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Projektleiter

Prof. Dr. Christian Dick

Prof. Dr. Christian Dick

Informations-, Medien- und Elektrotechnik
Institut für Automatisierungstechnik (IA)

  • Campus Deutz
    Betzdorfer Straße 2
    50679 Köln
  • Raum HW1-30
  • Telefon+49 221-8275-2262

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

Martin Nießen

Informations-, Medien- und Elektrotechnik
Institut für Automatisierungstechnik (IA)

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Forschungsprojekt Gepard „Zweistufiges 50kW Schnellladesystem für die Elektromobilität“

In diesem Projekt soll ein zweistufiges 50kW Schnellladesystem für die Elektromobilität aufgebaut und erprobt werden. Einem Active-Frontend wird ein Serienresonanzwandler mit hohem Frequenz-Leistungsprodukt sowie regelbarem Weitbereichsausgang nachgeschaltet. Forschungsgegenstand liegt in der Auslegung und Modulation des weichschaltenden DC-DC Wandlers, auch bei thermisch bedingter Frequenzdrift.

Im Kooperationsprojekt zwischen TH Köln und der Firma AixControl wird der elektrische Leistungsteil eines universalen 50kW Schnellladesystems für die Elektromobilität erforscht und in einem Demonstrator dargestellt. Ziel ist ein Schnellladesystem zu entwickeln, welches im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen einen hohen Wirkungsgrad bei genringen Bauteilkosten ermöglicht. Dies soll durch den Einsatz einer an der TH Köln erforschten Methode zur Spannungsregelung von Resonanzwandlern erreicht werden, welche es erlaubt, eine Leistungsstufe einzusparen. Ziel ist es,  Kosten zu senken und Konvertierungsverluste zu vermeiden. Zusätzlich wird ein hohes Frequenz-Leistungsprodukt anvisiert, um die Größe der passiven Bauelemente zusätzlich zu minimieren.

Auf einen Blick

Kategorie Beschreibung
Forschungsprojekt Gepard - Ganzheitlich optimierter, kompakter, flexibler und effizienter elektrischer Leistungsteil eines Schnellladesystems für die Elektromobilität 
Leitung Prof. Dr.-Ing. Christian Dick  
Fakultät Fakultät für Informations-, Medien- und Elektrotechnik 
Institut Institut für Automatisierungstechnik 
Beteiligte Martin Nießen, Patrick Deck, Georg Jöntgen, Christian Dick 
Projektpartner AixControl GmbH 
Fördermittelgeber BMWi / Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) 
Laufzeit 01.05.2018-31.10.2019 

In diesem Projekt soll ein zweistufiges 50kW Schnellladesystem für die Elektromobilität aufgebaut und erprobt werden. Einem Active-Frontend (AFE) wird ein Serienresonanzwandler mit hohem Frequenz-Leistungsprodukt sowie regelbarem Weitbereichsausgang nachgeschaltet.

Systemübersicht: AFE zur Netzanbindung, Serienresonanzwandler (bidirektional), Batteriekontaktierung an U2 Systemübersicht: AFE zur Netzanbindung, Serienresonanzwandler (bidirektional), Batteriekontaktierung an U2 (Bild: M.Nießen, TH Köln)

Lösungsansatz: Einfügen von Freiläufen primärseitig zur Absenkung der sekundärseitigen Spannung bzw. Einfügen von Freiläufen sekundärseitig zur Anhebung der sekundärseitigen Spannung.

In einem Serienresonanzwandler werden gezielt Freiläufe für ganzzahlige Resonanz-Halbperioden geschaltet, um eine Regelung zu erzielen. In einem Serienresonanzwandler werden gezielt Freiläufe für ganzzahlige Resonanz-Halbperioden geschaltet, um eine Regelung zu erzielen. (Bild: M.Nießen, TH Köln)

Es ergibt sich eine Makroperiode, in der in Abhängigkeit der eingesetzten Freiläufe ein Makrotastgrad D definiert werden kann. Wird das Pulsmuster festgehalten und der eingangsseitige Zwischenkreis über das AFE variiert, so können Batteriespannungen von 200V-920V flexibel bedient werden. Farblich codiert ist der effektive Strom im Primärkreis.

Falschfarbenbild des Effektivstroms in verschiedenen Betriebspunkten. Falschfarbenbild des Effektivstroms in verschiedenen Betriebspunkten. (Bild: M.Nießen, TH Köln)

Der weitere Forschungsgegenstand liegt in der Modulation des DC-DC Wandlers, der immer weich betrieben werden soll, auch bei thermisch bedingter Frequenzdrift.

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