Ladestationen im Leistungsbereich zwischen 50 kW und 350 kW
Effiziente Systeme für superschnelle DC-Ladestationen
Die Aussichten für die E-Mobilität sind glänzend. Laut einem Bericht der Internationalen Energieagentur (IEA)* wurden im ersten Quartal 2021 140 Prozent mehr Elektrofahrzeuge verkauft als im gleichen Zeitraum des Vorjahres. Damit dieser Trend anhalten kann, ist es von entscheidender Bedeutung, den Besitzern von E-Autos das Leben so leicht wie möglich zu machen, also vergleichbare Bedingungen zu schaffen wie bei herkömmlichen Fahrzeugen. Hierbei spielen hochleistungsfähige DC-Ladestationen eine wichtige Rolle.
Um die Menschen davon zu überzeugen, auf Elektrofahrzeuge umzusteigen, müssen Möglichkeiten gefunden werden, deren Reichweite zu erhöhen. Die Fahrzeughersteller arbeiten an effizienteren Batterien, aber genauso wichtig ist es, eine leistungsfähige, praktische und gut zugängliche Ladeinfrastruktur zu schaffen. Dieser Bedarf an mehr Reichweite und einer zuverlässigen Infrastruktur bedeutet, dass mehr Leistung so schnell wie möglich zur Verfügung gestellt werden muss.
An hochleistungsfähigen DC-Ladestationen mit bis zu 350 kW können Fahrzeugbatterien so weit nachgeladen werden, dass sich die Reichweite des Fahrzeugs in nur sieben Minuten um 200 km erhöht – diese Zeit reicht gerade aus, um unterwegs einen Kaffee zu trinken. Die Technologie, die solche schnellen, effizienten und gut zugänglichen Ladestationen unterstützt, wird den Fahrern die Angst vor zu geringer Reichweite nehmen und den Umstieg auf Elektrofahrzeuge weltweit erleichtern.
*Quelle: Internationale Energieagentur (IEA) https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2021?mode=overview
Auswahl der richtigen Komponenten
Infineon bietet ein unübertroffenes Portfolio an Komponenten für E-Ladesysteme. Dank unserer kombinierten Systemlösungen und unseres Know-hows stehen Ihnen beim Design von Ladestationen für Elektrofahrzeuge in jeder Hinsicht die besten Produkte und Technologien zur Auswahl. Diese können Sie den Kunden dann zu einem optimalen Preis/Leistungsverhältnis bereitstellen.
Für die Auswahl der idealen Leistungshalbleiter muss bekannt sein, welchen Leistungsbereich die Ladestation abdecken soll, da dieser Faktor eine maßgebliche Rolle spielt. Bei Ladestationen im Leistungsbereich über 50 kW werden in der Regel die folgenden Komponenten von Infineon verwendet: IGBTs, CoolSiC™ MOSFETs und Leistungsmodule mit Dioden, wie das Modul CoolSiC™ Easy, IGBT EconoPACK™ und die Komponenten der Produktfamilie IGBT EconoDUAL™. Durch Kombination mehrerer Untereinheiten von 50 kW bis 100 kW lassen sich dann Ladestationen im Leistungsbereich über 100 kW herstellen.
Unser Portfolio an hochwertigen Leistungsschaltern ist problemlos mit unserer umfangreichen Produktreihe von Treibern kombinierbar. Jeder Schalter benötigt einen Treiber, der angesteuert werden muss. Daher bekommen Sie bei uns auch den optimal geeigneten EiceDRIVER™-Treiber sowie XMC™- und AURIX™-Mikrocontroller für Ihre Designs von Schnellladestationen. Im Hinblick auf eine reibungslose Stromwandlung bieten unsere kernlosen Stromsensoren die ideale Lösung für Steuerung und Diagnose. Und schließlich sorgt unsere Produktreihe OPTIGA™ für Datenschutz und
-sicherheit der Ladestationen.
Technologische Trends
Durch die Hochleistungs-Ladestationen soll die Ladezeit so weit verringert werden, dass Elektroautos Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor in nichts mehr nachstehen. Man unterscheidet zwei denkbare Architekturen von Ladeinfrastrukturen: Isolierung der Primär(AC)-Seite oder der Sekundär(DC)-Seite.
Isolierung der Primär(AC-)Seite
Ein Ladepark mit sechs bis acht Hochleistungs-Ladestationen kann für eine Gesamtleistung von 2 MW bis 3 MW ausgelegt werden, was im praktischen Einsatz schon bestätigt wurde. Zur Stromversorgung dient ein Mittelspannungstransformator mit hohem Wirkungsgrad für 22 kV bis 500 kV, um die AC-Seite des Systems zu isolieren. Es folgt eine AC-DC-Stufe, die je nach Bedarf auch einen aktiven Gleichrichter umfasst. Eine Option ist die passive Mehrpuls-Gleichrichtung, um die durch den Strom verursachten Oberschwingungen so zu begrenzen, dass die geltenden Vorschriften eingehalten werden. Durch Isolierung der Primärseite können beim Design Topologien mit nicht-isolierten DC-DC-Wandlern für die Gleichstromwandlungsstufe verwendet werden. Normalerweise ist für diese Architektur ein Mehrphasen-Abwärtswandler mit einem DC-Wandlerblock geeignet.
Isolierung der Sekundär(DC-)Seite
Bei der zweiten Infrastrukturarchitektur lässt sich durch Kombination von Untereinheiten mit 50 kW oder 100 kW eine Gesamtleistung von 350 kW pro eigenständiger Anwendung erreichen.
Schematische Darstellung: DC-Ladestationen von 50 kW bis 350 kW für Elektrofahrzeuge
Der AC-DC-Wandler ist einem EMI-Filter nachgeschaltet, wandelt Wechselspannung in Gleichspannung und weist in der Regel eine geregelte Gleichrichterstufe auf. Die DC-DC-Umrichterstufe arbeitet mit Isolierung: Zunächst wird die Gleichspannung in eine Hochfrequenz-Wechselspannung umgerichtet, anschließend wird diese auf der Sekundärseite des Transformators gleichgerichtet.
Die übliche Strategie in dieser Leistungskategorie ist die Verwendung von Leistungsmodulen anstelle von diskreten Komponenten. Lösungen auf Basis von IGBTs mit den Produktreihen EconoPACK™ und EconoDUAL™ sind perfekt für Vienna- und AFE-Gleichrichter zur Umwandlung von Wechsel- in Gleichstrom geeignet und werden normalerweise bei etwa 20 kHz betrieben. CoolSiC™ Easy-Module ermöglichen den Betrieb der Gleichrichterstufe bei ca. 40 kHz bis 50 kHz. Module der Produktfamilie CoolSiC™ sind auch ideal für die Gleichspannungswandlerstufe geeignet: Sie ermöglichen hohe Schaltfrequenzen, eine Verringerung der Gesamtgröße des Systems und einen höheren Wirkungsgrad.
Podcast4Engineers: Vision for eMobility: 10 kWh for 100 km
How do semiconductors ensure electric vehicles are efficient and fun to drive at the same time?
Listen to our newest Podcast4Engineers episode and join our experts Dirk and Christoph discuss how semiconductors not only enable #decarbonization in eMobility, but also ensure the “fun-to-drive” factor.
Webinar: DC-Schnellladen von Elektrofahrzeugen mit CoolSiC™ von Infineon (EN)
Elektromobilität dringt immer stärker in unser tägliches Leben vor. Dadurch wächst auch der Bedarf an effizienteren Ladelösungen. Angesichts der Anforderungen und technologischen Entwicklungen in diesem Bereich besteht die Herausforderung darin, intelligente und kompakte Lösungen zur Stromwandlung für die aktuellen und zukünftigen Ladenetze zu entwickeln. In diesem Webinar erhalten Sie einen gründlichen Einblick in das umfassende Portfolio von Infineon für DC-Ladelösungen mit Schwerpunkt auf der SiC-Technologie und ihrem bedeutenden Beitrag zum Ultra-Schnellladen von Elektrofahrzeugen.
Podcast4Engineers #1: Im Kommen: Ladelösungen für Elektrofahrzeuge (EN)
Die erste Folge unserer neuen Podcast-Reihe beleuchtet die wichtigsten Aspekte beim Laden von Elektrofahrzeugen: Insbesondere geht es darum, welche Szenarien für Ladeanwendungen zur Verfügung stehen, was diese für die jeweiligen Topologien bedeuten und wie die Entwickler darauf reagieren können. Unser Experte hat Antworten auf all diese Fragen und gibt Ihnen einen spannenden Einblick in die Anfänge der Elektromobilität.
Webinars
As electro mobility increasingly becomes part of our daily lives, the need for more efficient charging solutions is growing. With an eye on the requirements and technological developments in this field, the challenge is to respond with smart and compact power conversion solutions for the charging networks of today and tomorrow. In this webinar, you will gain deeper insights, into Infineon's comprehensive DC-EV charging portfolio with a focus on silicon carbide and its important contribution to ultra-fast EV charging.
Today's global challenges of decarbonization, combined with rising energy demand, make bi-directional electric vehicle charging and how semiconductor solutions support this application more important than ever. In this webinar you will get an overview of the power conversion topologies for bi-directional DC charging and take a closer look at an application example based on Infineon's 50 kW Reference Design.
Online Courses
This training covers the harmonized frame of standards from international bodies like ISO, IEC, SAE and UL dedicated to the Wireless Power Transfer system technologies.
With the growing market of electrical vehicles, the industry has put forward more requirements for the performance of charging piles. This e-learning will show you that the emergence of CoolSiC™ MOSFETs has improved the charging pile industry to make the EV charger smaller, faster and with higher efficiency.
In this online course you will learn about cost-optimized, but highly efficient electric vehicles charging solutions based on IGBT and CoolMOS™, and explore Infineon’s wide portfolio that supports every segment of the EV charging application.
This training covers the most relevant standards for high power charger design, grouped into 4 major areas:
• charging topology
• communication
• accessories
• safety and security
- The training covers detailed information about Infineon's 3rd generation automotive EiceDRIVER™ 1EDI305xAS
- Participants will learn how these products help to reduce switching losses and improve thermal efficiency, resulting in longer range for hybrid and electric vehicles
Understand why to use WBG switches for bi-directional converters, the topologies used and how they function.
Dieses Video bietet folgende Lerninhalte:
- Einführung in Technologie, Einsatzmöglichkeiten und Vorteile der Top-Side-Kühlung
- Optimale Nutzung von TOLT-Gehäusen
Möchten Sie wissen, welche verschiedenartigen Topologien es für diese Stufe der Stromwandlung gibt und welches Funktionsprinzip diese so leistungsfähig macht? Lernen Sie die Grundkonzepte von passiven Gleichrichtern und aktiven Zweipunkt-Gleichrichtern kennen.
Lerninhalte:
- Informationen zu den führenden Trench-MOSFET-Designs von Infineon
- Warum Sie auf diese revolutionäre Technologie setzen sollten
Lerninhalte:
- Sie erfahren, welche Antworten die Produktfamilie AURIXTM auf die Anforderungen des Elektromobilitätsmarktes hat.
- Tauchen Sie tief in die Welt der AURIX™ TC3xx-Mikrocontroller ein, lassen Sie sich zeigen, wie diese Produkte zentrale Herausforderungen bei Elektrofahrzeugen meistern, und lernen Sie die Hauptmerkmale dieser Produktfamilie kennen.
Lerninhalte:
- Präsentation des IPOSIM-Tools, insbesondere für Umrichter in Elektrofahrzeugen
- Schritte zum Simulieren verschiedener Parameter und Vergleich der Ergebnisse für unterschiedliche Produkte von Infineon: So ermitteln Sie das optimale Produkt für Ihre Anwendung
Lerninhalte:
- Welche Herausforderungen stellen Anwendungen für Traktionswechselrichter in Bezug auf Systemanforderungen, Größe, Kosten und Zeit?
- Beschreibung der speziellen Merkmale des EasyPACK™ 2B EDT2. Wie kann Infineon den Bedarf der Kunden erfüllen? Hierbei wird der Schwerpunkt auf Qualität und die Ausbaumöglichkeiten gelegt.
- Infineon's HybridPACK™ Drive silicon carbide compact power modules cater to the increasing demand for high range, efficiency, and power in electrified vehicles, enabling longer drive range, compact size, and optimized system cost.
- The second generation of Infineon's HybridPACK™ Drive, utilizing CoolSiC™ technology, offers a scalable product family with enhanced features and package improvements, providing added value to customers.
