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Fahrzeugbatterie Wie E-Autos zum mobilen Stromspeicher werden

Quelle: Pressemitteilung Fraunhofer IAF Lesedauer: 1 min

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IAF

Durch bidirektionales Laden können parkende E-Fahrzeuge sowohl geladen als auch entladen werden. Diese Ladetechnologie ist zur Zeit noch ineffizient, teuer und komplex. Damit Fahrzeugbatterien zur Flexibilisierung des Energiesystems genutzt werden können, entwickelt das Fraunhofer IAF mit Partnern neue Halbleiter-, Bauelement- und Systemtechnologien für die 800-V-Klasse.

Im Projekt »GaN4EmoBiL« arbeiten Partner aus Forschung und Industrie gemeinsam an der Entwicklung einer kostengünstigen und effizienten bidirektionalen Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge.
Im Projekt »GaN4EmoBiL« arbeiten Partner aus Forschung und Industrie gemeinsam an der Entwicklung einer kostengünstigen und effizienten bidirektionalen Ladetechnologie für Elektrofahrzeuge.
(Bild: Blue Planet Studio – adobe.stock.com; Fraunhofer IAF)

Bisherige technologische Ansätze für das bidirektionale Laden werden den Ansprüchen an Kosten und Effizienz noch nicht gerecht: Erste bidirektionale DC-Wallboxen mittlerer Leistung für Batterien bis 800 V nutzen bisher Leistungshalbleiter-Bauelemente, die entweder effizient, aber teuer (Siliziumkarbid) oder kostengünstig und dafür weniger effizient (Silizium) sind. Heute verfügbare 650-V-Transistoren aus Galliumnitrid auf Silizium (GaN-on-Si) sind zwar kostengünstig und effizient, erfordern aber eine komplexe Schaltung, da die Spannungsfestigkeit nicht ausreicht. Es fehlt also an intelligenten und kostengünstigen bidirektionalen Ladesystemen, um Batterien, Netz, lokale Erzeuger und Verbraucher mit hohem Wirkungsgrad und hoher Leistungsdichte zu verbinden.

Neue Halbleiterlösungen auf Basis der GaN-Technologie

Dieser Herausforderung haben sich nun das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, die Universität Stuttgart, Robert Bosch GmbH und Ambibox GmbH im kürzlich gestarteten Forschungsprojekt „GaN4EmoBiL – GaN-Leistungshalbleiter für Elektromobilität und Systemintegration durch bidirektionales Laden“ angenommen. Das Ziel des Konsortiums besteht darin, mit neuen Halbleiterbauelementen, Bauteilkonzepten und Systemkomponenten ein intelligentes und kostengünstiges bidirektionales Ladesystem zu demonstrieren.

Im ersten Schritt sollen neue Halbleiterlösungen erforscht werden. Dafür wollen die Forscher eine neue kostengünstige GaN-Technologie auf alternativen Substraten (beispielsweise Saphir) realisieren, die preiswerte und effiziente 1200-V-Transistoren ermöglicht. Darauf aufbauend sollen neue Systemkomponenten (bidirektionales Ladekabel und Ladegerät) entwickelt und ihre Zuverlässigkeit für stark erhöhte Betriebsdauern untersuchet werden. Gefördert wird das dreijährige Vorhaben vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des Programms „Elektro-Mobil“.

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