Der Fachbereich Leistungselektronik um Prof. Dr.-Ing. Otto Kreutzer forscht an den Themen:

• Leistungselektronik zur E-Mobilität (KFZ, Schienenfahrzeuge usw.)
• Hochleistungsladestationen mit hoher Effizienz (in Kombination mit Speicherlösungen)
• DC/DC Wandlung im Umfeld von Elektrolyseuren/Brennstoffzellen sowie
• Smart Grid & Erneuerbare Energien
• AC/DC Wandlung im 16,7 und 50 Hz Netz
• DC/AC Wandlung in Antriebsumrichtern für Brennstoffzellensysteme und Batterieelektrische Antriebe

Die zentrale Aufgabe besteht in der, für die jeweilige Anwendung spezifische, Entwicklung und Optimierung leistungselektronischer Wandler.

Forschungsarbeit

Analysen, Berechnungen, Simulationen sowie die Erstellung von Schalt- und Bestückungsplänen bilden die Grundlage der Forschungsarbeit.

Anschließend erfolgt die Fertigung der Prototypen. Hierfür steht eine kleine Werkstatt für mechanische Arbeiten, ein Wickelplatz für den Eigenbau von Wickelgütern sowie das Leistungselektroniklabor für sämtliche elektronische Tätigkeiten bereit.

^{im Bild: Bestückung der SMD Komponenten eines Hochsetzstellers}

^{im Bild: Bestückung der bedrahteten Komponenten}

Um eine hohe Effizienz der Schaltungen zu erreichen, müssen auch passive Komponenten, z. B. Wickelgüter, selbst angefertigt werden um die benötigten Parameter zu erreichen.

Nach Fertigstellung der Schaltungen folgt die Inbetriebnahme sowie das Prüfen und Messen sämtlicher Parameter. In der Leistungselektronik nimmt vor allem die Messung des Wirkungsgrades einen hohen Stellenwert ein.

Schlussendlich erfolgt der finale Test der Forschungsarbeit in der Anwendung.

^{im Bild: Intelligentes Einzelzellen-basiertes Batteriemanagementsystem für ein Multi-Level Batteriesystem}

Exemplarische, aktuelle Herausforderungen

• Aufbau eines autarken Systems mit Einspeisung der Sonnenenergie und Speicherung der Energie in Form von Wasserstoff
• Entwicklung einer erdvergrabbaren DC-Schnellladesäule, die aus dem Bahnstromnetz (15 kV 16,7 Hz) versorgt werden kann (Rail-HPC)
• Direkte Einspeisung von E-Fahrzeugen aus Photovoltaikanlagen (Direkt PV)
• Diverse Auftragsforschungen

Übersicht geräte

• 4-Quadranten AC Netzsimulator
• Bidirektionale DC Versorgungen
• SMD Bestückungsplatz (Schablonendrucker, Bestückungsautomat, Reflow Lötofen usw.)
• Vektor-Netzwerkanalysator
• Sättigungsstrommessgerät
• Teilentladungsprüfgerät
• Dickdrahtbonder
• Hochspannungs-Isolationsmessgerät
• usw.

Die gesamte Übersicht ist zu finden unter: Ausstattung Leistungselektronik Plattling

aktuelle Förderprojekte

Nefton / Nefton 3000 - Nutzfahrzeugelektrifizierung für Transportsektor-optimierte Netzanbindung; Teilvorhaben: Passiv gekühlte, unidirektionale Leistungselektronik

Im Projekt NEFTON wird ein Schnellladesystem für batteriebetriebene Nutzfahrzeuge entwickelt. Dazu wird eine hocheffiziente, bidirektionale Ladesäule im Megawattbereich entwickelt. Zum anderen wird ein Fahrzeugprototyp entwickelt, der sowohl die technischen als auch die kundenspezifischen Anforderungen optimal erfüllte. 

Im Rahmen des Teilvorhabens wird der Fokus auf die Ladesäule des LKWs gelegt. 

Rail-HPC - Erdvergrabbare Schnellladesäule für Batterieelektrische PKW mit einer Versorgung aus der Bahnstrom-Oberleitung

Das Projekt hat zum Ziel eine hocheffiziente, skalierbare Schnellladesäule für Elektrofahrzeuge (HPC = High Power Charger) mit 50 kW Ladeleistung zu entwickeln, die direkt aus der Oberleitung des Bahnstromnetzes (15 kV, 16,7 Hz) versorgt werden kann, aber wahlweise auch aus dem öffentlichen Stromnetz. Durch eine spezielle Leistungselektronik sind also beide Stromnetze nutzbar.

Restladung - Entwicklung und Hochautomatisierte Produktion einer DC-Wallbox mit Einphasenregelung; Teilvorhaben: Entwicklung einer hocheffizienten, phasengenauen Leistungselektronik sowie einer KI basierten Prozessdatenauswertung

In diesem Projekt wird eine DC-Wallbox entwickelt, die die verfügbaren Restkapazitäten in den einzelnen Phasen bestehender Hausanschlüsse überwacht, diese individuell nutzen und auf Veränderungen in der Auslastung reagieren kann, sodass die einzelnen Phasen des Anschlusses optimal genutzt werden können. Hierfür ist die Neuentwicklung der beteiligten Leistungselektronik und Regelungstechnik erforderlich.

Innovatives Bildungsfach - Innovatives, gemeinsames und grenzübergreifendes Bildungskonzept für Hochschulstudierende im Bereich Lehre

Abgeschlossene projekte

DirektPV 

Die Arbeitsgruppe um Prof. DI Dr.techn. Michael Sternad beschäftigt sich mit folgenden Forschungsthemen:

• Hochleistungs- (high-power-) Lithium-Ionen-Batterien
• Alterungseffekte u.a. beim Schnelladen von Lithium-Ionen-Batterien
• Lithium-Metallbatterien mit Elektrolyten basierend auf ionischen Flüssigkeiten
• Neuartige Elektrodenmorphologien (z.B. mittels Laser-Patterning)

Publikationen von Prof. Sternad: Google Scholar  Web of Science  ORCID

ausgewählte publikationen

Tracing the Powerfade: Location and Quantification of the Fluoridic Solid Electrolyte Interphase on Graphite Anodes (243^rd ECS-Meeting, Boston, 2023)

^{Positive Korrelation zwischen der Stärke der fluoridischen SEI und der Gleichstrom-Zellimpedanz (DC-impedance) einer 21700-Zelle}

Furtmair, M.; Wolters, A.; Simic, S.; Thannhuber, M.; Ruhl, G.; Sternad, M., Tracing the Powerfade: Location and Quantification of the Fluoridic Solid Electrolyte Interphase on Graphite Anodes. In 243rd ECS Meeting, Boston, USA, 2023.

A Lithium‐Silicon Microbattery with Anode and Housing Directly Made from Semiconductor Grade Monocrystalline Si

(Advanced Materials Technologies, 2021, Zusammenarbeit mit Infineon Technologies Austria AG, veröffentlicht mit Mitteln der Europäischen Union (European Regional Development Fund, ERDF))

 ^{Vollintegrierte Lithium-Silizium-Mikrobatterie, einkristallines Silizium als Anoden- und Gehäusematerial}

Sternad, M.; Hirtler, G.; Sorger, M.; Knez, D.; Karlovsky, K.; Forster, M.; Wilkening, H. M. R., A Lithium‐Silicon Microbattery with Anode and Housing Directly Made from Semiconductor Grade Monocrystalline Si. Advanced Materials Technologies 2021.

Nascent SEI-Surface Films on Single Crystalline Silicon Investigated by Scanning Electrochemical Microscopy

(2019, Zusammenarbeit mit AG Prof. G. Wittstock, Uni Oldenburg)

^{Aufklärung der Deckschichtbildung (SEI) auf einer Batterieanode aus einkristallinem Silizium mittels SECM (Scanning Electrochemical Microscopy)}

dos Santos Sardinha, E.; Sternad, M.; R. Wilkening, H. M.; Wittstock, G., Nascent SEI-Surface Films on Single Crystalline Silicon Investigated by Scanning Electrochemical Microscopy. ACS Applied Energy Materials 2019, 2, (2), 1388-1392.

Aging of Tesla's 18650 Lithium-Ion Cells: Correlating Solid-Electrolyte-Interphase Evolution with Fading in Capacity and Power

(2017, Zusammenarbeit mit AVL List GmbH)

^{Charakterisierung einer 18650-Tesla-Zelle, Studium des Alterungsverhaltens bei unterschiedlichen Temperaturen und C-Laderaten}

Uitz, M.; Sternad, M.; Breuer, S.; Täubert, C.; Traußnig, T.; Hennige, V.; Hanzu, I.; Wilkening, M., Aging of Tesla's 18650 Lithium-Ion Cells: Correlating Solid-Electrolyte-Interphase Evolution with Fading in Capacity and Power. Journal of The Electrochemical Society 2017, 164, (14), A3503-A3510.

The microstructure matters: breaking down the barriers with single crystalline silicon as negative electrode in Li-ion batteries

(Scientific reports, Nature Publishing Group, 2016)

^{Studium der grundlegenden elektrochemischen Eigenschaften von einkristallinem Silizium (100) während der Lithierung}

Sternad, M.; Forster, M.; Wilkening, M., The microstructure matters: breaking down the barriers with single crystalline silicon as negative electrode in Li-ion batteries. Sci Rep 2016, 6, 31712.

verfügbare methoden und geräte

Arbeiten unter Schutzgas

• MBRAUN Labmaster Pro SP Glovebox (Argon, < 0.5 ppm H₂O)

Präparation von Labortestzellen (Swagelokzellen, Knopfzellen, Pouchzellen)

• Fritsch PULVERISETTE 7 Planetenmühle (Slurrypräparation)
• Proceq ZAA 2300 Automatisches Filmziehgerät (Rakel 80-100 mm)
• Feinvakuum-Trockenlinie (p = 10^-2-10^-3 mbar), Büchi Glasöfen
• Metrohm 831 Karl Fischer Coulometer mit 860 KF Headspaceofen
• Mettler XSR105DU Analysenwaage (0.01 µg Auflösung)
• Swagelok-, Knopf und Puchzellfertigung

Elektrochemische Charakterisierung von Labortestzellen

• Biologic MPG 2 Potentiostat, 2 x 16 Kanäle
• Biologic SP 50 Potentiostat, 1 Kanal
• Memmert Temperaturschränke (25, 40, 60°C)

Elektrochemische Charakterisierung von industriellen Zellen (z.B 21700)

• Arbin LBT21084HC Batteriezyklisierer, 40 Kanäle, 0-5 V, 60 A
• Hochpräzisionstemperiervorrichtung für 18650/21700-Zellen (T +/- 1 K unter 20 A Last)

Chemische Analytik, bildgebende Verfahren und weitere Apparaturen

• Agilent Cary 630 FTIR/ATR-Spektrometer (Diamant- and Ge- Kristalloptiken)
• Agilent 8860/5977C GC-MS-System
• Thermo Fisher NEXSA Röntgenphotoelektronenspektroskop (XPS, TC-Teisnach)
• Zeiss Ultra 55 Rasterelektronenmikroskop, EDAX EDS Detektor
• ZEISS METROTOM Computertomograph (5 µm spot size)
• Rotofix 32 A Tischzentrifuge (Elektrolytsampling aus Batteriezellen)
• Zugang zu Hg-Porosimeter, Dionex Ionenaustauschchromatographie, Flammen- und Graphitrohr-Atomabsorptionsspektrometrie (AAS), etc

^{Glovebox, im Abzug verbaute Feinvakuum-Trockenlinie}

^{Arbin Hochstromzyklisierer}

^{Kupferwärmetauscher zur präzisen Thermostatisierung von Batteriezellen während des Testes}

^{Herstellung von Elektroden: Beschichtung von Stromableiterfolien mit sogenanntem „Slurry“ (viskose Aktivmaterialmischung)}

^{Laborkalander zur Verdichtung der getrockneten Aktivmaterialbeschichtung mit einer fertigen Elektrodenbahn im Vordergrund}

dienstleistungen

Qualifizierung von Batteriezellen:

Vor dem Einsatz einer Zelle in einem konkreten Produkt ist es meist die Obliegenheit des Zellherstellers einem z.B. Geräte- oder Automobilhersteller die Qualität und Sicherheit seiner Zelle nachzuweisen (sie zu „Qualifizieren“).

Eine typische Batteriequalifizierung umfasst:

• die Zyklisierung der Zellen bei 25, 40 und 60 °C, 750 Zyklen unter den Lade- und Entladebedingungen, welche vom Zellhersteller vorgegeben sind (laut Specsheet). Es werden elektrische und elektrochemische Meßgrößen wie die Entladekapazität, die Coulombeffizienz (Ladungseffizienz) sowie die AC (1 kHz)- und DC (5 s, 20 A)- Impedanz erfaßt.
• die Öffnung je einer ausgewählten Zelle pro Temperatur unter Schutzgas in einer Glovebox („post mortem Analyse“):

1. a.    Beurteilung des makroskopischen Zustandes, vor allem der Anoden (in Bezug auf Lithiumplating) und der Separatoren (Kurzschlüsse oder thermische Auffälligkeiten, Hotspots)
2. b.    Detaillierte Fotodokumentation aller Zellbestandteile (Anoden, Kathoden, Separatoren, Zellgehäuse und Sicherheitseinrichtungen
3. c.    Erfassung der geometrischen Parameter der Elektrodenbahnen und des Separators inklusive der Aktivmaterial-Schichtdicken
4. d.    Makroskopische Prüfung der Sicherheitseinrichtungen der Zelle (z.B. des CID oder des PTC)

• die Berichtslegung mit einer Expertise über Qualität und Sicherheit des geprüften Zelldesigns als Entscheidungsgrundlage für den potenziellen Käufer der Zellen

Für Fragen zum Thema „Batteriequalifizierung“ stehen Ihnen die Experten der AG Sternad gerne zur Verfügung!

Beispiel für das Ergebnis eines Zyklisierexperimentes über 750 Zyklen (750 Lade- und Entladevorgänge) bei 25, 40 und 60 °C:

^{Elektrochemisches Experiment (Zyklisierung) eines industriellen 3 Ah 21700-Zelltyps unter temperaturkontrollierten Bedingungen}

Kommt es während des ca. 4-5 Wochen dauernden Experimentes zu Störungen in der Batteriezelle, werden die Prüfvorgänge automatisch abgebrochen:

^{Zyklisierung von neun (drei pro Temperatur) Samsung INR21700-40T, 4000 mAh-Zellen, Aktivierung des zellinternen Stromunterbrechers („CID activation“) durch zu hohen Zellinnendruck bei 60 °C}

Um den Zustand der Elektrodenbeschichtungen und den Sicherheitsstatus der Zellen nach 750 Zyklen beurteilen zu können, wird je Temperatur eine Zelle teilentladen und unter Schutzgas (Argon) in einer Glovebox geöffnet (post mortem Analyse):

^{Öffnen und Zerlegen einer 21700-Zelle unter Schutzgas (links) und makroskopische Prüfung der Separator- und Elektrodenoberflächen (rechts)}

Aktuelle Projekte

• Forschungs- und Dienstleistungsprojekte mit Firmenpartnern wie Einhell Germany AG und der DRÄXLMAIER Group.
• FestBatt – Cluster of competence for Solid-state Batteries
•  

Abgeschlossene Projekte

OptiStore - Optimierte Energiespeichersysteme zur nachhaltigen Verwertung (Europäische Union, EFRE)

Der Fachbereich Autonomes Fahren und Fahrerassistenzsysteme um Prof. Thomas Limbrunner forscht an autonomen Systemen sowie Fahrerassistenzsystemen. Die generelle Zielsetzung der Forschungsgruppe ist es, angewandte Forschung im breiten Spektrum der autonomen Systeme zu betreiben.

Der Fokus wird vor allem auf die nachfolgenden Schwerpunkte gelegt:

• (Umfeld-) Sensorik
• Algorithmik für Objektdiskriminierung
• Objekttracking
• Anomalieerkennung
• META-Datengenerierung /-analyse (u.a. mittels künstlicher Intelligenz)
• Gesamtsystemarchitektur autonomer Systeme

^{Testplattform im Modellmaßstab}

Forschungsarbeit

Infrastrukturell setzt die Forschungsgruppe auf leistungsfähige KI-Server zur Algorithmenentwicklung und Simulation, auf Testbett-Umgebungen für beispielsweise automotive Ethernet wie auch geplant auf eine hoch genaue Fahrparametermesstechnik. Dies ermöglicht Studien im Bereich der Fahrfunktionspräzision, der Homologation, wie auch der User Experience (UX) und Usability.

Die Forschungsarbeit des Forschungsteams umfasst nahezu alle Bereiche des Autonomen Fahrens sowie die Weiterentwicklung von Fahrerassistenzsystemen. 

Aktuell wird u.a. an In-Vehicle Big Data Analytics Systemen zur Entwicklung datenbasierter Algorithmen mit Hilfe von intelligenten Edge-Knoten gearbeitet. Im Förderprojekt INSTATE werden mithilfe intelligenter Edge Devices bereits im Fahrzeug Metadaten erzeugt. Diese sind mit Sensoren eines Fahrzeugs verbunden. Die dabei generierten Metadaten können von einer Big Data Plattform verwendet werden, um das aktuelle Szenario zu verstehen. Zudem werden Daten, inklusive der Metadaten, nur bedarfsbezogen aufgezeichnet.

• Datengetriebene Algorithmen für das autonome Fahren mithilfe intelligenter Edge-Knoten
• Metadaten-Erzeugung direkt im Fahrzeug
• Umwandlung der Sensordaten in komprimierte Streams
• Backend-Anbindung über 5G Gateway

^{Im Projekt INSTATE sollen mittels Methoden der KI neue Wege zur Aufnahme und Verarbeitung von Sensordaten erforscht werden}

Kürzlich abgeschlossen wurden die Arbeiten an innovativen Absicherungskonzepten für die Anlauftauglichkeit des Gesamtfahrzeugs im Zuge des Projekts iAATG. In dessen Zuge wurde u.a. an der Erkennung spezifischer Ereignisse aufgrund hoher Funktions-/Systemkomplexität mit Methoden der künstlichen Intelligenz geforscht (single event analyse).  Des Weiteren wurde an der Absicherung automatisierter Fahrfunktionen mittels induktiver Teststrategien für „Vehicle integrated Testing“ (Vitbox) gearbeitet sowie an der Absicherung und Validierung der Backendinteraktion bezüglich automatisierter Fahrfunktionen geforscht.

• single event analyse
• Vehicle integrated Testing
• Backendinteraktion

^{Im Projekt iAATG werden neuartige Strategien zur Absicherung autonomer Fahrfunktionen erforscht.}

Studentische Projekte

Ein wesentlicher Teil der Forschungsgruppe um Herrn Prof. Thomas Limbrunner ist die Zusammenarbeit mit Studenten über studentische Arbeiten und Abschlussarbeiten. Innerhalb dieser Projektarbeiten werden verschiedenste Sensorsyteme in Betrieb genommen und angebunden sowie anschließend die Daten ausgewertet und analysiert.

Eine wichtige Kooperation stellt hier die Zusammenarbeit des TC Plattling mit dem Studiengang "Master of Applied Research" dar. 

^{Beispiel einer IMU (Inertial measurement unit)}

^{Beispiel einer Masterarbeit: simulationsgestützten Datengenerierung und -auswertung}

Neben der Auswertung von Realdaten steht auch die simulationsgestütze Trainings-Datengenerierung für die Bildverarbeitung mittels künstlicher Intelligenz im Vordergrund der Forschungsarbeit.

übersicht geräte

• GPU gestütztes Kubernetes Cluster für KI-Entwicklung  
• Verschiedene Arbeitsplätze (additive Fertigung, Elektronikaufbauten, Hebebühnen, etc.) für die Umsetzung von prototypischen Aufbauten für die Forschung
• Automotive Ethernet Testbett für Stresstests und Zeitsynchronisierung
• 5G Campusnetz
• ADAS Messtechnik mit Referenzsensorik
• Entwicklungs- und Test-Equipment für Fahrzeugbuskommunikation
• Monitor HiL und ADAS-Simulationsumgebung
• verschiedene mobile autonome Plattformen für Sensor- und Funktions-Entwicklung 
• GNSS - RTK Referenz Station

aktuelle projekte

DaDriVe - Data Driven Vehicle Validation by AI

INSTATE - In-Vehicle Big Data Analytics System zur Entwicklung datenbasierter Algorithmen mit Hilfe von intelligenten Edge-Knoten

abgeschlossene projekte

iAATG - Innovative Absicherungskonzepte für die Anlauftauglichkeit Gesamtfahrzeug; Pressemeldung

Projektpartner: BMW group Dingolfing, b-plus

Grenzland 5G

Der Fachbereich Robo-CT um Prof. Dr. Simon Zabler forscht an der 3D-Digitalisierung großer Objekte bis hin zu kompletten Fahrzeugen mit Hilfe einer roboterbasierten Digitalisierungszelle auf Basis der Röntgen-Computertomographie.

• Multimodale Zerstörungsfreie Prüfung mit optischer Mess- und Röntgentechnik
• Automatisierte 2D & 3D Röntgenprüfung großer, industriell relevanter Objekte
• Flexible dreidimensionale Positionierung
• Kollisionsfreie, automatische Roboterbewegung
• Forschungsschwerpunkte
• Computertomographische, kollisionsfreie Trajektorienoptimierung
• Präzise Positionsbestimmung und Kalibrierung der Röntgenkomponenten
• Datenvollständigkeit von Scantrajektorien
• Weitere Anwendungsbeispiele

Exemplarische, aktuelle Herausforderungen

• Optimierung der Objektplatzierung zur Vermeidung von nicht erreichbaren Bereichen
• Bestimmung der notwendigen Freiheitsgrade für die Bewegung der Roboter

Übersicht geräte

• Roboter: 2mal KUKA KR 120 R2900 extra auf jeweils den Linearachsen „KUKA Lineareinheit KL 4000"
• Schwerlasttisch: WEISS – CR1000C
• Röntgenquelle: Comet - XRS-225VF
• Röntgendetektor: Varex Imaging – PaxScan 4343DX-I
• Lasertracker: API – Radian
• 3D Scanner: Photoneo – PhoXi 3D Scanner

^{Roboter mit Röntgendetektor}

^{Roboter mit Röntgenquelle}

aktuelle projekte

SmartCT
Im Projekt SmartCT werden KI-Methoden entwickelt und angewandt, die es robotergestützten Computertomographie-Systemen (Roboter-CT) ermöglichen, die äußeren und inneren Strukturen beliebiger Objekte autonom und zerstörungsfrei zu erfassen. Diese generierten Daten bilden die Grundlage für neuartige, innovative und datengetriebene Geschäftsmodelle in vielen Bereichen wie zum Beispiel der Produktentwicklung (Fahrzeugkomponenten, Flugzeugflügel, Batteriezellen etc.).

^{Röntgenbild eines E-Bikes}

Fachsymposium Mobilität der Zukunft

24.09.2026

NÄHERE INFOS FOLGEN!

5. Fachsymposium - Mobilität der Zukunft

9.10.2024 ab 09.00 Uhr im Bürgersaal Plattling 

Wie wird unsere Mobilität in Hinblick auf die zunehmende Nachfrage nach Zukunftsfähigkeit künftig aussehen? Welche Möglichkeiten bieten autonome Fahrzeuge?  

Das Fachsymposium möchte Chancen und Herausforderungen unserer Zeit auf dem Gebiet der Mobilität der Zukunft abbilden und nahbarer machen. 

Im Fokus der diesjährigen Veranstaltung stehen die neuesten Entwicklungen und Forschungsergebnisse zum Thema moderne Mobilität. Ein Schwerpunkt des Symposiums liegt auf den zentralen Bausteinen und Basistechnologien, die zu einer geschlossenen Wirkkette der Elektromobilität beitragen. Dabei handelt es sich um mobile, automatisierte oder auch autonome Systeme, Energiespeichersysteme und Leistungselektronik. Ein weiteres Augenmerk liegt auf der Anwendung fortschrittlicher, nichtinvasiver Analysemethoden der Computertomographie im Themenfeld der Mobilität. 

Im Rahmen des Symposiums können Innovationen in dem Bereich der modernen Mobilität erprobt und erfahren werden. Die Pausen geben Gelegenheit die Labore des Forschungszentrums zu besichtigen. Neben zahlreichen Vorträgen bieten wir zusätzlich eine Poster- und Fachausstellung an.  

Weitere Informationen zur Veranstaltung finden Sie hier.