Wie Elektronik das Autofahren verändert

10.07.2019
Der Formula Student Electric (FSE) Rennwagen mit RECOM DC/DC-Wandlern
Keine Frage – das Auto hat die Welt in den letzten hundert Jahren verändert. Doch die Entwicklung hin zu immer schnelleren und größeren Modellen hat sich verlangsamt. Klimawandel und knapper werdende Ressourcen zwingen die Automobilindustrie zum Umdenken. Elektrische Leistungssysteme definieren zunehmend die Performance eines Fahrzeugs, mit innovativen Anwendungen für modulare Spannungswandler.

Inhaltsverzeichnis

Die Leistungselektronik des an der Hochschule München entwickelten Formula Student Electric (FSE)-Rennwagens wird pro Rad mit sechs hochisolierten RECOM DC/DC-Wandlern versorgt. (Foto: MunichMotorsport)

Reichweite und Ladeinfrastruktur

Die Kapazität heutiger Lithium-Ionen-Batterien reicht oft nicht aus, um lange Strecken ohne Ladeunterbrechung zurückzulegen – insbesondere bei hohen oder niedrigen Temperaturen, wenn Klimatisierung erforderlich ist. Zudem ist die Verfügbarkeit von Schnellladestationen, besonders in ländlichen Regionen, noch unzureichend. Selbst an bestehenden Stationen kann der Ladevorgang bis zu eine Stunde dauern.

Kostenbarrieren

Trotz staatlicher Förderungen sind Elektroautos für die breite Masse weiterhin teuer. Hinzu kommen hohe Stromkosten in Deutschland, wodurch die Ersparnis im Vergleich zu Diesel begrenzt bleibt.

Batterielebensdauer und Umweltaspekte

Zwar fallen bei E-Autos weniger Wartungskosten an, aber die begrenzte Lebensdauer der Batterie ist ein kritischer Faktor. Nach wenigen Jahren kann der Wert eines Elektrofahrzeugs stark sinken, da Käufer die Kosten für den Batterieaustausch einplanen müssen. Außerdem sind die Umweltbelastungen durch Batterieproduktion und Rohstoffabbau nicht zu vernachlässigen.

Spannungswandler: Das Herzstück der Ladeinfrastruktur

Elektroauto wird an einer Ladestation aufgeladen
Abb. 1: Spannungswandler in Ladestationen gewährleisten die erforderlichen hohen Isolationswerte.
Bevor ein E-Auto mit vollem Akku losfahren kann, muss eine Ladeelektronik Wechselstrom aus dem Netz in hochvoltige Gleichspannung umwandeln und den Ladeprozess überwachen.
  • Heimladen: Eine herkömmliche 230V-Steckdose kann ein kleines Elektroauto über Nacht vollständig aufladen.
  • Schnellladestationen: Öffentliche Ladestationen liefern mehr als 100 kW, wodurch sich eine 85-kWh-Batterie in rund einer Stunde laden lässt.
  • Ultra-Schnellladen: Zukünftige 400-kW-Ladestationen könnten die Ladezeit auf 15 Minuten reduzieren.

Mit steigender Ladeleistung wachsen die Anforderungen an Sicherheit und Isolation. Die Kommunikation zwischen Fahrzeug und Ladestation stellt sicher, dass nur Strom fließt, wenn der Ladevorgang sicher ist. Die RECOM-Serie RAC05-xxSK/480 wurde speziell für diese Überwachungsaufgaben entwickelt.

Batteriemanagement und Isolation

Moderne Lithium-Ionen-Batteriepacks bestehen aus mehreren Modulen, die jeweils unabhängig überwacht werden müssen. RECOMs isolierte DC/DC-Wandler ermöglichen eine sichere Anbindung der Überwachungselektronik an den CAN-Bus des Fahrzeugs.

Auch für Leistungshalbleiter in Ladeinfrastrukturen sind hochisolierte DC/DC-Wandler erforderlich. Sie versorgen IGBT-, SiC- und GaN-Treiber mit isolierten Spannungen.

  • IGBT: +15V / -9V
  • SiC: +15V / -3V, +20V / +5V
  • GaN: +6V / +9V

Innovation durch Motorsport

Motorsport ist ein Treiber für technologische Entwicklungen. In der Formel E haben sich Batterien inzwischen so weit verbessert, dass ein gesamtes Rennen ohne Fahrzeugwechsel möglich ist.

Auch Universitäten treiben die Entwicklung voran. An der Hochschule München arbeiten Studenten mit MunicHMotorsport an einem elektrischen Rennwagen für die Formula Student Electric (FSE). Die Steuerelektronik der vier in den Radnaben montierten Motoren wird von insgesamt 24 RECOM RxxP2xx DC/DC-Wandlern versorgt.

IGBT-, SiC- und GaN-Treiber
Abb. 2: Hochisolierte DC/DC-Wandler mit Dualausgang versorgen IGBT-, SiC- oder GaN-Treiber mit isolierter Spannung.

Zukunftsausblick: Die nächste Generation der E-Mobilität

Forscher arbeiten intensiv an neuen Batteriesystemen:
  • Feststoffbatterien: Sicherer, langlebiger und ressourcenschonender als Lithium-Ionen-Batterien
  • Wasserstoff-Brennstoffzellen: Die Friedrich-Alexander-Universität Erlangen entwickelt LOHCs (Liquid Organic Hydrogen Carriers), eine ungefährliche, speicherbare Alternative

Unabhängig vom Energiespeicher wird der Antrieb elektrisch bleiben – mit leistungsfähigen Spannungswandlern für Steuerung, Überwachung und Kommunikation. RECOM setzt mit innovativen Lösungen neue Maßstäbe in der E-Mobilität.

RECOM: We Power your Products
Anwendungen
  Serie
1 AC/DC, 5 W, Single Output, THT RAC05-K/480 Series
Fokus
  • Ultra-wide input range 85-528VAC
  • OVC III input rating without additional fuses
  • Operating temperature range: -40°C to +80°C
  • Overvoltage and overcurrent protected
2 DC/DC, 2 W, THT RxxP2xx Series
  • Qualified with 65kV/µs @ common mode =1KV
  • Isolation 6.4kVDC
  • Optional continuous short circuit protection
  • Unique transformer system