Ladegeräte von 50 kW bis 350 kW
Entwickeln Sie Systeme für Hochleistungs-Schnellladegeräte für Elektrofahrzeuge
Die Elektromobilität nimmt immer mehr Platz in unserem Alltag ein, und damit wächst auch der Bedarf für effizientere Ladelösungen, die ein schnelleres Laden bei höheren Leistungen ermöglichen. Um diese Nachfrage zu bedienen, muss auch in den Ausbau der öffentlichen Ladeinfrastruktur mit hohen Leistungen investiert werden. Vor dem Hintergrund dieser Anforderungen und technologischen Entwicklungen stehen Sie vor der Herausforderung, Antworten in Form von intelligenten Lösungen für das Umrichten und das Energiemanagement für Ladenetzwerke heute und in der Zukunft zu finden.
Steigende Nachfrage nach öffentlichen Ladestationen
Aktuell bieten öffentliche Ladestationen in Einzelinstallationen Leistungen von bis zu 150 kW. In einem Verbund mehrerer Ladestationen stellt ein Mittelspannungstransformator von 10 kV bis 30 kV eine zentrale Komponente dar. Hier kommen Hochleistungsladegeräte mit einer Ausgangsleistung von jeweils bis zu 350 kW zum Einsatz. In einer solchen Anordnung können sämtliche Ladegeräte gleichzeitig die volle Leistung bereitstellen, da in jedem Ladegerät eine potenzialbehaftete Topologie verwendet wird.
Die Auswahl der richtigen Komponenten
Für die Auswahl des idealen Leistungshalbleiters und geeigneter Komponenten ist die Leistungsklasse des Ladegerätes ausschlaggebend. Ladegeräte in einem Leistungsbereich von mehr als 50 kW werden üblicherweise mit IGBTs und CoolSiC™ MOSFETs sowie Dioden-Leistungsmodulen von Infineon, beispielsweise dem CoolSiC™ Easy Modul, dem IGBT EconoPACK™ oder den Produkten der IGBT EconoDUAL™ Familie aufgebaut. Ladegeräte mit Leistungsbereichen von über 100 kW werden durch eine Kombination aus Untereinheiten im Bereich von 50 bis 100 kW realisiert.
Die hochwertigen Produkte unseres Angebots an Leistungsschaltern arbeiten nahtlos mit dem Gleichrichterdiodenmodul. Da für jeden Schalter ein Treiber mit entsprechender Steuerung erforderlich ist, bieten wir auch den am besten geeigneten EiceDRIVER™ sowie XMC™ und AURIX™ Mikrocontroller für Ihre Lösungen für das Schnelladen von Elektrofahrzeugen. Entdecken Sie unsere Produktlinie OPTIGA™ für Datenschutz und Sicherheit.
Technologietrends
Hochleistungsfähige Ladegeräte sollen Ladezeiten verkürzen und Elektrofahrzeuge damit zu einer gleichwertigen Alternative zu Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor machen. Es gibt zwei mögliche Architekturen für Ladeinfrastrukturen: Isolierung der primären AC-Seite oder der sekundären DC-Seite.
Isolierung der primären AC-Seite
Bei einem Verbund aus mehreren Ladestationen können 6 bis 8 Hochleistungs-Ladestationen mit einer Gesamtleistung von 2 MW bis 3 MW realisiert werden, was sich in der Praxis bereits bewährt hat. Die Stromversorgung erfolgt über einen Mittelspannungstransformator, üblicherweise 22 kV auf 500 V, um die AC-Seite des Systems zu isolieren. Nachgeschaltet ist die AC-DC-Stufe, in die ein aktiver Gleichrichter integriert sein kann oder auch nicht. Eine Option besteht in einer passiven Gleichrichtung mit mehreren Impulsen. In diesem Fall lassen sich die erforderlichen Harmonischen des Eingangsstroms von 5 % bis 7 % erreichen. Um die Gesamtkomplexität des Systems zu verringern, kann ein hocheffizienter MW-Spannungswandler (ca. 99 %) verwendet werden. Durch die Isolierung der primären Seite hat der Entwickler die Möglichkeit, nicht isolierte DC-DC-Wandlertopologien bei der DC-DC-Wandlerstufe zu verwenden. Für eine solche Architektur eignet sich in der Regel ein Abwärtswandler mit einem DC-Wandlerblock.
Isolierung der sekundären DC-Seite
Die zweite Infrastruktur-Architektur erreicht 350 kW durch die Kombination mehrerer 50-kW- oder 100-kW-Untereinheiten für einzelne Anwendungen.
Das AC-DC-System ist einem EMV-Filter nachgeschaltet, wandelt Wechselspannung in Gleichspannung und verfügt in der Regel über einen gesteuerten Gleichrichter. Die DC-DC-Umrichterstufe ist in zwei Systemen dargestellt: Gleichspannung in hochfrequente Wechselspannung auf der Primärseite des Trenntransformators und Gleichrichtung einer hochfrequenten Wechsel- in eine Gleichspannung auf der Sekundärseite.
Die gängige Strategie in dieser Leistungskategorie besteht in der Verwendung von Leistungsmodulen statt diskreter Geräte. Auf IGBT basierende Lösungen mit EconoPACK™ und EconDUAL™ eignen sich perfekt für Vienna-Gleichrichter und AFE für die AC-DC-Wandlung – üblicherweise bei einer Frequenz von ca. 20 kHz. CoolSiC™ Easy Module ermöglichen den Betrieb von AC-DC-Wandlerstufen mit ca. 40 kHz bis 50 kHz.
Systemdiagramm: Ladegerät mit 50 bis 350 kW für Elektrofahrzeuge
IPOSIM ist ein ausgeklügeltes, dabei aber einfach zu bedienendes Online-Simulationstool für die Berechnung von Verlusten und Temperaturen von Infineon Leistungsmodulen und Scheibenzellen.
