Neuartiges Ladesystem für Elektromobilität auch für bidirektionales Laden

Elektroautos unterwegs zu laden, kann mitunter mit Schwierigkeiten verbunden sein. Nicht nur aufgrund unterschiedlicher Bezahlsysteme. Je nach Modell und Hersteller benötigen die Autos, abhängig von der gewählten Batteriespannung, unterschiedliche Ladespannungen. Ladesäulen müssen also in der Lage sein, einen breiten Spannungsbereich abzudecken. Die aktuellen Systeme basieren auf drei Leistungsstufen, um die Ausgangs- in die jeweils benötigte Endspannung zu konvertieren.

Forscher der TH Köln haben nun in Zusammenarbeit mit der AixControl GmbH ein zweistufiges Schnellladesystem entwickelt, das dank des neuartigen Aufbaus auf eine Leistungsstufe in der Ladeelektronik verzichten kann. Das reduziert auf der einen Seite die Materialkosten und versetzt das Schnelladesystem auf der anderen Seite in die Lage, einen breiten Spannungsbereich von 200 bis 900 Volt zu bedienen. Darüber hinaus ist auch bidirektionales Laden, also das Abziehen von Energie aus der Batterie, möglich.

Integrierte „Gangschaltung“

„Es ist uns gelungen, auf eine Leistungsstufe zu verzichten, indem wir in die zweite Stufe eine Art ‚Gangschaltung‘ integriert haben. Durch diese wird der Ausgangswert von 680 bis 840 Volt in die gewünschte Spannung übersetzt“, erläutert Projektleiter Prof. Dr. Christian Dick vom Institut für Automatisierungstechnik der TH Köln. Der Verzicht auf die dritte Stufe ermögliche Kosteneinsparungen bei Halbleitern und passiven Bauelementen.

Da der Ladestand der Batterie im Laufe des Ladevorgangs ansteigt, muss immer mehr Spannung bereitgestellt werden, um den Prozess abzuschließen. „Daher muss unter Umständen während des Ladevorgangs in einen höheren Gang geschaltet werden, was zu einer Überstromungsgefahr führen kann“, so Dick. „Daher messen wir kontinuierlich die Stromamplitude. Werden die Spitzenwerte zu hoch, schalten wir die Stromzufuhr automatisch für einige Mikrosekunden ab, bis sich die Werte normalisiert haben. So schützen wir das System und die Batterie, ohne den Ladevorgang merklich zu verlangsamen.“

Mehr Einsatzmöglichkeiten

Das Forschungsteam hat in sein System auch die Möglichkeit integriert, Energie aus der Batterie abzuziehen. Die Technologie kann also nicht nur laden, sie kann auch einem anderen System Energie zuführen, indem es der Batterie Energie entzieht. Dadurch sollen die Einsatzmöglichkeiten des Systems erhöht erhöht werden. Das heißt, man könnte beispielsweise mit der Technologie Energie zwischen dem Hausspeicher und einer Autobatterie hin- und her transferieren.