Ladetechnik und HV Boardnetz

Während Elektroautos längst im Alltag angekommen sind, wird im Bereich des elektrischen Antriebstrangs und der Ladeinfrastruktur weiterhin umfassend Forschung betrieben. Gleichstromnetze ziehen sich durch Fahrzeuge und die dazugehörige Infrastruktur, so dass wir mit unserem leistungselektronischen Hintergrund und dem tiefgreifendem Systemverständnis hierzu umfassende Unterstützung für Ihre Fragestellungen bieten können, auch jenseits der klassischen PKWs, bspw. bei LKWs, Baumaschinen aber auch bei Flugzeug- oder Schiffsanwendungen:

• Standardisierungsarbeit auf nationaler und internationaler Ebene
• Entwicklung von Leistungselektronik insbesondere für Ladeanwendungen
• Konzeptionelle Untersuchungen und Studien hinsichtlich Sicherheits- und Fehleranalysen
• Simulative und messtechnische Charakterisierung von einzelnen Komponenten als auch im Verbund Ladepunkt-Fahrzeug
• Schutzkonzepte und Auslegung Schutzelemente einschließlich elektronischer und hybrider Schaltelemente
• Vollständige elektrische Systemauslegung und Integration von Elektromobilität in Niederspannungsgleichstromnetze

In der Person von Bernd Wunder ist das Fraunhofer IISB seit Jahren in verschiedensten nationalen und internationalen Standardisierungsgremien aktiv und teilweise in leitender Position vertreten, beispielsweise dem Komitee 353 im DKE, das die Normen für elektrische Systeme für Elektro-Straßenfahrzeuge erarbeitet sowie dem internationalen Spiegelgremium IEC/TC 69. Mit umfassendem technischem Verständnis sowie systemspezifischem Know-How im Bereich der elektrischen Versorgungsnetze als auch der Automobilwelt wirkt das Fraunhofer IISB als neutraler Experte an den Rahmenbedingungen der Elektrifizierung des Mobilitätssektors maßgeblich mit.

Somit können Probleme und Fragestellungen die aktuell in Normierungsgremien diskutiert werden, direkt in Forschungs- und Entwicklungsprojekte einfließen, um hier zum einen die Projekte zukunftssicher zu gestalten und zum anderen die Ergebnisse direkt der Standardisierungsarbeit zurückzuführen.

Neben klassischen Topologien galvanisch getrennter oder nicht-getrennter DC/DC-Wandler über „Exoten“ oder auch komplett neue Wandlertopologien entwickeln wir Systeme bis zum Prototypenstatus. Abgedeckt wird dabei der volle Bereich der Niederspannung bis 1500 V_DC und weit in den dreistelligen kW-Bereich. Im Rahmen des Forschungsprojekt HPC-prime wurde beispielhaft die Leistungselektronik für Ladesäulen mit einem Fokus auf die maximale Effizienz entwickelt, während für das Forschungsvorhaben eMobiGrid ein Wandler mit Halbleiter-basierter Isolation entwickelt wird, der gegenüber galvanisch getrennten Wandler deutliche Einsparungen in Bauraum und Kosten ermöglicht – ohne dabei Einbußen hinsichtlich der Sicherheit hinnehmen zu müssen.

Insbesondere beim Zusammenspiel zwischen Fahrzeug und Ladeinfrastruktur kommt es, besonders bei Sonderlösungen zu Fragestellungen hinsichtlich der elektrischen Sicherheit. Nicht zuletzt durch das umfassende normative Know-How unterstützt hier das Fraunhofer IISB seit Jahren seine Industriekunden mit analytischen oder simulationsbasierten Konzeptuntersuchungen und Studien, um ein fehlerfreies und sicheres Systemverhalten zu garantieren.

Bereits innerhalb eines (teil-) elektrischen Fahrzeugs kann das Zusammenspiel vieler einzelner elektronischer Komponenten zu Problemen führen, auch wenn jedes einzelne für sich alleine gestellt, sämtliche Spezifikationen einhält. Während des Ladevorgangs ist mit der Ladesäule noch eine weitere, zusätzliche Komponente involviert, die noch dazu nicht im Wirkungsbereich des Fahrzeughersteller steht. Insbesondere bei Sonderlösungen oder Neuentwicklungen, die über den aktuellen Stand der Normierung hinausgehen, muss das Gesamtsystem entsprechend aufeinander abgestimmt sein. Hierbei unterstützt das Fraunhofer IISB mit einer messtechnischen Charakterisierung von Einzelkomponenten und simulationsbasierten Untersuchungen hinsichtlich Systemverhalten. Dabei kommen insbesondere unsere patentierten Impedanzmessverfahren zum Einsatz, um das elektrische Verhalten auch von „Black-Box“-Komponenten zu ermitteln.

Während dem Ladevorgang ist das elektrische Netz und das HV-Boardnetz miteinander gekoppelt und keine der beiden Seiten darf aufgrund eines Fehlers im jeweils anderen System zu Schaden kommen. Nicht zuletzt mit dem Einzug von V2X-Funktionalitäten steigen hierbei die Anforderungen an das Schutzkonzept, während gleichzeitig hybride und rein elektronische Schaltgeräte grundlegend andere Schaltverhalten abbilden kön-nen, als klassische mechanische Geräte. Durch unser Know-How im Bereich der neuarti-gen Schaltgeräte, Gleichstromsysteme und Leistungselektronik aber auch in der Stan-dardisierung sowohl im Automotive-Bereich als auch innerhalb der elektrischen Infra-struktur unterstützen wir unsere Kunden mit Reviews und Detaillierung aber auch der grundsätzlichen Auslegung der Schutzkonzepte.

Lokale Gleichstromnetze sind auf dem Vormarsch und nachdem elektrische Fahrzeuge ebenfalls Gleichstromsysteme darstellen, ist die Integration von Ladeinfrastruktur auf Gleichstrombasis in (Industrie-)Gleichstromnetze naheliegend. Bei diesem sektorübergrei-fenden Ansatz kann das Fraunhofer IISB umfangreiche Arbeiten übernehmen und unter-stützen, von der Dimensionierung oder Geräteauswahl bis zur vollständigen Systemauslegung einschließlich Netzregelung.