24.09.2024 – Das Fraunhofer IEE entwickelt eine neuartige Leistungseinheit für den Antrieb und die Netzanbindung von Elektrofahrzeugen – einschließlich netzbildender Eigenschaften zur Förderung der Netzstabilität.
Moderne Elektrofahrzeuge sind mit einer Vielzahl unterschiedlicher Umrichter ausgestattet: AC- oder DC-Ladegeräte, Antriebsumrichter sowie DC-DC-Booster zum Laden von 800-Volt-Fahrzeugen an 400-Volt-Ladesäulen. Bisher werden diese Umrichter in den gängigen Elektrofahrzeugen als Einzelkomponenten verbaut. Gemeinsam mit Partnern entwickelt das Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE im Projekt „CombiPower“ eine neue modulare und multifunktionale Lade- und Antriebseinheit für E-Autos, die die verschiedenen Umrichter zu einem Gerät zusammenfasst. Ziel ist es, die Größe der Lade- und Antriebseinheit zu minimieren und gleichzeitig die Effizienz zu steigern.
„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. Dabei soll der Einsatz moderner Siliziumcarbid (SiC)-Halbleiter eine hohe Schaltfrequenz ermöglichen. Die erhöhte Schaltfrequenz ist vorteilhaft, da so geringere Wärmeentwicklung entsteht und kleiner Bauteile benötigt werden. Zusammen mit einer aktiven Filterung – um elektrische Störungen und unerwünschte Signale zu minimieren – soll so eine zusätzliche Volumen- und Gewichtseinsparung bei den im Fahrzeug verbauten passiven Komponenten erreicht werden.
Zusätzliche Netzstabilität
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 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.
Die multifunktionale Antriebs- und Ladeeinheit soll V2G+, V2H und V2D-Funktionalität aufweisen. (Bild: Fraunhofer-Institut für Energiewirtschaft und Energiesystemtechnik IEE)
Förderung für Prototyp
An dem Prototyp für die multifunktionale und bidirektionale Lade- und Antriebseinheit – auf Basis von Wide-Bandgap-Halbleitern und aktiver EMV-Filterung – wird im Projekt „CombiPower“ bereits geforscht. „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 Mio. Euro 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. Das Projekt startete Ende 2023 und läuft bis September 2026. (cp)