Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fraunhofer ISE entwickelt Ladegerät für Elektrofahrzeuge mit 97% Wirkungsgrad

20.07.2011
Bis 2020 sollen nach den Plänen der Bundesregierung eine Million Elektrofahrzeuge auf deutschen Straßen unterwegs sein und gleichzeitig 35 Prozent des Stroms aus erneuerbaren, also fluktuierenden, Energien kommen.

Für die Speicherung von Solar- und Windstrom stellen Elektrofahrzeuge einen wichtigen Baustein im intelligenten Netz der Zukunft dar. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben jetzt ein dreiphasiges Ladegerät mit 97% Wirkungsgrad und hoher Leistungsdichte entwickelt, das für den stationären Einsatz in einer Ladesäule sowie im Fahrzeug selbst genutzt werden kann.


Am Fraunhofer ISE entwickeltes dreiphasiges bidirektionales Ladegerät mit einer Leistung von 22 kW. ©Fraunhofer ISE


Gemessene Wirkungsgradkennlinie des gesamten Ladegeräts mit einem maximalen Wirkungsgrad von über 97 % bei einer Leistung von 17 kW und einer Batteriespannung von 500 V. ©Fraunhofer ISE

Das Ladegerät ist in der Lage, mit einer Nennleistung von 22 kW eine übliche Elektrofahrzeugbatterie innerhalb von 45 Minuten auf 80% zu laden. Die Neuentwicklung erfolgte im Rahmen des Verbundprojekts Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität.

Durch die Verwendung von neuartigen Siliciumkarbid-Transistoren (SiC-JFETs), die sich vor allem durch geringe Durchlassverluste sowie ein gutes Schaltverhalten auszeichnen, erzielten die Freiburger Forscher einen maximalen Wirkungsgrad von 97%. Für das Ladegerät entwickelten und optimierten sie spezielle Halbleitermodule sowie Gate-Treiberschaltungen. Die neue Halbleitertechnologie ermöglicht eine Taktfrequenz von 80 kHz. Dadurch reduziert sich der Filteraufwand auf der Netz- und Batterieseite erheblich und es konnte eine Leistungsdichte des kompletten Wandlers von 2,8 kW/l erreicht werden. Zudem ist das Gerät höchst kompakt, die Abmessungen des Wandlers inklusive aller Filterdrosseln und Kühlkörper betragen 340 x 230 x 100 mm³. Zum Vergleich: Kommerziell erhältliche Ladegeräte für Elektrofahrzeuge haben heute üblicherweise nur Wirkungsgrade von knapp über 90 % und eine Leistungsdichte von 0,5 kW/l, wobei sie nur einphasig aufgebaut sind und lediglich eine Leistung von 3,3 kW haben.

Die hohe Taktfrequenz stellt eine große Herausforderung an die digitale Regelungstechnik. Deshalb wurde am Fraunhofer ISE eine extrem schnell arbeitende Reglerplatine für das Ladegerät entwickelt. Diese ist in der Lage, Ströme und Spannungen hochaufgelöst mit einer Abtastfrequenz von 80 kHz zu erfassen, regelungstechnisch zu verarbeiten und die pulsweitenmodulierten Signale für die Ansteuerung der Leistungstransistoren zu berechnen.

Das Ladegerät ist zweistufig aufgebaut. Die erste Stufe wandelt die dreiphasige Netzspannung von 400 V in eine konstante Gleichspannung um. Diese wird dann mit Hilfe eines Gleichspannungswandlers an die Batteriespannung von 300 V bis 500 V angepasst. Um Gewicht, Volumen und Kosten einzusparen und gleichzeitig den Wirkungsgrad zu erhöhen, verzichteten die Fraunhofer Forscher auf eine galvanische Trennung und verwendeten statt dessen eine transformatorlose Schaltungstopologie mit zusätzlichen Schutzschaltungen für die elektrische Sicherheit.

Das Ladegerät arbeitet bidirektional und kann sowohl Energie aus dem Netz beziehen als auch die in der Batterie gespeicherte Energie bei Bedarf in das Netz zurückspeisen. Dadurch kann es einerseits Strom aus fluktuierend einspeisenden erneuerbaren Energien wie z.B. der Photovoltaik oder der Windenergie leistungsgeregelt in der Batterie speichern und andererseits bei geringer Erzeugung aus erneuerbaren Energien das Netz stützen. Die Elektromobilität bietet damit die Möglichkeit, die Batterien der Fahrzeuge dem Stromnetz als Speicher zur Verfügung zu stellen. Besonders interessant ist dabei die große kumulierte Leistung der bidirektionalen Ladegeräte, die es ermöglicht, kurzzeitige Leistungs- und Frequenzschwankungen im Stromnetz auszugleichen.

Das Verbundprojekt Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität wird durch das Bundesforschungsministerium BMBF gefördert, mehr als 30 Fraunhofer-Institute sind darin aktiv.

Karin Schneider | Fraunhofer ISE
Weitere Informationen:
http://www.ise.fraunhofer.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Perowskit-Solarzellen: mesoporöse Zwischenschicht mildert Einfluss von Defekten
18.01.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Ein Supermikroskop für ganz Nordbayern
17.01.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

18.01.2018 | Informationstechnologie

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten