Unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) entwickelt ein Projektkonsortium ein Hochvoltladesysteme mit einer möglichst hohen Ladeleistung. Damit können dann Lkw oder Busse mit Elektroantrieb in kurzer Zeit geladen werden, was eine Voraussetzung für den Umstieg des Last- und Personenverkehrs auf die Elektromobilität ist. „Im Zentrum des Projekts steht die Weiterentwicklung bestehender Schnellladeinfrastruktur auf Basis des CCS-Standards hin zu dem zukünftigen Megawatt Charging Systemstandard. Das stellt sowohl die Leistungselektronik als auch das Kontaktsystem vor neue Herausforderungen“, beschreibt Projektkoordinator Stefan Reichert vom Fraunhofer ISE die Herausforderungen bei solchen Systemen.
Neue Leistungselektronik für hohe Spannungen
Um diese Herausforderungen anzugehen, steht die Entwicklung von leistungselektronischen Wandlern, netzseitigen Gleichrichtern sowie die modulare Zusammenschaltung von DC/DC-Wandlern zur galvanischen Trennung und zur Anpassung der Ladespannungen an die Fahrzeugbatterie im Mittelpunkt. Schließlich soll die Ladestation mit Spannungen von bis zu 1.250 Volt betrieben werden, um hohe Ladeleistung bei möglichst geringem Stromstärken zu erreichen.
Diese hohe Spannung müssen die leistungselektronischen Wandlern, die auch für die galvanische Trennung zwischen Netz und Fahrzeugbatterie verantwortlich sind, und die Kontaktsysteme Verarbeitung können. Gleichzeitig werden für die hohe Ladeleistung auch effizientere Schaltungstopologien und Halbleiter sowie induktiven Übertrager mit sehr hohen Taktfrequenzen benötigt. Diese sollen durch Halbleiterschalter aus Siliziumkarbid erreicht werden.
Mit Pufferspeicher kombinieren
Mit der höheren Taktfrequenz steigen wiederum die Anforderungen an induktive Bauelemente wie beispielsweise die Transformatoren. Dem wird sich STS Spezialtransformatoren annehmen. Das Unternehmen Stockach am Bodensee entwickelt dafür einen sehr kompakten speziellen Übertrager. Die weiteren leistungselektronischen Wandler, wie der aktive Gleichrichter und ein hart schaltender Tiefsetzsteller, werden von der Firma Motion Control & Power Electronics beigesteuert.
Mercedes-Benz Energy entwickelt im Rahmen des Projekts speziell für diesen Anwendungsfall einen modular aufgebauten Pufferspeicher aus ausgedienten Batterien von Elektroautos. Dieser Second-Life-Speicher soll das Ladesystem dann unterstützen, wenn es an leistungsschwachen Netzanschlüssen betrieben werden soll. Das Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme (IVI) liefert ein Kontaktsystem, das Ströme von mehr als 1.500 Ampere kontaktieren kann.
Viele Ladeleistungen anbieten
Das Hochvoltladesystem und der dazugehörige Pufferspeicher sollen im Zentrum für Leistungselektronik und nachhaltige Netze des Fraunhofer ISE aufgebaut und getestet werden. Das Ziel der gesamten Entwicklung ist, das System zu auszulegen, dass ein möglichst großer Bereich an Ladespannungen erreicht werden, um möglichst viele Fahrzeugtypen geladen werden können. Deshalb muss das System auch abwärtskompatibel sein. Die Entwickler wollen deshalb ein System aufbauen und untersuchen, das aus bis zu vier Ladepunkten mit jeweils 250 Kilowatt Ladeleistung besteht. Zudem soll auch die Einbindung von regenerativen Quellen und Senken untersucht werden. (su)
