Ladestationen im Leistungsbereich bis 150 kW

Die Eigentümer von Elektrofahrzeugen sind keine reinen Stadtfahrer oder Kurzstreckenpendler mehr. Deshalb ist es wichtig, dass es außer der Garage zuhause oder dem Büroparkplatz weitere Lademöglichkeiten gibt. Auf Autobahnen bieten Hochleistungs-DC-Ladestationen bis zu 350 kW Schnellladefunktionen zum schnellen Nachladen der Antriebsbatterien von Elektrofahrzeugen. Ladeeinrichtungen bis zu 150 kW sind jedoch die perfekte Lösung für die tägliche Nutzung in den Städten. Sie stellen die notwendige Ergänzung zu den Ladepunkten daheim und an der Autobahn dar.

Stationen mit bis zu 150 kW für das schnelle Aufladen von Elektrofahrzeugen werden wegen ihres modularen Aufbaus und der dadurch gebotenen Skalierbarkeit zu den Produkten der Wahl im städtischen Umfeld und zur Unterstützung kommerzieller Anwendungen. Eine einzelne 50-kW-Einheit kann ein Fahrzeug in ca. 48 Minuten für eine Reichweite von 200 km aufladen. Wenn drei dieser 50-kW-Untereinheiten oder fünf 30-kW-Untereinheiten zu einer 150-kW-Ladestation kombiniert werden, dauert derselbe Ladevorgang nur etwa 16 Minuten. Während beide Optionen für Fahrer, der sich nur kurz die Beine vertreten wollen, wegen der Dauer des Ladevorgangs nicht ideal sind, eignen sie sich perfekt für alle, die kurz etwas einkaufen oder zum Essen gehen wollen. Auf diese Weise lässt sich die Batterie eines Elektrofahrzeugs zu einem beliebigen Zeitpunkt am Tag schnell und praktisch nachladen.

Beim Design von Hochleistungs-DC-Ladestationen bis 150 kW müssen viele Aspekte berücksichtigt werden – von Datensicherheit und sicherer Kommunikation bis hin zu Zuverlässigkeit, Wirkungsgrad und Preis. Infineon bietet für diesen Markt das umfangreichste Portfolio. Mit unseren kombinierten Systemlösungen, in denen Spitzenprodukte und -technologien für genau Ihre Anwendung zum Einsatz kommen, erzielen Sie das beste Preis/Leistungsverhältnis und profitieren von der umfassenden Systemkompetenz unserer Spezialisten. Zu den Komponenten gehören die Infineon Produktfamilien 600 V CoolMOS™ SJ MOSFET P7 und CFD7, die Produktfamilie 650 V TRENCHSTOP™ IGBT7 T7 und unser 1200-V-CoolSiC™-MOSFET. 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™-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™.

Infineon verfügt über ein umfangreiches Portfolio an hochwertigen diskreten Lösungen. So finden Sie immer die optimal geeigneten Komponenten für leistungsfähige, kostengünstige Designs zur Entwicklung von Ladestationen für Elektrofahrzeuge. Bei Infineon bekommen Sie also alles für Ihr Design von DC-Schnellladestationen aus einer Hand – beste Bedingungen für einen besseren Wirkungsgrad und eine höhere Leistungsdichte.

Ein Ladesystem für Elektrofahrzeuge mit einer Leistung zwischen 30 kW und 150 kW basiert in der Regel auf einer zweistufigen Architektur für die Stromwandlung. Diese besteht netzseitig aus einer Stufe zum Umwandeln von Wechsel- in Gleichstrom und batterieseitig aus einer isolierenden Hochfrequenz-Gleichstromwandler-Stufe. Für diese Ladestationen werden Untereinheiten mit Leistungen zwischen 15 kW und 30 kW kombiniert, sodass eine Leistung von bis zu 150 kW verfügbar ist. Durch die Verwendung mehrerer Untereinheiten mit niedrigerer Leistung entsteht ein modulares System, das ein kostengünstiges Umrichterdesign aus diskreten Leistungskomponenten ermöglicht. Die folgende schematische Darstellung zeigt die Komponenten einer Ladestation bis zu 150 kW für Elektrofahrzeuge:

Topologien und Stromwandlung

Der AC-DC-Wandler ist einem EMI-Filter nachgeschaltet und fungiert als geregelter Gleichrichter. Für diese Stufe werden vorzugsweise Zweipunkt-Topologien mit AFE-Komponenten (analoge Front-End-Komponenten) oder Dreipunkt-Topologien mit Vienna-Gleichrichtern eingesetzt. Beide stellen je nach Nennleistung der Ladestation eine stabile Zwischenkreisspannung von bis zu 900 V sicher. Insbesondere der Vienna-Gleichrichter ist inzwischen weit verbreitet, da er einen höheren Wirkungsgrad aufweist und sich durch eine weichere und bessere EMV-Signatur auszeichnet. Dies ermöglicht auch die Nutzung von 600-V-Leistungsbausteinen. Durch den Einsatz von Komponenten wie 1200 V CoolSiC™ wird die Zweipunkt-Topologie mit AFE-Komponenten einschließlich Leistungsfaktorkorrektur immer beliebter. Die Fähigkeit zum bidirektionalen Betrieb macht diesen MOSFET besonders attraktiv.

Die Gleichstromwandlungsstufe ist hierbei in zwei Systeme unterteilt: Umwandlung der Gleichspannung in eine hochfrequente Wechselspannung auf der Primärseite des Trenntrafos und Gleichrichtung der hochfrequenten Wechselspannung auf der Sekundärseite. In der Regel werden bei diesen Systemen resonante, hart schaltende, phasenverschobene ZVS-Vollbrücken-Wandlertopologien verwendet. Die Topologie mit LLC-Resonanzwandler und einer Brücke (1200 V SiC) oder kaskadierten Brücken (600 V) ist in dieser Stromwandlungsstufe weit verbreitet.

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.

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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.