HV-Megawatt-Ladesystem zielt auf Schwerlastverkehr ab ...

Für eine erfolgreiche Verkehrswende spielt die Ladeinfrastruktur für den batteriebetriebenen Schwerlast- und Personenverkehr eine entscheidende Rolle. Dadurch steigen die benötigten Ladekapazitäten und damit auch die Batterie- und Ladespannungen. Ziel des Verbundprojekts „HV-MELA-BAT“, koordiniert vom Fraunhofer-Institut ISE (Freiburg, Deutschland), ist die Entwicklung der notwendigen leistungselektronischen Wandler und eines Kontaktsystems für hohe Ströme und Spannungen. Ein Pufferspeicher soll die volle Ladeleistung auch an leistungsbegrenzten Netzanschlusspunkten gewährleisten. Weitere Projektpartner sind Motion Control & Power Electronics GmbH, STS Spezial-Transformatoren Stockach GmbH, Mercedes-Benz Energy und das Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI.

„Im Mittelpunkt des Projekts steht die Weiterentwicklung bestehender Schnellladeinfrastruktur auf Basis des CCS-Standards hin zum künftigen Megawatt Charging System-Standard. Dies stellt sowohl die Leistungselektronik als auch das Kontaktsystem vor neue Herausforderungen“, erklärt Projektkoordinator Stefan Reichert vom Fraunhofer ISE.

Zentrale Aspekte des Forschungsvorhabens sind die leistungselektronischen Wandler, der netzseitige Gleichrichter und die modulare Verschaltung von DC/DC-Wandlern zur galvanischen Trennung und zur Anpassung der Ladespannungen an die Fahrzeugbatterie. Das System soll durch einen Pufferspeicher aus Automotive-Second-Life-Batterien ergänzt werden, um künftige Ladestationen auch mit geringer Netzanschlussleistung nutzen zu können.

Ziel ist es, das System für ein möglichst breites Spektrum an Ladespannungen und Fahrzeugen geeignet zu machen und so eine Abwärtskompatibilität sicherzustellen. Konzeptionell wird auch die Vernetzung von bis zu vier 250-kW-Ladepunkten sowie die Integration regenerativer Quellen und Senken innerhalb des Systems untersucht.

Das MCS-Ladesystem und der zugehörige Pufferspeicher werden am Zentrum für Leistungselektronik und nachhaltige Netze des Fraunhofer ISE aufgebaut und evaluiert. Um die leistungselektronischen Wandler und die Kontaktsysteme für die zukünftige Hochleistungsladeinfrastruktur zu realisieren, müssen diese Komponenten Gleichspannungen von bis zu 1250 V verarbeiten können. Darüber hinaus müssen die Ingenieure effiziente Topologien sowie induktive Transformatoren mit sehr hoher Leistung entwickeln hohe Taktfrequenzen im Rahmen des Projekts.

Die Erhöhung der Ladespannung auf bis zu 1250 V ermöglicht hohe Ladeleistungen bei moderaten Ladeströmen. Allerdings erfordert die Erhöhung der Ladespannung den Einsatz neuer effizienter Schaltungstopologien sowie entsprechender Halbleiterschalter. Der zentrale leistungselektronische Wandler, der eine galvanische Trennung zwischen Netz und Fahrzeugbatterie herstellt, wird vom Fraunhofer ISE entwickelt und gebaut. Es soll hocheffizient und kompakt zugleich sein. Durch den Einsatz von Halbleiterschaltern aus Siliziumkarbid (SiC) sollen hohe Taktfrequenzen erreicht werden.

Mit der Taktfrequenz steigen auch die Anforderungen an induktive Bauelemente (z. B. Transformatoren). STS entwickelt hierfür einen hochkompakten Transformator. Die anderen leistungselektronischen Wandler, wie der aktive Gleichrichter und ein hartschaltender Tiefsetzsteller, werden von M&P bereitgestellt. Mercedes-Benz Energy entwickelt für diese Anwendung ein modulares Pufferspeichersystem aus Automotive-Second-Life-Batterien. Das Fraunhofer IVI liefert ein Kontaktsystem, das Ströme von mehr als 1500 A kontaktieren kann.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert und läuft bis Juli 2025.

https://www.ise.fraunhofer.de/de.html

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