Effiziente selbsteinstellende Lader für Elektrofahrzeuge (itsowl-ELA)

Problemstellung
In Anbetracht steigender Kraftstoffkosten und politischer Zielsetzungen treibt die Automobilindustrie die Entwicklung von Elektrofahrzeugen voran. Derzeit ist ihre Leistungsfähigkeit jedoch geringer als bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Optimierungsbedarfe liegen in der Effektivität und Effizienz der einzelnen Fahrzeugkomponenten. Eine wichtige Rolle nimmt dabei das Ladegerät ein. Um den Energieverbrauch des Fahrzeugs zu reduzieren und die Reichweite zu erhöhen, müssen eine hohe Leistungsfähigkeit sowie ein geringes Bauvolumen und Gewicht des Ladegeräts erreicht werden. Dabei muss gleichzeitig die Zuverlässigkeit bei unterschiedlichen Betriebszuständen und Umgebungsbedingungen wie beispielsweise Temperatur oder Vibration gewährleistet sein.

Projektziele
Ziel des Forschungsprojekts itsowl-ELA war die Entwicklung eines Ladegeräts für Elektrofahrzeuge, das sich abhängig von Eingangsspannung und Batteriezustand stets selbsttätig auf den Arbeitspunkt mit dem geringstmöglichen Energieverlust einstellt. Die Leistungsfähigkeit des Ladegeräts wurde gegenüber bisherigen Lösungen erhöht, das Bauvolumen und Gewicht reduziert und es wurde eine eigenständige Anpassung an unterschiedliche Bedingungen ermöglicht.

Vorgehensweise
Zunächst wurde eine systematische Optimierung des modellbasierten Entwurfs von Ladegeräten durchgeführt. Durch die Integration von Resonanzwandlern konnte der Wirkungsgrad der eingesetzten Energie erhöht werden. Darüber hinaus wurde ein Konzept zur Anordnung der Bauelemente entwickelt, das trotz geringerem Bauraum eine effektive Kühlung ermöglicht. Weiterhin wurde eine selbstoptimierende Steuerung und Regelung konzipiert, wodurch eine eigenständige Anpassung an unterschiedliche Rahmenbedingungen erfolgt. In dem Projekt konnte auf Leistungen der Cluster-Querschnittsprojekte „Selbstoptimierung“ und „Energieeffizienz“ zurückgegriffen werden. Anhand eines im Projekt aufgebauten Prototypen konnte der Funktionsnachweis erbracht werden. Die Ergebnisse wurden in einem Instrumentarium mit Modellen, Simulationsumgebungen und Berechnungsvorlagen zusammengeführt, mit dessen Hilfe selbsteinstellende Ladegeräte effektiv entworfen werden können.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Durch das Projekt wurden die Leistungsfähigkeit und die Effizienz von Ladegeräten deutlich gesteigert. Der Aufwand und die Kosten für die künftige Entwicklung und Implementierung von Ladegeräten können auf Basis der Ergebnisse reduziert werden. Die im Projekt entwickelten Methoden werden durch Engineering- und Consultingunternehmen über den Cluster hinaus in die Breite getragen. Mit dem Projekt wurde ein wichtiger Beitrag geleistet, die Elektromobilität voranzutreiben und wettbewerbsfähig zu machen.

• Delta Energy Systems (Germany) GmbH
• Infineon Technologies AG
• Universität Paderborn