Zwanzig Jahre später und obwohl die Batteriechemie heute überwiegend auf Lithium-Ionen (LI-Ion) basiert, sind die anderen Veränderungen bei den Batterien bescheiden. Die Betriebsspannung ist auf ca. 400V gestiegen; die Kapazität kann bei Kleinwagen bis zu 17kWh betragen, obwohl High-End-Batterien für Hochleistungsfahrzeuge 100kWh überschreiten können.
Abgesehen von Durchbrüchen bei der Batterieentwicklung werden die
Kapazitäten von Elektroautos voraussichtlich weiterhin schrittweise ansteigen, obwohl sich bei der Betriebsspannung große Veränderungen abzeichnen. Begrüßen Sie eine neue Generation von Elektroautos, wie den in Abbildung 1 gezeigten Taycan von Porsche, der die 400V-Batterie zugunsten eines 800V-Systems aufgibt.
Wie eine höhere Spannung die EV-Herausforderungen löst
Warum der Vorstoß zu einer höheren Spannung? Zwei der größten Herausforderungen bei der Einführung von Elektrofahrzeugen sind die begrenzte Reichweite und die langen Ladezeiten. Die
ultraschnelle Aufladung kann helfen, beide Probleme zu entschärfen, aber ein DC-Schnellladegerät der aktuellen Generation für ein 400V-EV kann nur 50-60kW Ausgangsleistung liefern, die mit 480+ Volt und 100+ Ampere arbeitet. Damit kann ein Elektrofahrzeug mit einer Batterie mit einer Reichweite von circa 160 Kilometern in etwas mehr als 30 Minuten vollständig aufgeladen werden.
Bei Elektroautos mit 400-Volt-Batterien wird die Ladegeschwindigkeit durch die praktische Größe des Kabels begrenzt, das für den Ladestrom erforderlich ist. Eine Erhöhung des Ladestroms führt zu einer zusätzlichen Wärmeentwicklung in der Batterie. Die Innentemperatur, die den sicheren Betriebsbereich eines Li-Ionen-Akkus überschreitet, kann die Leistung beeinträchtigen; wenn sie zu hoch wird, kann es zu einer exothermen Reaktion, einem thermischen Durchgehen und einem Brand kommen.
Eine höhere Spannung ermöglicht einen geringeren Stromverbrauch beim Laden des Akkus, wodurch die Überhitzung reduziert und die Leistung besser gehalten werden kann. Dies trägt zu einer größeren Reichweite bei. Sie ermöglicht auch eine Gewichtsreduzierung, da weniger Kupfer im
elektrischen System des Fahrzeugs benötigt wird. Dies ermöglicht kleinere Motoren, wodurch im Fahrzeug Platz für zusätzliche Batteriekapazitäten zur Erhöhung der Reichweite frei wird.
Zuverlässigkeits- und Sicherheitsaspekte für 800V
Neue Generationen von DC-Schnellladegeräten, die mit 800V betrieben werden, können eine Leistung von 150-350kW erzeugen. Aber das Design eines 800V-EVs erfordert sorgfältige neue Überlegungen für alle elektrischen Systeme. DC-Spannungen auf diesem Niveau sind bei Berührung tödlich, auch wenn niedrigere DC-Spannungen normalerweise als sicher gelten.
Daher sind die Anforderungen an die Zuverlässigkeit des Systems durchwegs hoch. Ein
dreiphasiges Hochleistungsladegerät für Elektrofahrzeuge benötigt mechanisch robuste Steckverbindungen sowie ein zuverlässiges elektronisches Sicherheitssystem. Das
Batteriemanagementsystem im Auto steht in ständiger Kommunikation mit der Ladestation. Der Strom fließt nur, wenn der Stecker des Ladegeräts sicher in der Ladebuchse sitzt und das Ladegerät ständig ein „Ok“-Signal sendet. Bei einer Unterbrechung des Signals trennt die Ladestation sofort die Verbindung.
EV-Ladelösungen
Wie kann RECOM helfen? Wir bieten eine Reihe von stromsparenden
AC/DC-Modulen,
DC/DC-Wandlern und
Schaltreglern an, die den Anforderungen von Batterieladeanwendungen für die
Hilfsversorgung in einem DC-Schnelladegerät entsprechen.
Der
RAC05-xxSK/480 von RECOM wurde zum Beispiel für die Überwachungsaufgabe in dem in Abbildung 2 gezeigten Ladegerät entwickelt. Mit Eingangsspannungen von bis zu 528V AC arbeitet der AC/DC-Wandler und daher kann er problemlos zwischen zwei Phasen im Dreiphasensystem eingesetzt werden.. Der 5W-Wandler ist für Spannungen von bis zu 4kV isoliert und wandelt dreiphasigen Strom in niedrige DC-Spannungen von 5 oder 12VDC für die Überwachungselektronik um. Die Hilfsenergie des AC/DC-Wandlers versorgt das Handshaking-System, das den Stromfluss nur dann zulässt, wenn alles andere in Ordnung ist.
RECOM bietet auch eine nicht isolierte 3,8VDC/3A-Versorgung für die drahtlosen Schnittstellen an: den
RPL-3.0, einen winzigen 3mm²
Abwärtswandler mit integrierter Induktivität, der über einen einstellbaren Ausgang und umfassenden Schutz (SCP, OLP, OVP, OTP, UVLO) verfügt.
Das Tochterunternehmen von RECOM,
Power Control Systems (PCS), kann hochzuverlässige,
kundenspezifische Batterieladegeräte, Aufbereiter und
bidirektionale Wandler auf der Grundlage bewährter Plattformdesigns von dreiphasigen AC-Versorgungen mit einer Leistung von bis zu 30 kW oder sogar mehr bei parallel geschalteten Einheiten liefern.
