Umrichter-Vielfalt reduzieren Kombinierte Leistungseinheit für Antrieb und Netzanbindung von E-Fahrzeugen

Moderne Elektrofahrzeuge sind mit einer Vielzahl unterschiedlicher Umrichter ausgestattet: AC- oder DC-Ladegeräte, Antriebsumrichter sowie DCDC-Booster zum Laden von 800-V-Fahrzeugen an 400-V-Ladesäulen. Bisher werden diese Umrichter in heutigen Elektrofahrzeugen als Einzelkomponenten realisiert.

„Eine Kombination dieser Umrichter zu einer multifunktionalen Antriebs- und Ladeeinheit hat das Potenzial, das Volumen und Gewicht des Systems zu reduzieren, die Effizienz zu steigern und die Kosten zu minimieren“, sagt Anton Gorodnichev, Projektleiter am Fraunhofer IEE. Durch den Einsatz moderner SiC-Halbleiter soll eine hohe Schaltfrequenz erreicht werden. In Kombination mit aktiver Filterung führt dies zu weiteren Volumen- und Gewichtseinsparungen bei den passiven Komponenten.

Netzstabilität und Vehicle-to-X-Funktionalität

Das Stromnetz der Zukunft wird von vielen dezentralen erneuerbaren Energiequellen gespeist werden. Die Reduzierung der Erzeugungsleistung von großen Kraftwerken erfordert einen aktiven Beitrag zur Netzstabilität durch erneuerbare Energien und Speicher.

Der bidirektionale Aufbau der modularen Lade- und Antriebseinheit ermöglicht nicht nur die Rückspeisung von elektrischer Energie aus der Fahrzeugbatterie ins Netz, sondern bietet durch seine netzbildende Regelungsauslegung eine zusätzliche inhärente Netzstabilisierung. Somit erweitert diese Technologie die Vehicle-to-X-Funktionalität durch netzbildende Eigenschaften, wodurch nicht nur das Stromnetz stabilisiert oder wiederaufgebaut werden kann (Vehicle-to-Grid+), sondern auch Haushalte im Notfall als Inselbetrieb (ohne aktiven Stromnetzanschluss) betrieben werden können (Vehicle-to-Home+). Damit geht eine Vehicle-to-Device-Funktionalität automatisch einher.

Prototyp einer bidirektionalen Ladeeinheit

Im Projekt „CombiPower“ wird nun ein Prototyp für eine neuartige, multifunktionale, bidirektionale Lade- und Antriebseinheit auf Basis von Wide-Bandgap-Halbleitern und aktiver EMV-Filterung entworfen. „Unser Ziel ist es, den Prototypen bis zum Technologiereifegrad 6 zu entwickeln und entsprechend in der Einsatzumgebung zu testen“, so Gorodnichev.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit insgesamt 4,19 Millionen € gefördert und vom DLR-Projektträger betreut. Zu den Projektpartnern gehören die Vitesco Technologies GmbH als Konsortialführer, die Hochschule Bonn-Rhein-Sieg sowie die SUMIDA Components & Modules GmbH. Zudem ist die ROHM Semiconductor GmbH als assoziierter Partner beteiligt.