Hochkompakte Lader zur intelligenten Netzintegration von Elektrofahrzeugen (itsowl-HLE)

Problemstellung
Vor dem Hintergrund begrenzter Ressourcen können Elektrofahrzeuge eine nachhaltige und effiziente Form der Mobilität ermöglichen. Eine wichtige Funktion bei Elektrofahrzeugen kommt dem Ladegerät im Fahrzeug zu, das den aus der Ladestation aufgenommenen Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt und an die Spannungshöhe der Fahrzeugbatterie anpasst. Das derzeit noch relativ hohe Gewicht und Bauvolumen der Ladegeräte wirkt sich negativ auf den Energieverbrauch von Elektrofahrzeugen aus und verringert deren Reichweite und Effizienz.

Projektziele
Ziel des Forschungsprojekts itsOWL-HLE ist es daher, ein leistungsstarkes und kompaktes Ladegerät für Elektrofahrzeuge zu entwickeln. Durch Optimierung des elektrischen Leistungsflusses sollen der Wirkungsgrad der eingesetzten Energie erhöht und Volumen sowie Gewicht der Geräte reduziert werden. Darüber hinaus wird ein modellbasiertes Entwurfsverfahren erarbeitet, mit dem die Bauelemente eines Laders für unterschiedliche Fahrzeuge individuell zusammengestellt werden können.

Vorgehensweise
Zunächst werden neuartige Schaltzellen für die Ladegeräte entwickelt, in denen Halbleiterschalter den Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Diese sollen bei gesteigerter Leistung leicht sein und ein geringes Volumen besitzen. Dazu werden Technologien für den mechanischen Aufbau der Schaltzellen aus dem Bereich kleiner Ladegeräte für z. B. Mobiltelefone genutzt und für die hier erforderlichen hohen Leistungen angepasst. Außerdem sollen innovative Halbleitermaterialien eingesetzt werden. Durch eine intelligente Steuerung und Regelung des Laders wird eine optimale Übertragung des Stroms an die Batterie gewährleistet. Auf Basis einer mathematischen Modellierung und Simulation des elektrischen und thermischen Verhaltens der Komponenten wird ein Entwurfsverfahren erarbeitet, um leistungsfähige und kompakte Ladegeräte für unterschiedliche Fahrzeuge entwickeln zu können. In dem Projekt wird auf Ergebnisse der Querschnittsprojekte „Energieeffizienz“ und „Selbstoptimierung“ zurückgegriffen. Die Projektergebnisse werden anhand eines Demonstrators evaluiert.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Durch das Projekt wird die Leistungsfähigkeit von Ladegeräten für Elektrofahrzeuge deutlich erhöht. Eine Volumen- und Gewichtsreduzierung um 20 v. H. wird angestrebt. Damit werden die Reichweite und somit insgesamt auch die Effizienz von Elektrofahrzeugen gesteigert. Zudem kann durch das Entwurfsverfahren die Entwicklung und der Einbau von Ladegeräten vereinfacht werden. Das Projekt leistet einen wichtigen Beitrag, die Wettbewerbsfähigkeit von Elektromobilität zu erhöhen. Zusätzlich sind die Neuentwicklungen auf weitere Anwendungen im Bereich elektronischer Stromwandler für den Fahrzeugantrieb sowie Stromversorgungen für Server-, Telekommunikations- und Rechenanlagen übertragbar.

• Delta Energy Systems (Germany) GmbH
• Universität Paderborn