Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE| Laufzeit: | September 2008 - Dezember 2009 |
| Auftraggeber / Zuwendungsgeber: |
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU) |
| Kooperationspartner: | E.ON SE, Volkswagen AG, Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI, Institut für Industriebetriebslehre und Industrielle Produktion (iip) der TU Karlsruhe, TUM Technische Universität München, RWTH Aachen University |
BMU Flottenversuch Elektromobilität – Bidirektionale Ladegeräte für Elektrofahrzeuge
Thermographie-Aufnahme des bidirektionalen Ladegeräts (ohne Gehäuse, in der Mitte der Kühlkörper).
Schaltungstopologie des einphasigen, bidirektionalen Onboard-Ladegeräts.
Wir entwickeln bidirektionale Ladegeräte, die in der Lage sind Batterien zu laden und bei Bedarf Energie ins Netz zurückzuspeisen. Hintergrund ist die zunehmende Stromerzeugung aus regenerativen Energiequellen, bei der einer fluktuierenden Erzeugung eine ebenso fluktuierende Last gegenüber steht. Da sich das zukünftige Stromnetz ohne die Integration weiterer Speicherkapazitäten nicht regeln lassen wird, können Elektrofahrzeuge mit ihren Batteriespeichern einen entscheidenden Beitrag für die Netzstabilisierung leisten.
In Zusammenarbeit mit Industriepartnern werden am Fraunhofer ISE bidirektionale Ladegeräte entwickelt. Bisherige Ladegeräte wurden für einen unidirektionalen Energiefluss konzipiert. Somit ist lediglich ein Lastmanagement, also eine zeitliche Verschiebung der Verbraucherleistung, möglich. Sollen die Ladegeräte jedoch aktiv das Netz stützen, also Energie zwischenspeichern oder Netzdienstleistungen erbringen, wie z. B. die Bereitstellung von Blindleistung, ist es notwendig, dass die Ladegeräte einen bidirektionalen Energiefluss aufweisen. Im Rahmen eines Flottenversuchs für Elektrofahrzeuge haben wir ein bidirektionales, einphasiges Ladegerät mit 3,3 kW Leistung entwickelt.
Von Seiten der Fahrzeughersteller wird eine galvanische Trennung zwischen Netz und Batterie gefordert. Diese erfolgt im Ladegerät durch einen Hochfrequenz (HF)-Transformator. Die Verwendung hoher Schaltfrequenzen ermöglicht einen kompakten Aufbau des gesamten Geräts. Trotz der dreistufigen Schaltungstopologie und der Verwendung eines Transformators, welche die Verluste der Schaltung erhöhen, konnte ein maximaler Wirkungsgrad > 93 % erreicht werden.
Ziel künftiger Arbeiten wird die Erhöhung der Leistungsdichte bei gleichzeitiger Erhöhung des Wirkungsgrads sein. Um die Batterien in Zukunft schneller zu laden und somit das Elektroauto für den Nutzer attraktiver zu gestalten, ist ein Trend hin zu größeren Ladeleistungen abzusehen. Hierfür entwickeln wir dreiphasige Stromrichterkonzepte. Erfahrungen aus der Leistungselektronik im Photovoltaikbereich können am Fraunhofer ISE auf das Gebiet der Elektromobilität übertragen werden und entscheidende Vorteile bei Fragen nach Wirkungsgrad und Netzintegration erzielen.