Flexibles DC-Netz für die Elektromobilität
Aufgabenstellung
Die wachsende Elektromobilität erfordert eine intelligentere Infrastruktur: Batterie-Ladestationen müssen optimal in das stationäre Energienetz integriert werden. Notwendig ist ein übergreifendes Ladekonzept für unterschiedliche Fahrzeugtypen. Hierfür praxistaugliche Lösungen zu entwickeln und somit die Verkehrswende zu beschleunigen, ist das Ziel des Projekts „eMobiGrid“, in dem wir mit vier weiteren Partnern zusammenarbeiten und das vom Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) gefördert wird.
Lösungskonzept
Verknüpfung stationärer und mobiler Batteriespeicher auf der Grundlage eines flexiblen und skalierbaren lokalen Gleichspannungs-(DC-)Netzes mit folgenden Eigenschaften:
Eignung für unterschiedlichste Fahrzeugtypen
PKW, Gabelstapler, Traktoren, etc.
Intelligente Kopplung
aller Speicher und Verbraucher (energieoptimales Gesamtverhalten)
Bidirektionale Kopplung
Laden von Elektrofahrzeugen, Rückspeisung von Energie aus den Fahrzeugen ins DC-Netz
Gesellschaftlicher Nutzen
Beschleunigung des Ausbaus der Ladeinfrastruktur in der Fläche
Lösungen, die einfach und schnell durch das Handwerk umsetzbar sind, durch Gewichts- und Bauraumeinsparungen logistisch gut beherrschbar sind und sich durch Einhaltung von Standards für alle Fahrzeugtypen eignen
Steigerung des Nutzungsgrads erneuerbarer Energien
Die Verwendung des DC-Netzes ermöglicht eine verlustarme Kopplung von Batteriespeichern, Photovoltaikanlagen, Windrädern und Wasserstofftechnologien, entlastet dadurch schwach ausgebaute Stromnetze, puffert durch die bidirektionale Ladetechnik die Überproduktion an erneuerbaren Energien oder federt Überlasten ab.
Absicherung der Energieversorgung
Alleinige Verwendung energierechtskonformer intelligenter Messsysteme mit gesicherter und zertifizierter Kommunikationszentrale als Datenquellen für die Regelung bzw. Steuerung. Die bidirektionale Netzanbindung ermöglicht eine rückwirkungsfreie Netzintegration und liefert mit einer Fahrplan- und Netzsteuerung die Basis für die netzdienliche Integration der Elektromobilität.
Technische Lösung
Modul 1
Verschaltbarer bidirektionaler DC/DC-Wandler
Partner:
Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB Abteilung Intelligente Energiesysteme, Gruppe DC-Netze, Erlangen
Modul 2
Intelligentes Messsystem (iMSYs) und Fahrplansteuerung über aktive externe Marktteilnehmer (aEMT)
Partner:
EnQS GmbH, Karlsruhe
Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik am Zentrum für Energietechnik der Universität Bayreuth, Bayreuth
Modul 3
Leittechnik und Systemintegration mit Hardwarein-the-Loop (HiL)
Partner:
EnQS GmbH, Karlsruhe
Lehrstuhl für Mess- und Regeltechnik am Zentrum für Energietechnik der Universität Bayreuth, Bayreuth
Modul 4
Netzverknüpfungseinrichtung
Partner:
Richter R&W Steuerungstechnik GmbH, Ahorntal
eCharge Hardy Barth GmbH, Birgland-Schwend
Ergebnisse der Konzeptphase
- Auswahl speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) als industriekonforme Technologie für die Umsetzung
- Festlegung auf Edge-Computer für die modellprädiktive Regelung
- Gemischt-ganzzahlige lineare Optimierung
- Rückfall-Heuristik auf SPS für ausfallsichere Regelung
- Einsatz von KI-Modellen für die Prognose von PV-Leistungen und Lastgängen
- aEMT zusätzlich zur Netzsteuerung als Aggregator für Wetter- und Preisdaten
- Skalierbarkeit der Ladepunktleistung durch dynamisches Zusammenschalten verschiedener Leistungselektroniken
- Gateway für Ansteuerung der verschiedenen Leistungselektroniken und deren Schaltmatrix
- Entwicklung eines DC/DC-Wandlers für die Netzverknüpfungseinrichtung ohne klassische galvanische Trennung
- Umbau eines Gabelstaplers mit CCS als Konzeptdemonstration
- Verwendung der ISO 15118-20 für optimiert geregeltes, bidirektionales Laden
Dieses Projekt wird im Rahmen der Förderrichtlinie Elektromobilität des BMDV mit insgesamt 2.940.029 Euro durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) gefördert.
Die Förderrichtlinie wird von der NOW GmbH koordiniert und durch den Projektträger Jülich (PtJ) umgesetzt.
Einzigartiges Kompetenzportfolio der Projektpartner
- Gerätetechnische Lösungen für Elektromobilität und Energietechnik
- Automatisierungstechnische Systemlösungen
- Leistungselektronik und Batterietechnik
- Technische Energiemanagementsysteme
- Sicherheitskonforme technische Kommunikation in der Energietechnik
- Wallboxen und Ladesäulen
Die Partner
