TDK-Lambda
Mehr industrietaugliche Power für die Energiewende
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Konzept bidirektionaler DC/DC-Konverter für hocheffiziente Energiespeicher nutzen
Angetrieben durch die japanische Konzernführung bei TDK und umgesetzt durch eine neue Technologiegruppe in der TDK-Lambda Division für das Thema »Erneuerbare Energien«, wird ergänzend zum EVA-Ansatz in Richtung Batterieladetechnik auch ein neuer Pfad beschritten, Energien in beide Richtungen (von der Quelle zum Verbraucher und zurück) zu managen. Die momentan für selektiv durchgeführte erste Feldversuche entwickelten Muster der EZA-Reihe basieren im technischen Kern ebenfalls auf Grundlagenerfahrungen aus dem Laborstromversorgungs- und Prüfumfeld. Allerdings werden hier erstmals zwei DC/DC-Wandler in ein Gerät implementiert. Die Idee ist, von einem Hochvolt-DC-Netz (300 bis 400 V DC), das etwa aus Photovoltaik-Zellen, aus Windkraft-Umrichter-Zwischenkreisen oder aus Brennstoffzellen gespeist werden kann, die Energie in eine 48-V-Batterie zwischenzuspeichern und bei Bedarf in umgekehrter Richtung zum Verbraucher oder zur Last zurück zu transferieren.
TDK-Lambdas kompakter, leichter und hocheffizienter bidirektionaler DC/DC-Wandler EZA wird damit das Laden und Entladen von Batterie-Speichern ermöglichen. Dafür ist eine Aufwärts- und Abwärts-Konversion zu anderen DC-Spannungsniveaus notwendig. Bis jetzt war das nicht ohne eine spezielle Leistungselektronik oder einen Umschalter zwischen zwei DC/DC-Konvertern, einen für die Aufwärts-, den anderen für die Abwärtswandlung, möglich.
Unsere Erfahrungen in Sachen Schaltnetzteiltechnik und Leistungselektronik nutzend, haben wir nun eine DC/DC-Plattform entwickelt, die eine bidirektionale Wandlung ermöglicht. Diese neue Baureihe EZA wird aktuell gerade im Rahmen einer Markt-Studie in Europa vorgestellt. Sie ermöglicht es unseren Kunden, in Zukunft hocheffiziente Energiespeichersysteme für wiederaufladbare Batterietechnologien zu entwickeln.
Dies sind die Hauptvorteile der neuen EZA-Baureihe:
- Einer galvanisch getrennten Topologie bringt Vorteile sowohl bei der Sicherheitsbetrachtung wie auch bei der Störfestigkeit.
- Die digitale Steuerung ermöglicht eine sehr hohe Umwandlungseffizienz von 94 Prozent oder größer in beide Konversionsrichtungen.
- Das Gerät ist im Automatikbetrieb fahrbar, und es ist in der Lage, die Umwandlungsrichtung selbsttätig zu ändern, so dass Eingangs- oder Ausgangsspannung stabilisiert werden können.
- Es ist möglich, die Umwandlungsrichtung auch mit hoher Geschwindigkeit zu ändern.
- Externe Geräte können den Status von Strom, Spannung und Umwandlungsrichtung mittels einer seriellen RS485-Schnittstelle steuern und überwachen.
- Für den Einbau in 19-Zoll Racks konzipiert, benötig das Gerät nur eine Höheneinheit (1U).
Zielapplikationen für die EZAs werden kleinere und mittelgroße Energiespeichersysteme sein, die etwa das Laden und Entladen von Lithium-Ionen, Bleibatterien und ähnlichen Speicherzellen steuern, welche an einen Hochvolt-DC-Bus gekoppelt sind. Adressiert werden sollen aber auch Energierückgewinnungssysteme, schließlich muss recycelbare Energie nicht erst erzeugt werden.
So wird man zunächst nebst Herstellern von Batterie und Batteriemanagementsystemen oder Notstromversorgungsherstellern auch mit Industriezweigen sprechen, die heute, durch ihre Anwendung bedingt, entstehende Rückspeiseenergien durch mechanische Trägheit aus der Antriebs-, Motor oder Robotertechnik in Verlustwärme umsetzen, die Bremsenergien beispielsweise in der Aufzugs-, Förder- oder Rolltreppentechnik über Widerstände in (Verlust-)Wärme umsetzen. Kleine und mittlere Krantechnikfirmen, deren Brücken, Arbeitsbühnen, Laufkatzen oder Kranhaken heutzutage noch eine energieverlustreiche Bremsung erfahren, könnten künftig ideale Ansprechpartner für solch regenerative Systeme sein.
Als bi-direktionaler DC/DC-Wandler arbeitet das EZA mit einer Konversions-Effizienz von bis zu 94 Prozent. Es ermöglicht ein unbemerktes Umschalten zwischen Laden und Entladen innerhalb von typisch 15 ms und liefert eine maximale Ausgangsleistung von 2500 Watt in beide Richtungen. Ermöglicht wird dies durch ein optimiertes Transformer-Design, durch den Einsatz von Synchrongleichrichtung und durch digitale Steuerelektronik. Das Gerät kann die angeschlossene DC-Bus-Spannung (z.B. in einem Smart Grid) stabil halten und weist zwei Betriebsmodi auf: Selbst-Umschaltmodus oder externer Steuer-Modus.
Peter Runz ist Market Development Manager bei TDK-Lambda Germany.
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