Ziele und Ergebnisse

Um den Wandel zur Elektromobilität gestalten zu können, wird entsprechende Ladeinfrastruktur benötigt. Das Problem großer Lastspitzen durch eine Vielzahl gleichzeitig ladender Elektroautos könnte durch eine Kopplung der Ladepunkte mit dezentralen erneuerbaren Energiequellen und stationären Speichern gelöst werden.

Eine entsprechende Ladeinfrastruktur mit dem Anspruch auf hohe Skalierbarkeit und der Fähigkeit zum bidirektionalen Laden wird bei der Robert Bosch GmbH aufgebaut und betrieben. Das Ladesystem, eine PV-Anlage und ein stationärer Lithium-Ionen-Speicher sind über ein DC-Energieverteilnetz mit Zentralwechselrichter verbunden. Weitere Fahrzeuge können AC-seitig geladen werden. Die genannte Infrastruktur wird von den Kooperationspartnern Robert Bosch GmbH, Power Innovation Stromversorgungstechnik GmbH und Elektrotechnisches Institut des KIT für den halb-öffentlichen bis privaten Raum entwickelt und optimiert.

Das ETI am Campus Nord hat in dem Projekt die Entwicklung eines intelligenten Energiemanagementsystems sowie eines Simulations- und Auslegungstools der Ladeinfrastruktur zum Ziel und zur Aufgabe. Am Campus Süd werden im Rahmen des Projekts Untersuchungen zur Stabilität von verteilten DC-Netzen durchgeführt. Außerdem soll die direkte Anbindung an das Mittelspannungs-AC-Netz untersucht werden. 

Inhalte und Vorgehensweise

Zunächst werden die Systemanforderungen und Wirkkettenzusammenhänge in einer Simulation umgesetzt. Die Simulation berücksichtigt die elektrischen Größen sowie die Kennlinien und Grenzwerte der Komponenten und kann standortspezifische Betriebsstrategien simulieren. Auch die Wirtschaftlichkeit des Systems soll berücksichtigt werden.
Auf Basis der Simulation werden Systemzusammenhänge, Wirkungsgrade und Gleichzeitigkeitsfaktoren analysiert und damit eine Auslegungsempfehlung für den Demonstrator erstellt, der bei der Robert Bosch GmbH aufgebaut wird.
Anschließend wird auf Basis der vorangegangenen Arbeiten ein Auslegungstool entwickelt, das die Ladeinfrastruktur inklusive ihrer Komponenten für einen spezifischen Standort auslegen und optimieren kann.
Mit durch den Demonstrator akquirierten real gemessenen Kennfeldern werden das Simulations- und Auslegungstool schließlich validiert und optimiert sowie die Gesamtsystemeffizienz bewertet. Die Bewertung berücksichtigt die effiziente Nutzung erneuerbarer Energien.

Das KIT ist zudem dafür verantwortlich, dass die Ladeinfrastruktur als Demonstrator bei der Bosch GmbH aufgebaut wird.
Für den einwandfreien Betrieb der Ladeinfrastruktur wird ein intelligentes Energiemanagement entwickelt. Dafür werden die entsprechenden Algorithmen entwickelt und im Demonstrator implementiert. Dabei wird unter anderem der Einfluss von Ungenauigkeiten in Nutzerangaben evaluiert.
Nachdem der Demonstrator in Betrieb genommen und Funktionstests durchgeführt wurden, wird die Erprobung des Demonstrators begleitet. Auf Basis der Messdaten wird die Gesamtsystemeffizienz, Batteriezellalterung, Betriebskonzepte, Infrastrukturnutzung und Vehicle-to-Grid-Anwendung analysiert. Die Analyse berücksichtigt die Themen Wirtschaftlichkeit sowie Realisierbarkeit verschiedener intelligenter Ladestrategien.

Für die Untersuchung des neuartigen DC-Netzes in Bezug auf einen robusten und zuverlässigen Betrieb des DC-Netzes soll ein genaues Simulationsmodell erstellt werden. Das Simulationsmodell soll alle angeschlossenen Komponenten umfassen, so dass das Verhalten im Normalbetrieb und unter Fehlerbedingungen bewertet werden kann. Die Ergebnisse der Untersuchung sollen für die Konstruktion des Prototyps berücksichtigt werden.
Außerdem soll ein Mittelspannungsumrichter zur direkten Anbindung der Ladeinfrastruktur an das Mittelspannungsnetz entworfen werden. Der Umrichter muss insbesondere die Anforderungen im Hinblick auf Effizienz, Redundanz und Konformität mit dem Grid-Code erfüllen. Zur Integration in Parkhäusern ist zudem ein geringer Bauraum erforderlich. Das entwickelte Konzept soll durch den Aufbau eine herunterskalierten Labordemonstrators validiert werden.  

Gesamtprojektvolumen

4,3 Mio. €

Weitere Informationen

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