Projektarbeiten

In general, distributed windings are well-known for generating current linkage distributions with low harmonic content depending on the specific winding scheme. Especially, winding schemes with a high number of slots per pole and per phase exhibit these characteristics. However, the energy conversion characteristics of winding schemes are not fully explored yet.

The spectral content of the current linkage distribution of different 3-phase windings should be analysed and evaluated concerning their energy conversion characteristics. Different winding schemes for single and multilayer distributed, integer and fractional slot windings should be constructed and analysed using the winding function theory. Especially, the spectral analysis of the current linkage can be used to analyse the energy conversion characteristics.

The needed mathematical descriptions for the different 3-phase winding schemes based on the winding function theory (Fourier series) should be programmed and analysed using SciLab. The theoretical investigations and the gained results are to be documented and argued in detail.

PA 019

Auskunft und Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Ingo Hahn

Accurate estimation of energy consumption and battery load requires a reliable translation of driving behavior into physical load conditions. This thesis addresses the modeling of vehicle energy demand using the real-world vehicle duty cycles. It involves the application of vehicle dynamics to compute tractive forces, acceleration power, rolling and aerodynamic losses, and road grade effects. Different vehicle classes and configurations (e.g., passenger EV, delivery van, or bus) will be modeled to assess their response to various real-world duty cycles. Driving styles and environmental conditions will be considered to reflect the variability in actual operation. The outcome of this thesis is a dynamic simulation framework that converts drive profiles into power and energy time series, suitable for downstream applications such as BMS validation, thermal analysis, SOC estimation, or range prediction.

PA 018

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Jiancheng Tong

Standardized drive cycles have deficiencies to represent the complexity and diversity of real-world vehicle
operation. In contrast, GPS data offers a rich source of actual driving behavior, yet cannot directly be used
for energy or battery simulations without further processing. This thesis aims to the automated generation
of real-world vehicle duty cycles from raw GPS trajectories for energy simulation. Key elements include
the reconstruction of speed and load profiles, integration of external data sources such as road elevation,
and identification of driving patterns. In addition, data-driven methods will be explored to classify and
predict driving behavior. The resulting profiles will be time-resolved, diverse, and representative of realworld
driving. They form the essential input for vehicle and battery modeling, enabling realistic and
use-case-specific simulation scenarios.

PA 017

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Jiancheng Tong

Magnetic geared machines use the magnetic field modulation phenomena to transmit torque between a stator and two rotors. Compared to the conventional machines, these machines offer a number of advantages. First, they allow a constant torque transmission between two rotos, making them suitable for applications like Hybrid Electric Vehicles. Second, the number of pole pairs in the stator and rotors of these machines can be different, which allows a slow rotating rotor and a fast-rotating stator. This in turn eliminates the need for a gearbox in applications which require a slow-rotating rotor, saving the space and cost.

However, due to the presence of the modulating iron pieces, these machines can suffer from a high amount of cogging torque. Furthermore, for the same reason, the amount of flux leakage in these machines is high.

This thesis, is trying to investigate the possibility of using On-Off topology optimization to improve the performance of an example magnetic geared machine. The effect of two parameters on the final result are studied in this thesis.

First the effect of the objective function is studied. The question is how the final design would change if the objective function is torque density, torque ripple, or a combination of these two.

Next, the effect of the optimization method is studied. For this purpose, Greedy-based methods are compared with the Genetic Algorithm.

To perform the study, the simulations are performed with the help of the FEMM software, controlled through Matlab.

PA 016

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Babak Dianati

Elektrische Maschinen weisen im Stator Wicklungen auf, die sich in den Nuten des Blechpakets befinden. Die Zähne bilden den Abschluss des Blechpakets in Richtung des Luftspalts. Der Maxwell’sche Spannungstensor beschreibt die an den Grenzflächen im Luftspalt wirkenden Kräfte, welche abhängig von der Amplitude der magnetischen Flussdichte sind. Die magnetisch leitfähigen Zähne des Stators führen den magnetischen Fluss in höherem Maße als die umliegende Luft. Deren Geometrie beeinflusst somit die Radial- und Tangentialkomponente der Flussdichte des Luftspaltfeldes. In dieser Arbeit sind einige elementare Zahn-Geometrien für den Leerlauf und den Lastfall einer permanent erregten Synchronmaschine zu untersuchen und zu bewerten. Ziel ist es, Aussagen über das Spektrum der Kraftdichten in radialer und tangentialer Richtung zu erarbeiten, und ausgewählte durch die Fourier Darstellung erläutern zu können. Mit Hilfe einer parametrischen Definition der Zahngeometrie in MATLAB soll in Kombination mit FEMM zunächst eine simulative Studie durchgeführt werden, auf die eine mathematische Beschreibung folgt. Die Geometrie und Auslegung der untersuchten PMSM ist vorgegeben und das Modell an diese anzupassen.

PA 015

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Alexander Pfannschmidt

The driving range and the associated charging strategy along a route represent one of the critical challenges for full electromobility. To address this, it is essential to accurately predict the battery strain under different driving scenarios. In this project thesis, a vehicle model will be developed in Matlab/Simulink, which enables the calculation of the required battery power based on speed and incline profiles. The model should support parameterization of the vehicle type and its load. Additionally, various environmental conditions should be configurable as framework conditions of the simulation. The model will be validated using real-world driving profiles and load data.

PA 014

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Jiancheng Tong

In der Projektarbeit soll ein ortsaufgelöstes thermisches Modell einer 21700 Li-Ionenbatterie entwickelt werden. Ziel des Modells ist es, die Wärmeleitpfade der Zelle sowie die Abhängigkeit der Wärmeentwicklung vom jeweiligen Belastungsszenario ermitteln zu können. Die Parametrierung erfolgt über Messungen auf Zellebene. Hierbei soll ein einfacher Aufbau mit verteilten thermischen Messstellen und einer thermischen Einhausung zur Vermessung des Relaxationsverhalten entwickelt werden. Das Verfahren soll so gestaltet sein, dass es perspektivisch auf weitere Zellen übertragbar ist. Zur Validierung des Modells können reale Lastprofile für unterschiedliche Anwendungsfälle an den Zellen mittels der am Lehrstuhl vorhandenen Zyklisierer getestet werden.

PA013

Auskunft und Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Susanne Lehner

In der Projektarbeit soll mittels einer OpenSource Python-Toolbox die detaillierte Auswerteroutine für elektrochemische Impedanzmessungen entwickelt werden. Hierzu werden Testergebnisse einer 21700-Li-Ionenzelle zur Verfügung gestellt. Neben der Analyse etablierter Auswertungen wie dem Nyquist-Plot und Bodeplot sowie der DRT-Analyse, sollen insbesondere statistische Effekte im Fokus der Analyse stehen. Hierzu werden circa 200 initiale Eismessungen der Zellen eines Batches bei Nennspannung zur Verfügung stehen sowie die über den vollen SoC-Bereich aufgezeichneten Spektren von mehreren Vergleichszellen. Die Auswertung erfolgt durchgehend mit Python. Weitere Validierungsmessungen sind ggf. im Rahmen der Arbeit möglich. Zudem soll ein einfaches Ersatzschaltbildmodell auf die Daten gefittet werden.

PA 012

Auskunft und Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Susanne Lehner

Die Remanenzflussdichte von Permanentmagneten unterliegt Schwankungen, was durch den Herstellungsprozess bedingt ist. Üblicherweise werden in der Simulation permanent erregter Synchronmaschinen konstante Werte für das gesamte Magnetvolumen und für jeden einzelnen Magneten verwendet. Ziel der Arbeit ist es, die real unterschiedlichen Amplituden der Magnetisierung zu berücksichtigen und deren Einfluss auf das Verhalten der Maschine zu analysieren. Dabei sollen sowohl die Flussdichte im Luftspalt als auch die Kraftdichte über den Maxwell’schen Spannungstensor als indizierende Größen herangezogen werden. Die Kraftdichte gibt Aufschluss über die an den Zähnen des Stators wirkenden Kräfte und damit über die vibroakustische Charakteristik. Zusätzlich kann der Ripple des Drehmoments betrachtet bzw. der Unterschied in der Rotationsrichtung analysiert werden. Zu Beginn der Arbeit ist eine kurze Literaturrecherche durchzuführen, um das Fertigungsverfahren von Neodym-Eisen-Bor Magneten zu erläutern. Die Umsetzung der Simulation soll in der Finite-Elemente Software FEMM erfolgen, in deren Umgebung durch parametrische Programmierung in Matlab die Maschine modelliert wird. In der Analyse ist die Remanenzflussdichte zu variieren, was sowohl probabilistisch mit einer Verteilungsfunktion oder auch deterministisch über eine Parameterstudie geschehen kann. Die Betrachtung umfasst eine permanent erregte Synchronmaschine, deren Stator und Rotor vorgegeben ist. Die Modellierung der vorgegebenen Maschine in FEMM ist Teil der Aufgabenstellung.

PA 011

Auskunft und Betreuung: M. Sc. Alexander Pfannschmidt

Model predictive control is used in many electrical drive system’s applications to enhance its general performance. In most cases the system’s dynamic behaviour is predicted so that appropriate controller actions can be determined accordingly, e.g. under the assumptions of a finite set of controller output values.

Within this theses the general concept of model predictive control should be investigated with the goal of a possible reduction of the losses in electrical machines and power inverters. The positioning of a single axis drive should be used as an example. The gained dynamic characteristics and probable advantages of model predictive control vs. usual field-orientated or direct torque control of electrical machines should be compared.

To set up the needed simulation models (electrical machine, usual control system and model predictive control system) the freely available software SciLab is to be used. The developed SciLab codes as well as the theoretical concepts and findings should be documented and discussed in detail.

PA 010

Auskunft und Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Ingo Hahn