Reichweite und Ladezeiten werden im Zuge des Wandels zur E-Mobilität für immer mehr Menschen immer bedeutender. So geraten die Möglichkeiten des schnelleren Ladens immer stärker in den Fokus. Schnelles Laden oder das Laden von großen Speichern erfordern hohe Leistungen. Die Herstellungskosten von Ladegeräten für diese hohen Leistungen sind jedoch heute noch sehr hoch.
Forscher der Hochschule Heilbronn haben nun ein Verfahren entwickelt, mit dem Schnellladegeräte, die auf große Leistungen ausgelegt sind, kostengünstiger und in einem höheren Maße automatisiert hergestellt werden können. Besonders geeignet ist dieses von Prof. Dr.-Ing. Michael Kokes entwickelte Verfahren (3-Phase Direct Resonant Charging System) für alle Schnellladegeräte mit sehr hoher Leistung, wie sie zum Beispiel zum Laden von Lastwagen oder Bussen notwendig sind.
Auch für Schnellladestationen im Pkw-Bereich sind immer höhere Leistungen notwendig, da die Autos schnell geladen werden sollen und das Ladegerät sehr viel Leistung in kurzer Zeit liefern muss. Bisher wurde diese Ladestationen mit Leistungen über 100 KW mit netzseitigem Transformator oder einem Stromrichter mit Gleichspannungs-Zwischenkreis und Umrichter hergestellt. Die Kosten für die benötigten Wickelgüter und Kondensatoren machen die Herstellung jedoch sehr teuer.
Das von Prof. Kokes entwickelte Schaltungskonzept funktioniert mit einer Stromrichterschaltung ohne netzseitigen Transformator und einem Verfahren zum Erzeugen einer potentialgetrennten Gleichspannung, welches nahezu ohne Kondensatoren auskommt. Dadurch kann auf große Kondensatoren verzichtet werden, was die Herstellung der Ladegeräte im Bereich bis zu mehreren 100 KW wesentlich günstiger macht.
Das Schaltungskonzept sieht zudem einen modularen Aufbau vor. Das bietet zum einen die Möglichkeit, die Ladegeräte automatisiert herstellen zu können. Zum anderen bietet der modulare Aufbau eine große Vielfalt an Kombinationsmöglichkeiten. Durch die einzelnen Module kann auf die unterschiedlichsten Leistungen oder Modelle eingegangen werden. Aufgrund von Schaltvorgängen des Resonanzumrichters zur Potentialtrennung in den stromlosen Phasen des Zwischenkreises entstehen hier prinzipbedingt keine Schaltverluste. Die Regelung der Ausgangsspannung erfolgt durch den netzseitigen Stromrichter. Durch Frequenzvervielfachungen im Eingangs- und Ausgangskreis werden die Filteraufwände signifikant reduziert, was zu einer weiteren erheblichen Kostenreduktion führt.
Geeignet ist dieses Verfahren vor allem für Schnellladestationen von großen Fahrzeugen wie beispielsweise Lastwagen oder Bussen. Doch auch die PKW-Ladestationen, die schnell viel Leistung bringen müssen, könnten mit diesem Verfahren kostengünstiger hergestellt werden.
Die Erfindung wurde zum Patent angemeldet (DE 102021208278 A1 anhängig / WO2023/006949A1 anhängig). Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH unterstützt die Wissenschaftler und die Hochschule Heilbronn bei der Patentierung und Vermarktung der aktuellen Entwicklung. TLB ist mit der Verwertung dieser zukunftsweisenden Technologie beauftragt und bietet Motorenherstellern Möglichkeiten der Lizenzierung.
Für weitere Informationen: Innovationsmanager Emmerich Somlo (somlo@tlb.de)
