noLIMIT

Im Projekt noLIMIT wollen das Forschungs- und Transferzentrum (FTZ Leipzig) an der HTWK Leipzig und die Siemens AG die hardwaretechnischen Voraussetzungen für bidirektionales Hochleistungsladen schaffen. Die Partnerinnen und Partner begegnen damit aktuellen Herausforderungen bei der Mobilitäts- und Energiewende. Denn die zunehmende Elektrifizierung des Verkehrssektors stellt den stabilen Betrieb von Stromnetzen vor neue Herausforderungen. So zählt beispielsweise das Ladeverhalten im Niederspannungsnetz laut der nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina zu einer der typischen Ursachen für zukünftige Netzengpässe. Ladevorgänge können aber auch ein Teil der Lösung sein: Mit geplanten 15 Millionen Elektrofahrzeugen bis 2030 steht eine theoretische Speicherkapazität von mindestens 780 Gigawattstunden zur Verfügung. Das ist in etwa so viel, wie 25 Atomkraftwerke an einem Tag einspeisen. Ein vielversprechender Lösungsansatz ist daher, die Ladesäulen nicht nur als Verbraucher zu betrachten, sondern auch als Speicher für das Stromnetz einzusetzen.

Bislang ist das jedoch nur eine Idee. Denn insbesondere Schnellladesäulen werden heute als reine Last unidirektional aus dem Stromnetz versorgt. Im Projekt noLIMIT erforschen das FTZ und die Siemens AG daher ein neues bidirektionales Konzept für sehr hohe Ladeleistungen bis in den Megawattbereich. Im Mittelpunkt stehen neben neuen technischen Geräten auch die Weiterentwicklung entsprechender Normen sowie die wettbewerbsfähige Produktion in Deutschland. Ein wichtiges Alleinstellungsmerkmal ist der modulare Aufbau der Schnellladesäule: Vergleichsweise kleine Einzelmodule sollen je nach Bedarf zusammengeschaltet werden. Das ermöglicht die flexible Dimensionierung einzelner Ladepunkte – von einigen zig Kilowatt für Pkw und Busse bis zu mehreren Megawatt für schwere Last- und Nutzfahrzeuge, je nach verfügbarer Anschlussleistung. Das Herzstück bildet hierbei die Leistungselektronik, denn sie verbindet die verschiedenen Spannungsebenen von Stromnetz und Fahrzeugbatterie miteinander.

In dem FTZ-Teilprojekt „Bidirektionale leistungselektronische Wandler“ wird die Fachexpertise von HTWK-Professor Thomas Komma und seinem Team umfassend eingebunden. Konkret sollen a) quasiresonante Ansteuerverfahren für AC/DC-Wandler, b) vollresonante Ansteuerverfahren für DC/DC-Wandler sowie c) modulare leistungselektronische Baugruppen untersucht werden. Der Einsatz sehr hoher Schaltfrequenzen soll dabei den Ressourceneinsatz stark senken und gleichzeitig die Leistungsdichte erhöhen. Mit dem Fokus auf eine möglichst vollständig leiterplattenbasierte Lösung fließen außerdem Aspekte einer kostenoptimierten Fertigung direkt in den Entwicklungsprozess ein. Langfristig soll diese neue Leistungselektronik auch für weitere Anwendungsgebiete nutzbar gemacht werden. Das umfasst beispielsweise die Netzanbindung von stationären Batteriespeichern, Elektrolyseuren oder regenerativen Energiequellen.