03.08.2023 • Energie

Bidirektionales Laden von Elektroautos

Projekt GaN4EmoBiL entwickelt neue Komponenten für ein intelligentes Ladesystem.

Durch bidirektionales Laden können Elektroautos mit Strom aus erneuerbaren Energien geladen und in Zeiten, in denen keine Wind- oder Solarenergie produziert wird, nach Bedarf wieder entladen werden. Verbraucher könnten diesen Strom für andere elektrische Geräte nutzen oder an das Stromnetz abgeben und somit zur Energie­sicherheit beitragen. Bisherige techno­logische Ansätze werden den Ansprüchen an Kosten und Effizienz jedoch nicht gerecht. Es fehlt an intelligenten und kostengünstigen bidirektionalen Ladesystemen, um Batterien, Netz, lokale Erzeuger und Verbraucher mit hohem Wirkungsgrad und hoher Leistungs­dichte zu verbinden. Dieser Heraus­forderung haben sich nun das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, die Universität Stuttgart, die Unternehmen Bosch GmbH und Ambibox im kürzlich gestarteten Forschungs­projekt „GaN4EmoBiL – GaN-Leistungs­halbleiter für Elektro­mobilität und System­integration durch bidirektionales Laden“ angenommen.

Abb.: Mitte Juli trafen sich die Projektpartner zum offiziellen Start des...
Abb.: Mitte Juli trafen sich die Projektpartner zum offiziellen Start des Projekts „GaN4EmoBiL“ in Freiburg. (Bild: Fh.-IAF)

Das Ziel des Konsortiums besteht darin, mit neuen Halbleiter­bauelementen, Bauteil­konzepten und System­komponenten ein intelligentes und kostengünstiges bidirektionales Ladesystem zu demonstrieren. Gefördert wird das dreijährige Vorhaben vom Bundes­ministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des Programms „Elektro-Mobil“. „Unser Vorhaben soll Batterien, erneuerbare Energien und elektrische Verbraucher wirtschaftlich und flexibel verbinden. Durch bidirek­tionale Ladelösungen tragen die bisher ungenutzten Batterien parkender Elektro­fahrzeuge zukünftig stärker zur Flexibilisierung des Energiesystems und Vermeidung von CO2-Emissionen bei“, sagt Stefan Mönch, Forscher im Bereich Leistungselektronik am Fraunhofer IAF und Projekt­koordinator von „GaN4EmoBiL“. „Effiziente, kleine und intelligente Ladeinfra­strukturen in der Elektro­mobilität werden in Zukunft dazu beitragen, gesellschaftliche Heraus­forderungen zu meistern“, sagt Etienne Tchonla von Ambibox.

Erste bidirektionale DC-Wallboxen mittlerer Leistung für Batterien bis 800 Volt nutzen bisher Leistungs­halbleiter-Bauelemente, die für diese Anwendung noch nicht optimal sind: Sie sind entweder effizient, aber teuer (Silizium­karbid) oder kosten­günstig und dafür weniger effizient (Silizium). Heute verfügbare 650-Volt-Transistoren aus Galliumnitrid auf Silizium sind zwar kosten­günstig und effizient, erfordern aber eine komplexe Schaltung, da die Spannungsfestigkeit nicht ausreicht. Um möglichst viele Batterien bidirektional zu integrieren, müssen Kosten, Effizienz und die Kompaktheit der Ladelösungen deutlich verbessert werden. Dafür erforschen die Projekt­partner im ersten Schritt neue Halbleiter­lösungen. Sie wollen eine neue kosten­günstige GaN-Technologie auf alternativen Substraten (beispiels­weise Saphir) realisieren, die preiswerte und effiziente 1200-Volt-Transistoren ermöglicht. Darauf aufbauend entwickeln sie neue System­komponenten und untersuchen ihre Zuverlässigkeit für stark erhöhte Betriebsdauern.

Am Ende des Projekts sollen Demonstratoren die Forschungs- und Entwicklungs­lücke füllen, die momentan im Spannungsfeld zwischen Kosten, Effizienz, Kompaktheit, Funktionalität, Leistungsklasse und Spannungs­klasse existiert. Darüber hinaus strebt das Konsortium die Förderung des Wissenstransfers zwischen Univer­sitäten, Forschungs­einrichtungen und der Industrie, die Ausbildung des wissen­schaftlichen Nachwuchses und die Sicherung des nationalen Wissens im Bereich Elektro­mobilität an.

Fh.-IAF / JOL

Weitere Infos

Virtuelle Jobbörse

Virtuelle Jobbörse
Eine Kooperation von Wiley-VCH und der DPG

Virtuelle Jobbörse

Innovative Unternehmen präsentieren hier Karriere- und Beschäftigungsmöglichkeiten in ihren Berufsfeldern.

Die Teilnahme ist kostenfrei – erforderlich ist lediglich eine kurze Vorab-Registrierung.

Weiterbildung

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie
TUM INSTITUTE FOR LIFELONG LEARNING

Weiterbildungen im Bereich Quantentechnologie

Vom eintägigen Überblickskurs bis hin zum Deep Dive in die Technologie: für Fach- & Führungskräfte unterschiedlichster Branchen.

Meist gelesen

Themen