IDEAL

 

Innovative DC-Technologie zur nachhaltigen Integration moderner Ladeinfrastruktur für die Elektromobilität

Die konventionelle Integration von Schnellladesäulen erfordert bei aggregiert hohen Ladeleistungen auch immer die Installation zusätzlicher Transformatoren und oft den lokalen Ausbau von Stromnetzen. Ladevorgänge finden stochastisch über den Tag verteilt statt, sodass selten alle Ladepunkte einer Ladestation belegt sind. Da die elektrischen Betriebsmittel dennoch auf die Maximalleistung der Ladestation ausgelegt werden müssen, ist deren Auslastung gering. Darüber hinaus bestehen konventionelle Schnellladesäulen aus einem aktiven Gleichrichter, einem Gleichspannungswandler sowie einer galvanischen Trennung. Letztere ist oft in Form eines galvanisch getrennten DC-DC-Wandlers realisiert. Aufgrund der mehrstufigen Energiewandlungen kommt es zu höheren Verlusten sowie mehr Material- und Platzbedarf der Schnellladesäulen.

Bei einer Gleichstromspeisung von Ladestationen lässt sich durch den Wegfall des Gleichrichters und der entsprechenden Steuer- und Sensortechnik eine Kosten- und Materialreduktion erzielen. Die Komplexitätsreduktion führt zudem zu einer gesteigerten Zuverlässigkeit, einer höheren Effizienz und einer geringeren Aufstellungsfläche der Ladesäulen.

Durch zentrale Gleichrichtereinheiten an den Netzkopplungspunkten (Umspannwerke, Ortsnetzstationen etc.) reduziert sich der Aufwand für die Einbindung der aktiven Gleichrichter zur Netzunterstützung erheblich. Dies führt zu einer direkten Kostenreduktion für die Ladeinfrastruktur. Durch die flexibel gestaltbare Anzahl und Struktur der Einspeisepunkte lokaler, unterlagerter Gleichstromnetze lässt sich die Ladeleistung optimal auf alle gekoppelten Netzknoten übertragen. Das Ziel besteht darin, die Transformatoren der Verteilnetzstationen gezielter auszulasten, während gleichzeitig das Niederspannungsnetz gestützt wird.

Das Institute for Power Generation and Storage Systems (PGS) entwickelt in diesem Projekt Echtzeitsimulationsmodelle eines unterlagerten lokalen Gleichstromnetzes, mit Hilfe derer die Regelungsalgorithmen für den aktiven Gleichrichter entworfen und verifiziert werden. Im Anschluss sollen diese Algorithmen in Echtzeit auf einer Control-Hardware-in-the-Loop Plattform getestet werden. Abschließend sollen die im Rahmen des Forschungsprojekts durch die Projektpartner entwickelten Schnellladesäulen in Power-Hardware-in-the-Loop Tests erprobt und betrieben werden.

Das Projekt IDEAL ist ein Verbundforschungsprojekt unter der Konsortialführerschaft des PGS. Weitere Forschungs- und Projektpartner sind:

• elexon GmbH
• Lehrstuhl für Controlling, RWTH Aachen University
• Lehrstuhl für Energiesystemökonomik, RWTH Aachen University
• paXos Consulting and Engineering GmbH & Co. KG
• Siemens AG Technology Research in Energy and Electronics

Das Projekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert.