Dieses Universalladegerät könnte die EV-Landschaft vereinfachen

Aug 08, 2023

Dieser Artikel ist Teil unserer exklusiven IEEE Journal Watch-Reihe in Zusammenarbeit mit IEEE Xplore.

Die Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge entwickelt sich rasant weiter, was sowohl für die Verbesserung von Elektrofahrzeugen als auch für die Bekämpfung des Klimawandels eine gute Nachricht ist. Die ständige Weiterentwicklung der Technologie hat es jedoch zu einer Herausforderung gemacht, eine Infrastruktur zu schaffen, die die gesamte Palette der derzeit verfügbaren Batterien unterstützen kann, ganz zu schweigen von zukünftigen Entwicklungen.

In einem kürzlichen Fortschritt haben Forscher ein neuartiges Batterieladegerät entwickelt, das aktuelle und zukünftige Generationen von Batteriepaketen für Elektrofahrzeuge in einem breiten Spannungsbereich unterstützen kann: alles zwischen 120 und 900 Volt. Die neue Technologie wird in einer Studie beschrieben, die in der Septemberausgabe von IEEE Transactions on Power Electronics veröffentlicht wurde.

Heutige Elektrofahrzeuge wie der Nissan Leaf S, das Tesla Model Hyundai Ioniq und KIA EV6 werden über Batteriepakete mit Spannungen von 600 bis 800 V verfügen.

Diese Batterien der nächsten Generation ermöglichen kürzere Ladezeiten und wiegen gleichzeitig weniger, was bedeutet, dass Elektrofahrzeuge schneller fahrbereit sind und mit voller Ladung weitere Strecken zurücklegen können. „Das Laden dieser Hochspannungsbatterien mit vorhandenen Ladegeräten verringert jedoch die Effizienz, da sie mit der doppelten Nennspannung betrieben werden“, sagt Deepak Ronanki, Assistenzprofessor am Indian Institute of Technology Madras in Chennai, Indien, und IEEE-Senior Mitglied, das an der Studie beteiligt war.

Ronanki und der Doktorand Harish Karneddi haben ein Universalladegerät entwickelt, das Spannungen zwischen 120 und 900 V unterstützen kann – etwas, das ihrer Meinung nach bisher noch nicht erreicht wurde.

Das Batterieladegerät von Ronanki und Karneddi ist eigentlich ein zweistufiges Ladegerät mit einer Front-End-Boost-Buck-Leistungsfaktorkorrekturschaltung (PFC), gefolgt von einem rekonfigurierbaren DC-DC-Wandler. Wie der Begriff „Boost-Buck“ andeutet, kann das Batterieladegerät die Spannung erhöhen, wenn die Batteriespannung größer als die Eingangsspannung ist, und umgekehrt die Spannung senken, wenn die Batteriespannung niedriger als die Eingangsspannung ist.

In einer Reihe von Simulationen und Experimenten haben Ronanki und Karneddi bewiesen, dass ihr neues Ladegerät Batterien bei jeder Spannung zwischen 120 und 900 V sicher laden kann. Allerdings zeigte das Ladegerät bei Betriebspunkten mit niedrigerer Spannung – im Bereich von 48 bis – eine leichte Verschlechterung der Effizienz 120 V – es übertraf bei allen getesteten Spannungen immer noch die Effizienz herkömmlicher Ladegeräte. Das Ladegerät hatte durchweg einen Wirkungsgrad von über 94 Prozent.

Ronanki weist darauf hin, dass dieses universelle Ladegerät den Bedarf an speziellen Ladegeräten für unterschiedliche Akkuspannungen und unterschiedliche Fahrzeugtypen und -konfigurationen überflüssig machen könnte. „Außerdem könnte das Ladegerät als tragbares Gerät – im Wesentlichen wie ein Notfallset – für den Fall einer Fahrzeugpanne oder einer Tiefentladung des Batteriepakets verwendet werden“, fügt er hinzu.

Die Forscher planen, diese Technologie als integrierte Ladeeinheit zu vermarkten, um die Produktionskosten der Ladegeräte zu senken, sowie als externe Ladeeinheit, um eine Ladeeinheit zum Laden aller Elektrofahrzeuge bereitzustellen. Sie haben ein Patent angemeldet und arbeiten derzeit mit Industriepartnern zusammen, um das Ladegerät zu kommerzialisieren.

Die Forscher denken auch darüber nach, ihr Ladegerät auch für andere Fahrzeugtypen anzupassen. „Wir arbeiten derzeit daran, die Ladeeffizienz in diesem Spannungsbereich zu verbessern, damit das gleiche Ladegerät für E-Bikes, E-Fahrräder und Kleinwagen verwendet werden kann“, sagt Ronanki.