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 Berührungslose Ladesysteme
16.11.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Studenten nehmen mit Frühwarnsystem für Geisterfahrer an internationalem Wettbewerb in Peking teil
15.11.2017 | Universität des Saarlandes

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: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte