Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues multifunktionales, bidirektionales Ladesystem für die Elektromobilität ausgezeichnet

14.05.2014

Um das ehrgeizige Ziel von einer Million E-Fahrzeuge im Jahr 2020 zu erreichen, bedarf es technologischer Weiterentwicklungen, die neben der Erweiterung der Speicherkapazitäten auch die Nutzerakzeptanz verbessern.

Mit seinem multifunktionalen und bidirektionalen Ladegerät im E-Fahrzeug hat Marco Jung, Leistungselektroniker am IWES Kassel, ein völlig neues, flexibles und komfortables Ladesystem entwickelt, das durch die Mehrfachnutzung der gleichen Komponenten Kosten, Volumen und Gewicht mindert. Diese Idee wurde kürzlich mit dem Innovationspreis Mobilitätswirtschaft ausgezeichnet.


Schema des multifunktionalen bidirektionalen Ladens

© Fraunhofer IWES

»Wenn wir die Energiewende wirtschaftlich gestalten und den CO2-Ausstoß nachhaltig verringern wollen, müssen wir die Weiterentwicklung von Elektrofahrzeugen voran treiben«, betont IWES-Bereichsleiter Dr. Philipp Strauß. »Das in unserem Institut entwickelte System ist eine zukunftsweisende Technologie, weil es nicht nur unterschiedliche Ladetechnologien in einem Gerät vereint, sondern auch die geplante Rückspeisung der aufgenommenen Energie ins öffentliche Netz ermöglicht.«

Kombiniert kabelgebundenes sowie induktives Laden und Rückspeisen

Elektro- und Plug-In-Hybridfahrzeuge werden in der Regel vom Niederspannungsnetz über ein mitgeführtes Kabel mindestens einphasig geladen. In Kombination mit einer stationären Wallbox mit geeigneten Ladesteckeinrichtungen und ausreichend dimensionierter Elektroinstallation ist ein schnelleres, dreiphasiges Laden mit Strömen von bis zu 63 A netzseitig möglich.

»Die kabelgebundenen Lösungen sind zwar einfach und fast „immer und überall“ verfügbar, bieten aber kaum Komfort in der Handhabung«, erklärt Marco Jung, Erfinder des Ladegeräts und am IWES Experte für Leistungselektronik. Des Weiteren könnten Ladekabel zu Stolperfallen oder Ziel für Vandalismus und Sabotage im öffentlichen Raum werden.

Eine Alternative zum konventionellen Laden ist die kontaktlose induktive Energieübertragung. »Der induktiven Ladung gehört die Zukunft, weil sie sicherer und komfortabler ist«, sagt Jung. Das Übertragungssystem besteht aus einer im Fahrzeugunterboden befestigten On-Board Einheit und einer stationären Einheit auf bzw. in der Straße, auf dem Parkplatz, in der Garage oder im Betriebshof etc.

Diese beiden Komponenten stellen die Primär- bzw. Sekundärseite des induktiven Energieübertragungssystems dar, die über Magnetfelder miteinander gekoppelt sind (Transformatorprinzip). Die stationäre Einheit (der »Sender«) besteht aus den Primärwicklungen und der Primärkompensation, welche direkt mit einem Stromrichter verbunden sind, der die gleichgerichtete Netzspannung in eine höher frequente Wechselspannung (f = 140 kHz) wandelt.

Das daraus resultierende hochfrequente elektromagnetische Feld ist mit dem Empfänger, dem Pick-Up, gekoppelt. Dieser besteht aus der Sekundärwicklung, einer Kompensationseinheit und einem Gleichrichter. Die bereitgestellte Energie kann somit über das Ladegerät der Batterie zur Verfügung gestellt werden.

Das multifunktionale und bidirektionale Ladegerät vereint die unterschiedlichen Netzanbindungstechnologien (kabelgebunden und induktiv) in einem Gerät und stellt somit die Kernkomponente zwischen Batterie und dem Niederspannungsnetz dar.

Der Grundstein für die Technologie wurde in dem vom Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit BMUB geförderten Projekt W-Charge (Kontaktloses Laden von Elektrofahrzeugen – W-Charge) gelegt. Die Weiterentwicklung der Idee findet im Rahmen der Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität FSEM II (Entwicklung eines induktiven, bidirektionalen Energieübertragungssystems für Elektrofahrzeuge unter Verwendung virtueller Batterien) statt.

Kosten-, Volumen- und Gewichtsersparnis

Die IWES-Leistungselektroniker verwenden für alle Funktionen dieselben Komponenten. Ladegeräte bestehen im Wesentlichen aus Halbleitern, Drosseln, der Steuerungs- und Regelelektronik, passiven Komponenten wie Kondensatoren und Induktivitäten sowie einem Kühlsystem – schwere, voluminöse und teure Bauteile. »Unser Ziel war es, die Anzahl der Komponenten zu mindern und trotzdem alle Optionen zu bedienen«, berichtet Experte Jung. »Die zentrale Stellschraube war dabei die geschickte Mehrfachnutzung der Komponenten«. Würde man ein einphasiges und ein dreiphasiges Ladegerät nebeneinander betreiben, bräuchte man eine erhöhte Anzahl an Leistungshalbleitern, passiven Komponenten, Steuer- sowie Regelelektronik und jeweils ein Kühlsystem bzw. Anbindung an einen Kühlkreislauf. Käme noch die induktive Energieübertragung hinzu, würde die Anzahl weiter ansteigen. Das neue System kommt jedoch mit nur 8 Halbleitern aus, die je nach Bedarf eingesetzt werden. Auch die Anzahl der Induktivitäten konnten die IWES-Wissenschaftler auf ein Minimum von vier verringern. Durch diese Kombination wird auch nur eine Steuer- und Regelelektronik als auch ein Kühlsystem bzw. Anbindung an einen Kreislauf notwendig.

Breites Anwendungsfeld

»Unser neues Ladegerät ist bis zur Hälfte kostengünstiger und nimmt rund 45 Prozent weniger Raum im Fahrzeug ein als andere Lösungen, die es im Moment in Forschung und Entwicklung sowie konventionell gibt«, rechnet der Wissenschaftler M. Jung vor. Die IWES-Experten sind überzeugt, dass die neue Technologie nicht nur einen konkreten Mehrwert für die Automobilhersteller und ihre Zulieferer und Kunden bietet, sondern auch ein breites Feld an Anwendungsmöglichkeiten, die über den PKW-Bereich hinausgehen. So könnten auch Busse, Feuerwehrfahrzeuge, Krankenwagen oder Abschleppdienste in Zukunft von den flexiblen Lademöglichkeiten profitieren. Durch das Rückspeisen der Energie könnten die Fahrzeuge zudem als mobile Speicher für erneuerbare Energien dienen oder auch Netzdienstleistungen wie z.B. Bereitstellung von Wirk- und Blindleistung, Regelenergie, Oberwellenkompensation, LVRT etc. übernehmen.

Nach der Anmeldung des Patents für den Demonstrator steht nun die Weiterentwicklung des neuen Produkts bis zur Serienreife an. Einen Businessplan für die neue Geschäftsidee hat Jung bereits entwickelt. Hierfür erhielt der IWES-Wissenschaftler kürzlich im Rahmen des bundesweiten Gründerwettbewerbs »promotion Nordhessen« den Innovationspreis Mobilitätswirtschaft.

Fachansprechpartner:
Dipl.-Ing. Marco Jung
Gruppenleiter Leistungselektronik
Tel.: +49 561/7294112
Email: marco.jung@iwes.fraunhofer.de

Weitere Informationen:

http://bit.ly/1oOEEka

Uwe Krengel | Fraunhofer-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht 1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext
20.07.2017 | Hochschule RheinMain

nachricht MOLLICool - Mobile thermoelektrische Kühlbandage ausgezeichnet
19.07.2017 | NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie