Neue Schnelladestation für E-Fahrzeuge: Effizienter und viel kleiner als bisher
Forscher arbeiten an einer Variante, die das Laden mehrerer Fahrzeuge gleichzeitig ermöglicht.
Forscher an der North Carolina State University haben eine Schnellladestation für Elektrofahrzeuge entwickelt, die mindestens 10-mal kleiner ist als bestehende Systeme und 60 Prozent weniger Strom während des Ladevorgangs verschwendet, ohne die Ladezeit zu beeinträchtigen. Das Team baut jetzt eine Version, die Fahrzeuge schneller laden und gleichzeitig mehrere Fahrzeuge laden kann.
Die neue Technologie wird als Mittelspannungs-Schnellladestation (MVFC) bezeichnet.
Bisher verfügen Ladestationen mit einer Leistung von 50 Kilowatt (kW) über einen etwa 1000 kg schweren Verteilungstransformator und einen separaten Schnelllader mit einem Gewicht von 200 bis 600 kg. Um das Gewicht zu tragen, muss dieses Transformator-Ladesystem normalerweise auf einer Betonplatte installiert werden.
Der Transformator wird von einer Mittelspannungsleitung mit Strom versorgt und senkt die Spannung auf 480 V ab, so dass er vom Schnellladegerät genutzt werden kann. Das Schnellladegerät nimmt die Wechselspannung auf und wandelt sie in Gleichspannung um, die mit der Batterie des Elektrofahrzeugs kompatibel ist.
"Unser 50-kW-MVFC wiegt nur rund 100 Kilogramm und kann an der Wand oder auf einer Stange montiert werden", sagt Srdjan Lukic, außerordentlicher Professor für Elektrotechnik bei der NC State University und einer der Forscher, die diese Technologie entwickelt haben. "Der MVFC übernimmt die Arbeit sowohl des Transformators als auch des Schnellladegeräts, indem er Strom direkt von einer Mittelspannungsversorgungsleitung bezieht und ihn für den Einsatz in einer Elektrofahrzeugbatterie umwandelt.
"Dieser neue Ansatz bietet viermal mehr Leistung bei gleichem System-Footprint und reduziert gleichzeitig die Systeminstallationskosten für Schnelladung vehement", erklärt dazu t Srdjan Srdic, Forschungsprofessor bei NC State, der auch an der Entwicklung der Technologie arbeitete.
Die Forscher waren in der Lage, die Technologie vehement zu verkleinern, weil sie Halbleiterbausteine mit großer Bandlücke verwendeten. Dies macht die Technologie auch energieeffizienter.
Derzeit haben die besten Transformator- und Ladestationen einen Wirkungsgrad von bis zu 93 Prozent haben, was bedeutet, dass mindestens 7 Prozent der Leistung während des Ladevorgangs durch Wärme verloren gehen.
Beim Testen hat der Prototyp MVFC einen Wirkungsgrad von mindestens 97,5 Prozent, was bedeutet, dass zusätzliche 4,5 Prozent der Leistung zum Laden des Fahrzeugs verwendet werden, anstatt als Wärme verschwendet zu werden. Dies reduziert die Betriebskosten und erhöht den Umsatz, ohne die Kosten für die Verbraucher zu erhöhen.
"Mit anderen Worten, wir konnten die Energieeffizienz um mehr als 60 Prozent reduzieren", sagt Srdic. Die aktuelle Version des MVFC lädt mit der gleichen Geschwindigkeit wie bestehende Ladestationen. Die Entwicklung war auf 50 kW ausgelegt, was dem Leistungsniveau eines typischen Schnellladers entspricht.
Das Forscherteam baut derzeit eine MVFC-Station der nächsten Generation, die viel mehr Leistung liefert, mehr Fahrzeuge auflädt und sie noch dazu schneller aufladen kann.
"Wir hatten schon länger den leistungsfähigeren Mehrzweck-MVFC im Fokus und erhielten kürzlich vom US-Energieministerium eine Finanzierung für den Bau eines Prototyps der nächsten Generation", freut sich Lukic, der stellvertretende Direktor der FREEDM Engineering Research Zentrum bei NC State.
Im Multi-Port-Station-Design ist eine Versorgungsleitung direkt an einen Solid-State-Transformer (SST) angeschlossen, bei dem es sich um einen leistungselektronischen Smart-Transformer handelt. Der SST speist dann ein lokales DC-Microgrid mit Batteriespeichersystemen und mehreren Ladeknoten, in die sich Fahrzeuge einklinken können.
"Wir bauen fünf Ladeknoten in die Prototypvariante, aber es könnten doppelt so viele oder mehr sein", sagt Lukic.
Der Multiport-MVFC wird eine Nennkapazität von einem Megawatt haben, wobei jeder Ladeknoten bis zu 350 kW Leistung liefern kann. Durch die Aufrüstung von 50 kW auf 350 kW kann ein E-Fahrzeug bis zu sieben Mal schneller geladen werden, voausgesetzt, das ist von der Fahrzeugtechnik her möglich.
"Wir suchen derzeit nach Industriepartnern, die uns dabei unterstützen, mit unserem voll funktionsfähigen Prototypen auf den Markt zu kommen", sagt Lukic.
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Artikel Online geschaltet von: / Doris Holler /