Schnellladen von Elektrofahrzeugen
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Hochleistungslösungen für das Schnellladen von Elektrofahrzeugen
Durch die immer größere Anzahl von Elektrofahrzeugen auf dem Markt und die Forderungen von staatlicher Seite, die Fahrzeugemissionen bis zum Jahr 2050 auf null zu bringen, entsteht ein hoher Bedarf an immer effizienteren Ladetechnologien. Wie zahlreiche Verbraucherbefragungen ergeben haben, hängt die Akzeptanz von Elektromobilität in hohem Maße von der Verfügbarkeit von Ladelösungen und der Dauer des Ladevorgangs ab. Hochleistungs-DC-Ladestationen sind die Antwort auf diese Anforderungen des Marktes. Bereits heute kann ein normales E-Auto in weniger als 10 Minuten bis auf etwa 80 % seiner Batteriekapazität aufgeladen werden. Dies ist vergleichbar mit dem Auftanken eines herkömmlichen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor.
Als Marktführer und Wegbereiter im Bereich Leistungselektronik unterstützt Infineon Sie dabei, Ihre Designs für energieeffiziente DC-Schnellladepunkte zu realisieren. Profitieren Sie von einem der marktweit umfassendsten Portfolios für einbaufertige Produkte und Designs: das gesamte Produktprogramm – von der Stromwandlung, über Mikrocontroller, Sicherheit, Hilfsstromversorgung bis hin zur Kommunikation – aus einer Hand.
Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Arten von Ladevorrichtungen für Elektrofahrzeuge, und holen Sie sich alle Informationen, die Sie für Ihr Design brauchen
Moderne Lösungen von der Regelung über die Sensorik bis hin zur Sicherheit und Konnektivität der nächsten Generation
Für Designs von DC-Ladestationen mit einer Leistung von bis zu 150 kW für Elektrofahrzeuge bieten die diskreten Bauelemente von Infineon ein optimales Preis/Leistungs-Verhältnis. Zu diesen Komponenten gehören unsere Produktfamilien 600-V-CoolMOS™ SJ MOSFET P7 und CFD7, der 650 V IGBT TRENCHSTOP™ 5 und der 1200-V-CoolSiC™-MOSFET. Die unvergleichlichen CoolMOS™- und CoolSiC™-MOSFETs von Infineon zeichnen sich durch die Fähigkeit zum Hochfrequenzbetrieb, eine hohe Leistungsdichte und verringerte Schaltverluste aus. So lässt sich bei jedem Batterieladesystem ein hoher Wirkungsgrad erzielen. Unser Portfolio an Hochspannungsschaltern wird durch 650-V- und 1200-V-CoolSiC™-Schottky-Dioden ergänzt. Da für jeden Schalter ein Treiber benötigt wird und jeder Treiber angesteuert werden muss, bieten wir die passenden EiceDRIVER™-Gate-Treiber sowie XMC™- und AURIX™-Mikrocontroller für das Design von Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Abgerundet wird unser Angebot durch die Datenschutz- und Sicherheitsprodukte der Produktfamilie OPTIGA™. Ladestationen im Leistungsbereich über 50 kW werden in der Regel mit IGBTsCoolSiC™-MOSFETs und Dioden-Leistungsmodulen, wie beispielsweise CoolSiC™ Easy Modulen, IGBT EconoPACK™, und Komponenten der Produktfamilie IGBT EconoDUAL™ ausgestattet. Für Ladesäulen mit einer Leistung von mehr als 100 kW wird typischerweise ein modularer Ansatz mit kombinierten Untereinheiten gewählt. Bereits heute erreichen diese Untereinheiten eine Leistung von jeweils 20-50 kW; für zukünftige Designs sind noch höhere Werte zu erwarten.
Wir fördern einen globalen Standard
Infineon ist der CharIN-Initiative (Charging Interface Initiative e.V.) beigetreten. Ziele der weltweit tätigen Organisation sind die Entwicklung, Etablierung und Förderung eines globalen Standards für die Ladeinfrastruktur für alle Arten batteriebetriebener Elektrofahrzeuge.
In der Regel wandelt ein Hochleistungs-DC-Ladegerät den ankommenden Dreiphasen-Wechselstrom in Gleichstrom um, der für die Fahrzeugbatterie benötigt wird. Für den Austausch von Informationen zum Fahrzeug und zum Ladezustand der Batterie ist ein Datenübertragungskanal erforderlich. Und schließlich müssen Fahrzeugdaten und Daten zum Fahrzeughalter für Abrechnungszwecke über einen sicheren Datenkanal übertragen werden.
Die drei wichtigsten Aspekte bei der Architektur für DC-Schnellladestationen sind das Minimieren des Kühlungsaufwands, die Bereitstellung einer hohen Leistungsdichte und die Verringerung von Größe und Kosten des Systems. Bei hoher Leistungsdichte ist eine Zwangsluftkühlung erforderlich, die heute schon Standard ist. Die nächste Generation von Ladesystemen für E-Autos wird aufgrund des Anstiegs der Leistungsdichte eine Lösung mit Flüssigkühlung benötigen. Um kompakte Designs zu verwirklichen, sind zur Verringerung der Größe der magnetischen Komponenten höhere Schaltgeschwindigkeiten im Bereich von 32 bis 100 kHz ins Auge zu fassen.
Die Strategien, um spätestens bis 2050 in den meisten Großstädten die Schadstoffemissionen auf null herunterzufahren, setzen unter anderem auf eine intensivere Nutzung von Elektrofahrzeugen und daher auch auf eine bessere Schnellladeinfrastruktur. Zweifellos ist die starke Luftverschmutzung in den Städten, die für die Einwohner gesundheitsschädlich ist und deren Lebensqualität beeinträchtigt, eine wichtige Motivation, um dieses Ziel zu erreichen. Eine Mobilität mit keinen oder nur geringen Schadstoffemissionen kann zur Eindämmung von Gesundheitsproblemen wie Herz-Kreislauferkrankungen oder Asthma beitragen, die durch Luftverschmutzung verursacht werden.
Die gute Nachricht: Bis 2025 sollen über 100 neue Modelle von Elektrofahrzeugen auf den Markt kommen. Dieser Schritt in Richtung auf eine bessere Luftqualität in den Städten erhöht den Druck zur Entwicklung und Implementierung der Ladeinfrastruktur, die für die zusätzlichen Elektrofahrzeuge auf den Straßen benötigt wird. Aufgrund der beengten Verhältnisse in den Städten kann der zukünftige Bedarf an Ladekapazität nicht durch private Stationen gedeckt werden. Daher werden öffentliche Ladepunkte immer wichtiger, um die Möglichkeiten, in den Städten E-Mobilität zu nutzen, weiter zu verbessern. Und da außerdem die Batteriehersteller ihre Kostenstrukturen optimieren und Skaleneffekte nutzen, war es nie attraktiver als jetzt, ein Elektrofahrzeug zu kaufen.
Die Anforderung, bei Ladevorgängen ohne Stecker und Kabel auszukommen, erfüllen Systeme zum drahtlosen Laden. Beim induktiven Laden werden die Fahrzeuge mittels Energie aufgeladen, die von einer Spule im Boden eines Parkplatzes in eine in das Fahrzeug eingebaute Spule induziert wird.
Merkmale der drahtlosen Energieübertragung:
- Leistungsklasse: 3,7 kW, 7,7 kW, 11 kW
- Statische drahtlose Energieübertragung: Das Laden erfolgt, während das Fahrzeug steht
- Dynamische drahtlose Energieübertragung: Das Laden erfolgt, während das Fahrzeug auf einer für diese Technologie vorbereiteten Straße fährt
- Gleichspannungswandlung innerhalb des Fahrzeugs zur Anpassung der Eingangsspannung an den Umrichter.
Die folgende schematische Darstellung zeigt die drahtlose Energieübertragung:
Zum Aufbau eines DC-DC-Wandlers können verschiedene Topologien genutzt werden. Oft werden Resonanzkreise bevorzugt, da sie die Schaltverluste verringern. Der DC-DC-Wandler wird in das Fahrzeug eingebaut, weil die Ausgangsspannung an die Batterieanforderungen angepasst werden muss.
Systeme zur drahtlosen Energieübertragung werden normalerweise mit diskreten Komponenten wie CoolSiC™-MOSFETs, CoolSiC™-Dioden und CoolMOS™-MOSFETs ausgestattet. Da für jeden Schalter ein Treiber benötigt wird und jeder Treiber angesteuert werden muss, bieten wir die passenden EiceDRIVER™-Gate-Treiber-ICs sowie XMC™-Mikrocontroller. Unsere XENSIV™-Stromsensorlösungen ermöglichen eine exakte Strommessung bei geringem Platzbedarf. Abgerundet wird unser Angebot durch die Datenschutz- und Sicherheitsprodukte der Produktfamilie OPTIGA™.
Beim Laden eines Elektrofahrzeugs an einem Ladepunkt muss es möglich sein, die zwischen Ladevorrichtung, Fahrzeug und Backend-Infrastruktur ausgetauschten Daten zu identifizieren, zu authentifizieren und zu schützen. Hierzu sind Kryptografie-Funktionen erforderlich, die sowohl die Ladeinfrastruktur als auch die Fahrzeuge schützen, die diese nutzen.
Im Rahmen der ISO-Norm 15118 wird das Konzept „Plug & Charge“ (Einstecken & Laden) eingeführt. Es ermöglicht das Aufladen der Fahrzeugbatterien, ohne dass dazu am Ladepunkt eine spezielle Ladekarte benötigt wird. So ist ein abgesicherter, komfortabler Ladevorgang sowohl mit drahtgebundenen als auch drahtlosen, auf AC- und DC-Subsystemen basierenden Ladetechnologien möglich. Das Ziel von Plug & Charge ist, Vertraulichkeit, Datenintegrität und -authentizität sicherzustellen. Hierfür kommen in ISO 15118 definierte Algorithmen für symmetrische und asymmetrische Kryptografie zum Einsatz.
Zur Implementierung dieses Standards kann ein manipulationssicherer Mikrocontroller wie das Trusted-Platform-Modul von Infineon, OPTIGA™ TPM SLI 9670, eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um eine standardisierte Komponente gemäß TPM-Standard der Trusted Computing Group (TCG). TPM spielt eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung von Finanztransaktionen für Plug & Charge, indem es die Authentizität der beteiligten Einheiten, die Integrität der ausgetauschten Daten sowie die Vertraulichkeit sensibler Informationen schützt.
Außerdem dient das Modul OPTIGA™ TPM SLI 9670 zum Schutz der Plattform und zur abgesicherten Datenübertragung zwischen einem Server-Backend, der Ladestation und dem Elektrofahrzeug. Dies ist notwendig, um Remote-Funktionen zu ermöglichen, wie zum Beispiel Firmware-Updates, Wartung und Verwaltung der Geräte der Ladeinfrastruktur.
Parametrische Produktsuche
Webinar: DC-Schnellladen von Elektrofahrzeugen mit CoolSiC™ von Infineon (EN)
Elektromobilität dringt immer stärker in unser tägliches Leben vor. Dadurch wächst auch der Bedarf an effizienteren Ladelösungen. Angesichts der Anforderungen und technologischen Entwicklungen in diesem Bereich besteht die Herausforderung darin, intelligente und kompakte Lösungen zur Stromwandlung für die aktuellen und zukünftigen Ladenetze zu entwickeln. In diesem Webinar erhalten Sie einen gründlichen Einblick in das umfassende Portfolio von Infineon für DC-Ladelösungen mit Schwerpunkt auf der SiC-Technologie und ihrem bedeutenden Beitrag zum Ultra-Schnellladen von Elektrofahrzeugen.
Podcast4Engineers #1: Im Kommen: Ladelösungen für Elektrofahrzeuge (EN)
Die erste Folge unserer neuen Podcast-Reihe beleuchtet die wichtigsten Aspekte beim Laden von Elektrofahrzeugen: Insbesondere geht es darum, welche Szenarien für Ladeanwendungen zur Verfügung stehen, was diese für die jeweiligen Topologien bedeuten und wie die Entwickler darauf reagieren können. Unser Experte hat Antworten auf all diese Fragen und gibt Ihnen einen spannenden Einblick in die Anfänge der Elektromobilität.
Understand why to use WBG switches for bi-directional converters, the topologies used and how they function.
Dieses Video bietet folgende Lerninhalte:
- Einführung in Technologie, Einsatzmöglichkeiten und Vorteile der Top-Side-Kühlung
- Optimale Nutzung von TOLT-Gehäusen
Möchten Sie wissen, welche verschiedenartigen Topologien es für diese Stufe der Stromwandlung gibt und welches Funktionsprinzip diese so leistungsfähig macht? Lernen Sie die Grundkonzepte von passiven Gleichrichtern und aktiven Zweipunkt-Gleichrichtern kennen.
Lerninhalte:
- Informationen zu den führenden Trench-MOSFET-Designs von Infineon
- Warum Sie auf diese revolutionäre Technologie setzen sollten
Lerninhalte:
- Sie erfahren, welche Antworten die Produktfamilie AURIXTM auf die Anforderungen des Elektromobilitätsmarktes hat.
- Tauchen Sie tief in die Welt der AURIX™ TC3xx-Mikrocontroller ein, lassen Sie sich zeigen, wie diese Produkte zentrale Herausforderungen bei Elektrofahrzeugen meistern, und lernen Sie die Hauptmerkmale dieser Produktfamilie kennen.
Lerninhalte:
- Präsentation des IPOSIM-Tools, insbesondere für Umrichter in Elektrofahrzeugen
- Schritte zum Simulieren verschiedener Parameter und Vergleich der Ergebnisse für unterschiedliche Produkte von Infineon: So ermitteln Sie das optimale Produkt für Ihre Anwendung
Lerninhalte:
- Welche Herausforderungen stellen Anwendungen für Traktionswechselrichter in Bezug auf Systemanforderungen, Größe, Kosten und Zeit?
- Beschreibung der speziellen Merkmale des EasyPACK™ 2B EDT2. Wie kann Infineon den Bedarf der Kunden erfüllen? Hierbei wird der Schwerpunkt auf Qualität und die Ausbaumöglichkeiten gelegt.
