PVtec-Charger - Zuverlässige und kostenoptimierte Ladestationen und vernetzte neue Ladelösungen für die netzdienliche und wirtschaftliche Ladung von Elektrofahrzeugen mit Strom aus Erneuerbaren Energien; Teilvorhaben: Sensorik zur Gewährleistung der elektrischen Sicherheit

Abstract

Hintergrund der gemeinsamen Motivation zum Verbundforschungsvorhaben PVtec-Charger war der Grund, dass Ladelösungen für die Elektromobilität und entsprechende Ladestationen derzeit noch durch zu hohe Kosten und eine noch unzureichende Integrierbarkeit in das sich dynamisch wandelnde Energiesystem geprägt sind. Für die Verbesserung von der Wirtschaftlichkeit, der Nutzbarkeit sowie Umwelteigenschaften und Nachhaltigkeit von Ladelösungen in einem zukünftig vollständig aus Erneuerbaren Energien gespeisten Energiesystem bedurfte es der eingehenden Analyse, Erforschung und Erprobung. Erreicht werden sollen diese Ziele durch einen neuartigen Lösungsansatz mit einer Reihe technologischer Innovationen aus der Wechselrichter- und Digitalisierungstechnik sowie einer ganzheitlichen Betrachtung von der Leistungselektronik auf Baugruppenebene, incl. der Sensorik für elektrische Sicherheit bis hin zur optimalen Integration ins Energiesystem. Hierfür arbeiteten Ladeinfrastruktur-Hersteller mit Unternehmen der Solar- und Wechselrichter-Technik und der Sicherheitstechnik eng zusammenarbeiten, um ihre Expertise und Lösungen zusammenzuführen und im Hinblick auf die Projektziele und mit wissenschaftlicher Unterstützung weiterzuentwickeln. Im geplanten Vorhaben wurden die grundlegenden Systemarchitekturen und Technologielösungen für skalierbare Anwendungen untersucht und soweit technisch umsetzbar neuartige Ladelösungen bis zur Funktionsmusterreife und Felderprobung realisiert und evaluiert. Insbesondere die Förderschwerpunkte Wirtschaftlichkeit, Umwelteigenschaften und Realisierbarkeit wurden im Wesentlichen erfolgreich umgesetzt. Zwar war gemäß Kapitel 6.2 des Abschlussberichts von Bender die Umsetzung von trafolosen DC-Wallboxen technisch nicht möglich, jedoch wurden die anderen Teilziele oder Unterziele weitreichend mit signifikanten Ergebnissen erfolgreich abgeschlossen. Bender befasste sich im Zuge des Teilvorhabens mit dem Anteil der Verbesserung und Erforschung von neuen Methoden, Messtechniken und Lösungsansätzen zur elektrischen Sicherheit, siehe Kapitel 6 des Abschlussberichts von Bender. Konkret wurden dabei Lösungsansätze zur Ermöglichung von transformatorlosen DC-Wallboxen kleiner Leistung erarbeitet und deren Limitierungen diskutiert. Die Analysen zeigen, dass trotz innovativer Ansätze und mehrfacher Patentanmeldungen insbesondere bei DC-Ladern weiterhin offene technische und regulatorische Fragestellungen bestehen. In Summe mit der Erkenntnis, dass DC-Ladestationen auch zukünftig eine galvanische Trennung benötigen um problematische Wechselwirkungen mit angeschlossenen Systemen (Netz und Fahrzeug sowie weitere Stationen) sowie nicht umsetzbare Abschaltzeiten zu vermeiden. Weiterhin wurde die Verbesserung der Sensordaten für eine zukunftssichere und optimierte Instandhaltung betrachtet, wodurch sich speziell für die Betreiber von Ladeinfrastruktur neue Geschäftsmodelle wie eine Prognose zu Ausfallzeitpunkten, Fehlerzuweisung zu Fahrzeugen und Koordination von geplanten Wertstattterminen ergeben können. Darüber hinaus wurden verbesserte Lösungsansätze von Sensoren der elektrischen Sicherheit zur Verwendung in Multi-Outlet DC-Ladestationen gewonnen, wodurch vor allem die Herstellkosten einer DC-Ladestation großer Leistung signifikant gesenkt werden könnten. Hierbei konnten erste Funktionsmuster und Ansätze für Datenpunkte erzeugt und im Rahmen des Verbundvorhaben bei den Partnern integriert und getestet werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sowie das erschlossene Grundlagenwissen werden in den Ausbau der Ladeinfrastruktur bzgl. der Nutzung in neuen Sensoren, Komponenten und Konzepten der elektrischen Sicherheit sowie deren Datenverarbeitung und Weiterentwicklungen der branchenspezifischen Normen über deren zugeordneten technischen Arbeitskreise einfließen.