hochschule Kempten untersucht dabei insbesondere robuste Ladeplanung, Echtzeit-Dispatch, koordinierte Ladeentscheidungen mehrerer Fahrzeuge, hybride Ansätze aus klassischer Optimierung und Reinforcement Learning sowie den Einfluss von Batteriealterung und dynamischen Energiepreisen auf die Betriebsführung. Als Forschungsfragen stehen unter anderem im Vordergrund, wie Ladepläne mit erneuerbarer Energie, dynamischer Bepreisung und Batteriealterung optimiert werden können, wie RL und MARL zur Koordination des Flottenladens beitragen und wie RL-basierte Ansätze gegenüber stochastischer Optimierung unter realen Unsicherheiten abschneiden.
Die entwickelten Steuer- und Optimierungsstrategien werden in Praxisfällen bei Projekt- und assoziierten Unternehmenspartnern getestet, validiert und weiterentwickelt. Die Ergebnisse sollen typische Use Cases für Logistik- und Busunternehmen abbilden und als dokumentierte Open-Source-Tools veröffentlicht werden. Damit leistet ENABLE einen Beitrag zur skalierbaren, wirtschaftlichen und netzverträglichen Elektrifizierung von Nutzfahrzeugflotten und unterstützt gleichzeitig Wissenstransfer, wissenschaftliche Publikationen sowie die Weiterverwendung der Ergebnisse durch Energieagenturen, technische Büros, Beratungsunternehmen und Flottenbetreiber.
Projektleitung
Projektdauer
01.03.2026 - 28.02.2029
Projektpartner
Hochschule Ravensburg-Weingarten
Fachhochschule Nordwestschweiz
Verkehrsbetriebe Zürich
Energieagentur St. Gallen GmbH
Fachhochschule Vorarlberg GmbH
Haslach Bus
Gebrüder Weiss Gesellschaft m.b.H.
Energieinstitut Vorarlberg
Energie- und Umweltzentrum Allgäu gemeinnützige GmbH
Projektträger
Regierungspräsidium Tübingen
Projektförderung
Europäischer Fonds für regionale Entwicklung
Förderprogramm
INTERREG VI-A Programm Alpenrhein-Bodensee-Hochrhein 2021-2027
Addressierte SDGs (Sustainable Development Goals)
Projektbeschreibung
Im Teilprojekt „Statistische und Machine-Learning basierte Methoden zur Alterungsbestimmung" werden zunächst literaturbekanntere Modelle zur Alterung von Batteriezellen um statistische Informationen aus Labordaten erweitert und im Folgenden aus unterschiedlichen Modellansäten in ein Gesamtmodel hybridisiert. Dabei spielt die Abbildung von Modellunsicherheiten und Parameter-Variationen eine zentrale Rolle – methodisch werden neben statistischen Verfahren insbesondere auch Techniken des maschinellen Lernens eingesetzt. Eine anwendungsorientierte Analyse von ökonomischen und ökologischen Parametern in unterschiedlichen Use-Cases sowie eine Simulation des Alterungsverhaltens in Second-Life / Zero-Life Anwendungsfällen auf Basis der entwickelten Alterung-Prognose-Modelle rundet das Teilprojekt ab.
Arbeitspakete mit Beteiligung der HS-Kempten:
Im ersten Arbeitspaket werden zunächst die Anforderungen und Datenschnittstellen festgelegt, sowie geeignete Lastprofile für die folgenden Simulationen ausgewählt.
Das dritte Arbeitspaket dient zur Schaffung einer Basis für die Abschätzung der Lebensdauererwartung. Dabei fokussiert sich das Projektteam der Hochschule Kempten auf die Erweiterung eines literaturbekannten semi-empirischen Alterungsmodells um eine Berücksichtigung der Prognoseunsicherheit. Das Modell wird mit Hilfe vorhandener Labordaten parametriert, die Modellgüte in Abhängigkeit von Eingabedaten bewertet und im Anschluss als Open-Source Code zur Verfügung gestellt.
Im folgenden Arbeitspaket entwickelt der Industriepartner Sonnen ein Machine-Learning basiertes Systemalterungsmodell alleinig auf Basis von Felddaten. Die HS Kempten übernimmt eine Analyse der Prognosegüte. Auf Basis von Nullhypothesentests wird die Ausfallwahrscheinlichkeit von Feldsystemen aufgrund fortschreitender Alterung bewertet.
Im für die HS Kempten zentralen Arbeitspaket werden die verschiedenen Modellierungsansätze in BattLifeBoost auf Systemebene verglichen und zu einem Gesamtmodell zusammengeführt. Zunächst leitet die Hochschule aus dem im AP3 entwickelten Zellalterungsmodell ein Systemalterungsmodell ab. Die die drei zuweilen entwickelten Modelle zur Systemalterung werden in einem Benchmark unter verschiedenen Szenarien verglichen und in einem folgenden Schritt hybridisiert. Das resultierende Gesamtmodell soll unabhängig vom Anwendungsszenario eine bestmögliche Performance ermöglichen. Weiterhin wird eine Übertragung der bestehenden Modellierungsansätze hin zu einer Alterungsbewertung von neuen, noch unzureichend parametrierten Batteriezellen vorgenommen.
Im abschließenden Arbeitspaket übernimmt die Hochschule Kempten eine Bewertung der Alterungsauswirkung bei einer Belastungsänderung während dem Speicherbetrieb, also z.B. eine zusätzliche Bedienung von netzdienlichen Anwendungen zusätzlich zum Heimspeicherbetrieb. Ebenso werden "Second-Life" und "Zero-Life" Konzepte untersucht, also eine vorgelagerte oder nachgelagerte Nutzung von Automotive Batteriepacks in der stationären Anwendung.
Projektleitung
Projektdauer
01.10.2023 - 30.09.2026
Projektpartner
BMW AG
Sonnen GmbH
Technische Universität München
Projektträger
Foschungszentrum Jülich GmbH
Projektförderung
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Förderprogramm
Energieforschungsprogramm der Bundesregierung
Addressierte SDGs (Sustainable Development Goals)
Projektbeschreibung
Im Verbundprojekt „Lebensdaueroptimierte Multi-Use Speichersysteme – Storage MultiApp“ wird ein technisch und ökonomisch optimierter Betrieb von Batteriespeichersystemen für Industrieanwendungen untersucht: Als „Enabling technology“ für Schnelladesäulen an Autobahnen, Photovoltaik-Mieterstromkonzepte oder zur Verbesserung der Netzstabilität sind industrielle Batteriespeichersysteme (CSS) ein entscheidender Baustein der bevorstehenden Energiewende.
Ein bewährter Ansatz zur Ertragsoptimierung ist es, den Speicher für mehrere Anwendungen zu nutzen (z.B.: Photovoltaik-Eigenverbrauch + BHKW Optimierung + Peak Shaving). Der Einfluss dieser „Multi-Use“ Ansätze auf die Alterung der Energiespeicher ist jedoch weitgehend unbekannt. In der Praxis wird daher häufig eine Überdimensionierung der Speichersysteme veranschlagt, die wiederum bis zu 20 % der Systemkosten betragen kann.
Ziel des Forschungsprojekts „Storage MultiApp“ ist die Entwicklung eines digitalen Zwillings, der moderne Zellalterungsmodelle, Batteriehardware und Betriebsführungsstrategien koppelt, um eine langfristige Alterungsprognose für Industriespeichersysteme (CSS) zu ermöglichen. Das Hauptziel des Teilprojektes der Hochschule Kempten mit dem Titel „Entwicklung und Erprobung von Optimierungsverfahren für den Multi-Use Speicherbetrieb“ liegt im Aufbau eines mehrstufigen Optimierungssystems, das
Im Teilprojekt werden zunächst aktuelle Energiemarktdaten sowie in Deutschland relevante Anwendungsfälle für den Einsatz von Gewerbespeichersystemen identifiziert und mittels techno-ökonomischer Analyse bewertet. Anschließend wird ein Optimierungsprogramm in mehreren Ausbaustufen entwickelt, das zum einen den Betrieb des Speichers parallel in mehreren Anwendungsfällen erlaubt und außerdem mit unsicherheitsbehafteten Prognosedaten und komplexen Batteriemodellen operieren kann. Dazu werden Methoden der gemischt ganzzahligen linearen Optimierung, der stochastischen Optimierung und des maschinellen Lernens eingesetzt. Die so ermittelten Steuerstrategien werden abschließend für die Implementierung in einem Demonstrationssystem übergeben.
Die Verbundkoordinaton liegt bei Dr. Benjamin Achzet der VARTA Storage GmbH.
Projektleitung
Projektdauer
01.11.2022 - 31.10.2025
Projektpartner
Technische Universität München
VARTA Storage GmbH
TWT GmbH Science & Innovation
TWAICE Technologies GmbH
Projektförderung
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Förderprogramm
Energieforschungsprogramm der Bundesregierung
Addressierte SDGs (Sustainable Development Goals)
Projektbeschreibung
Im Projekt KI-M-Bat wird ein modulares Speicherkonzept sowie eine universelle KI-basierte Software-Steuerung für Batteriespeicher im Industrie- und Gewerbemaßstab entwickelt und erprobt. Das Konzept erlaubt einen effizienten und lebensdauer-optimalen Betrieb von Neu- und Gebraucht-Batterien. In der Software wird ein digitales Zwillingsmodell des Batteriesystems aufgebaut und darauf eine Steuerungsstrategie mittels maschinellen Lernens erprobt. Die Algorithmen werden in einem Hardware-Demonstrator validiert und als Open-Source-Code veröffentlicht.
Im Projekt wird ein modular konfigurierbares Batteriespeichersystem für den Einsatz in Gewerbe- und Industriebetrieben entwickelt, welches flexibel mit Neu- und Gebrauchtbatterien betrieben werden kann. Der Systemaufbau ermöglicht zudem eine äußerst hohe Wandlungseffizienz und kann durch eine auf künstlicher Intelligenz (KI)-basierte Software-Steuerung selbstlernend mit anwenderspezifischer Konfiguration und Applikation betrieben werden. Auf der Hardware-Seite soll mittels eines neuartigen Multi-Level-Wechselrichterkonzepts bzw. einer kaskadierten Ansteuerung der Leistungselektronik eine individuelle Ansteuerung und Kombination von Modulen bzw. Automotive-Batterien eines beliebigen Herstellers und Batteriealters ermöglicht werden. Eine mehrstufige Steuerung erlaubt die optimale Bedienung von aktuellen und zukünftig relevanten Anwendungsfällen zur Stabilisierung der Stromnetze. Die adaptive Leistungsaufteilung ermöglicht das Angleichen unterschiedlicher Lade- und Alterungszustände während des Betriebs. Die Ansteuerung des Systems erfolgt durch eine holistische Software-Toolkette: bestehende Software-Lösungen werden durch eine Machine-Learning gestützte Leistungs-Steuerstrategie und einen Digitalen Zwilling zur Abbildung des Batteriesystems ergänzt und gänzlich als "Open Source" für die Verwendung in Industrie und Gewerbe zur Verfügung gestellt. Durch den Aufbau und Feldbetrieb von zwei Demonstrator-Systemen werden die KI-basierten Strategien direkt erprobt und im Benchmark verglichen.
Projektleitung
Projektdauer
01.03.2023 - 28.02.2026
Projektpartner
Stabl Energy GmbH
FENECON GmbH
Technische Universität München
Projektförderung
Förderprogramm
Addressierte SDGs (Sustainable Development Goals)
Projektbeschreibung
Zur Erreichung der Klimaziele 2045 der Bundesregierung und der damit verbundenen weitreichenden Dekarbonisierung der Wärmeversorgung spielt die Fernwärmeversorgung eine Schlüsselrolle. Vor dem Hintergrund der Emissionsvermeidung und der gleichzeitigen Steigerung der Versorgungssicherheit der Wärmeversorgung sollen im Forschungsvorhaben HeatSHIFT effiziente Einbindungsmöglichkeiten von Hochtemperaturwärmepumpen in Fernwärmenetze untersucht werden. Der Fokus der Analysen liegt dabei auf Bestandsfernwärmenetzen mit hohen Vorlauftemperaturen von 120 Grad Celsius und höher. Kernziel des Projektes ist die systematische Untersuchung und technische sowie wirtschaftliche Bewertung des Einsatzes der Hochtemperaturwärmepumpen mittels Prozesssimulation unter Berücksichtigung unterschiedlicher Wärmequellen und verschiedener Hochtemperaturwärmepumpentechnologien. Dazu werden auf Basis der Daten der beteiligten Partner realitätsnahe Prozesssimulationsmodelle von Hochtemperaturwärmepumpen sowie von KWK-Kraftwerken (insbesondere Biomasse- und Müllheizkraftwerke) erstellt und kombiniert. Auf Basis der validierten Prozesssimulationsmodelle erfolgt eine Optimierung der Einbindung der Hochtemperaturwärmepumpen sowie eine Bewertung der Wirtschaftlichkeit. Zudem soll ein vereinfachtes Tool zur Erstauslegung des Hochtemperaturwärmepumpeneinsatzes für Fernwärmeversorger erstellt werden.
Projektmitarbeitende
Projektleitung
Prof. Dr.-Ing. Matthias Finkenrath
matthias.finkenrath[at]hs-kempten.de
Projektdauer
01.03.2023 - 28.02.2026
Projektpartner
AGFW | Der Energieeffizienzverband für Wärme, Kälte und KWK e. V.
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
ecop Technologies GmbH
Fernwärme Ulm GmbH
ZAK Energie GmbH
Projektförderung
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Förderprogramm
Energieforschungsprogramm der Bundesregierung
Addressierte SDGs (Sustainable Development Goals)
Projektbeschreibung
Ziel des gemeinsam mit der pro-micron GmbH durchgeführten Projekts ist die Entwicklung eines kabellosen Sensors zur Messung der Rotortemperatur von Elektromotoren. Ein entsprechendes Messsignal bietet beim Betrieb elektrischer Maschinen entscheidende Mehrwerte hinsichtlich der Auslastung, der Effizienz sowie der Drehmomentengenauigkeit und einem zuverlässigen Übertemperaturschutz. Die Realisierung der Maschinensteuerung wird dadurch einfacher und gleichzeitig universeller, weil aufwändige und individuelle Temperaturmodelle seitens der Steuerung entfallen.
Zentral hierbei ist die Entwicklung zweier Komponenten:
Das Projekt umfasst
Hinsichtlich der Integration der Sensorik werden detaillierte Feldsimulationsmodelle erstellt, die mit typischen Spannungs- und Stromsignalen (Wechselrichterbetrieb) angeregt werden. Daraus werden wiederum – anhand konkreter Anwendungsbeispiele aus den Bereichen Industrie und Fahrzeugtechnik – Auslegungs- bzw. Applikationsregeln entwickelt. So wird die pro-micron GmbH zukünftig in der Lage sein, bei Kundenanfragen schnell wichtige Hilfestellungen oder Empfehlungen zur Sensorintegration liefern zu können.
Außerdem werden Temperaturmodelle erstellt, anhand derer sich Temperaturextrapolationen vom Applikationsort des Sensors zu potentiellen Hotspots einfach durchführen lassen. Dieses Auslegungswerkzeug ist insbesondere für Anwendungen wichtig, für die keine detaillierte Maschinensimulation (z.B. zum Magnet- oder Temperaturfeld) vorliegt.
Projektleitung
Prof. Dr.-Ing. Andreas Stiegelmeyr
andreas.stiegelmeyr[at]hs-kempten.de
Teilprojektleitung
Prof. Dr. Rolf Jung
T 08331 9893 100
rolf.jung[at]hs-kempten.de
Prof. Dr.-Ing. Michael Patt
T 0831-2523-363
michael.patt[at]hs-kempten.de
Projektdauer
01.09.2021 - 31.12.2024
Projektpartner
pro-micron GmbH
Projektförderung
Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie
Förderprogramm

Prof. Dr. rer. nat. Holger Hesse
Tel.: +49 (0) 831 2523-9309
holger.hesse(at)hs-kempten.de
Bahnhofstrasse 61
87435 Kempten
Raum:
S.1.13 (Büro)
Zur Verwendung des Chatbots ist eine Zustimmung zur Verarbeitung der anfallenden Daten durch unseren externen Dienstleister erforderlich.
Dabei werden Cookies geladen sowie verschiedene Daten für Statistiken und Analysen dauerhaft anonymisiert gespeichert und ausgewertet (Details siehe Chatbot Datenschutzerklärung).
Die datenschutzrechtlichen Einstellungen können jederzeit in den Datenschutzeinstellungen geändert werden.