13.08.2026 – Mit der steigenden Dynamik der Elektromobilität erhöht sich die Zahl der benötigten Ladestationen. Das Projekt DCI4Charge will zeigen, wie sich E-Fahrzeuge auch in industriellen DC-Netzen effizient laden lassen.
Ausschlaggebend für das Projekt war die Frage, ob sich eine Integration von Ladeinfrastrukturen in industrielle Gleichstromnetze ermöglichen lässt – um einen kostspieligen Netzausbau zu vermeiden und Energiekosten zu senken. Da in gängigen Szenarien Ladesäulen über das Wechselstromnetz betrieben werden, sorgt jeder Wandlungsschritt von AC zu DC für Energieverluste. „Wenn wir die Ladeinfrastruktur direkt an das unternehmensinterne Gleichspannungsnetz anbinden, vermeiden wir diese Umwege“, erklärt Dietmar Hölderle, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Forschungsteam Industrielle Mikronetze am Fraunhofer Institut für Produkttechnik und Automatisierung (IPA).
Symbolbild: Das Projekt DCICharge4 zeigt, wie Unternehmen Gleichstromnetze, Ladeinfrastruktur und E-Fahrzeuge zu einem integrierten Energiesystem verbinden können. (Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. /Foto: Rainer Bez)
Mit Gleichspannung die Energieeffizienz steigern
Wie sich so eine Ladeinfrastruktur intelligent in industrielle Gleichspannungsnetze integrieren lässt, haben die Projektbeteiligten vom Fraunhofer IPA, von der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe und von weiteren Partnern untersucht. Hierzu haben die Forschenden ein detailliertes elektrisches Modell des DC-Netzes und der dazu passenden Ladeinfrastruktur sowie ein softwaregestütztes Energiemanagementsystem entwickelt.
Ein weiterer Bestandteil im Vorhaben von DCI4Charge ist, die angeschlossenen Fahrzeuge bidirektional laden zu können, um beispielsweise Energie im Fall von Lastspitzen oder hohen Strompreisen zurückzuspeisen. Die Forschenden berücksichtigten dabei die Mobilität der Mitarbeitenden vor Ort – etwa erforderliche Mindestladezustände.
Die Simulationen zeigten, dass die eingesetzte Sekundärregelung im DC-Netz die Spannung stabil hielt, während die Fahrzeuge gleichzeitig als flexible Batterien genutzt wurden. „Gleichstromnetze bieten hier einen echten Effizienz- und Flexibilitätsgewinn, den wir im Projekt konsequent genutzt haben“, sagt Isabella Bianchini, Forschungsteamleiterin am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA).
Wandler für mehr Effizienz
Damit die Energie bedarfsgerecht aus dem DC-Netz überhaupt in die Fahrzeugbatterien fließen und auch zurückgespeist werden kann, rücken die leistungselektronischen Wandler ebenfalls in den Fokus. Hierfür entwickelten die Forschenden am Fraunhofer IISB galvanisch trennende DC/DC-Wandler. Die Forschenden des Fraunhofer IISB haben dafür einen galvanisch trennenden Wandler konzipiert, der für eine Anpassung des Gleichspannungsnetzes an das Niveau der Fahrzeugbatterien sorgt.
Anders als bisher üblich wurde hierbei ein einstufiges System genutzt. Diese einzelne Wandlerstufe stellt sowohl die galvanische Trennung sicher, regelt aber auch die Netzspannung auf die für das Fahrzeug benötigte Spannung um. Eine geschickte Regelungsstrategie ermöglicht zudem die Arbeit mit unterschiedlichen Fahrzeugklassen und somit einem sehr breiten Spannungsbereich. Getestet wurden die DC/DC-Wandler in einem industriellen Gleichspannungsnetz, nachdem diese zuvor durch Projektpartner gebaut und in Laboren im Hinblick auf thermisches Verhalten, Regelgüte und Effizienz getestet wurden.
Ergebnis: Die Wandler arbeiteten dynamisch und stabil, erreichten hohe Wirkungsgrade und gewährleisteten eine sichere elektrische Trennung zwischen Unternehmensnetz und Fahrzeugbatterie bei gleichzeitiger Reduktion der benötigten Komponenten. Sie bilden damit eine praxisnahe Grundlage für eine flexible DC-Ladeinfrastruktur.
Virtuelles Netzmodell
Zusätzlich entwickelte das Fraunhofer IPA eine Energiemanagementlösung sowie ein Simulationsmodell, das die elektrischen Komponenten des DC-Netzes abbildet und energieflexible Betriebsstrategien ermöglicht. Untersucht wurde insbesondere, wie sich Lade- und Entladestrategien auf die Netzstabilität und die Spannungshaltung auswirken. Das Fraunhofer IPA und die TH OWL validierten das Modell im Labor: In einem Testnetz wurden verschiedene Szenarien nachgebildet.
Die Forschenden berichten, dass das DC-Netzmodell eine hohe Übereinstimmung mit den Messdaten aus dem Labor zeigte. Damit steht ein Simulationsmodell zur Verfügung, das für die Auslegung, Analyse und Weiterentwicklung zukünftiger DC-Netze genutzt werden kann. Parallel hierzu wurde das Energiemanagement integriert: Es steuert die Lade- und Entladevorgänge der angeschlossenen Elektrofahrzeuge automatisiert und berücksichtigt dabei technische und betriebliche Vorgaben.
Zum Projekt
Das Konsortialprojekt DCI4Charge wurde in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Integrierte Systeme und Bauelementtechnologie, der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe sowie den Industriepartnern Ambibox, Eaton und Weidmüller im April 2026 erfolgreich abgeschlossen. (rp)