Neuartiges Ladesystem Ladeelektronik mit nur zwei Leistungsstufen entwickelt

Delphi hat Studie »Elektromobilitätsstrategie der Bundesregierung – Herausforderungen und Hemmnisse« durchgeführt.

Die TH Köln und AixControl haben in einem Forschungsprojekt ein zweistufiges Schnellladesystem entwickelt. Dank seines Aufbaus kann in der Ladeelektronik auf eine Leistungsstufe verzichtet werden. Das System bedient einen breiten Spannungsbereich von 200 bis 900 V und erlaubt bidirektionales Laden.

Elektroautos benötigen je nach Automodell und Hersteller sehr unterschiedliche Ladespannungen in Abhängigkeit von der gewählten Batteriespannung. Entsprechend flexibel müssen Ladesäulen sein und einen breiten Spannungsbereich abdecken. Gängige Systeme basieren auf drei Leistungsstufen, um die Ausgangs- in die jeweils benötigte Endspannung zu konvertieren.

»Es ist uns gelungen, auf eine Leistungsstufe zu verzichten, indem wir in die zweite Stufe eine Art ‚Gangschaltung‘ integriert haben. Durch diese wird der Ausgangswert von 680 bis 840 V in die gewünschte Spannung übersetzt«, erläutert Projektleiter Prof. Dr. Christian Dick vom Institut für Automatisierungstechnik der TH Köln. Der Verzicht auf die dritte Stufe ermögliche Kosteneinsparungen bei Halbleitern und passiven Bauelementen. Aufgrund des steigenden Ladestands der Batterie muss im Laufe eines Ladevorgangs immer mehr Spannung bereitgestellt werden, um den Prozess abzuschließen.

»Daher muss unter Umständen während des Ladevorgangs in einen höheren Gang geschaltet werden, was zu einer Überstromungsgefahr führen kann. Deshalb messen wir kontinuierlich die Stromamplitude. Werden die Spitzenwerte zu hoch, schalten wir die Stromzufuhr automatisch für einige Mikrosekunden ab, bis sich die Werte normalisiert haben. So schützen wir das System und die Batterie, ohne den Ladevorgang merklich zu verlangsamen«, erklärt Dick.

Funktion für bidirektionales Laden

Um die Einsatzmöglichkeiten des Schnelladesystems zu erhöhen, hat das Forschungsteam auch eine Funktion für den bidirektionalen Energiefluss integriert. Dadurch kann mit der neuen Technik nicht nur geladen werden, sondern einer Batterie auch Energie entzogen und einem anderen System zugeführt werden. So könnte mit der Technik beispielsweise Energie zwischen dem Hausspeicher und einer Autobatterie hin- und herbewegt werden.