MoMeWEC – Modulare, kabellose Elektrofahrzeug-Ladeinfrastruktur im Megawatt Bereich zur Bereitstellung von intelligenten Netzdienstleistungen

 

MoMeWEC bietet eine kompakte Lösung für große Ladeparks für Elektrofahrzeuge (EV) basierend auf modularen multilevel-Umrichter und induktiven Ladetechnologien.

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Erdem Gümrükcü

Team Energy Flexibility Management and Optimization

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Charukeshi Joglekar

Team Advanced Control Methods for Power Systems

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Lisette Cupelli

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Kompakte Lösung für große EV-Ladebereiche auf engem Raum

Dank des zunehmenden öffentlichen Bewusstseins und ehrgeiziger Umweltziele gewinnen Elektrofahrzeuge weltweit an Akzeptanz. Einige Industrieländer haben bereits signifikante EV-Akzeptanzraten erreicht. Beispielweise, waren bereits im Jahr 2018 mehr als die Hälfte aller Fahrzeugkäufe in Norwegen elektrisch. Es wird erwartet, dass sich dieser Trend in den nächsten Jahren weltweit ausbreitet.

Die steigende Anzahl von EVs wird den Bedarf an großen EV-Ladestationen erhöhen, um zahlreiche Autos gleichzeitig zu laden, insbesondere in dicht bebauten Stadtgebieten. Eine Megawatt-Ladeeinrichtung erfordert typischerweise den Anschluss an das Mittelspannungsnetz (MV) durch mehrere Transformatoren. Außerdem bedeutet die Dimensionierung von Niederspannungskabeln (LV) für sehr hohe Ströme eine signifikante, raumaufwendige und teure Verkabelung. Innovative Lösungen werden benötigt, um die Installationskosten für elektrische Geräte und den Platzbedarf der im Megawattbereich rangierenden Ladestationen zu minimieren.

Ziel von MoMeWEC ist es, eine kompakte Lösung für leistungsstarke Ladestationen mit minimalem Platzbedarf zu entwickeln. Die vorgeschlagene Systemkonfiguration basiert auf der Modularen-Multilevel-Umrichter Technologie (MMC), bei der kein MV/LV-Transformator mehr eingesetzt werden muss und so der Verkabelungsaufwand reduziert werden kann. Diese Konfiguration verspricht zwei wesentliche Vorteile: Die Lösung ist platzsparend und die Installations- und Gerätekosten können deutlich reduziert werden. Darüber hinaus gewährleistet die drahtlose Leistungsübertragung in der vorgeschlagenen Topologie eine direkte galvanische Trennung zwischen dem Fahrzeug und dem Umrichter-System.

Internationale Forschungskooperation

MoMeWEC ist ein Verbundforschungsprojekt mit Partner Forschungseinrichtungen aus Ländern, die komplementäre Bedürfnisse und Möglichkeiten im Elektromobilitätsbereich haben. Deutschland und Japan verfügen über eine führende Automobilindustrie, die bei den EV-Technologien deutliche Fortschritte gemacht hat. Japan hat aufgrund der hohen Bevölkerungsdichte in seinen städtischen Gebieten eine einzigartige Anforderung an kompakte Lösungen für Ladestationen. Mit der höchsten Akzeptanz bei Elektroautos ist Norwegen ein idealer Ort, um den praktischen Einsatz einer innovativen Ladelösung zu testen. Darüber hinaus verfügt jede beteiligte Gruppe über Expertise in verschiedenen, sich jedoch sehr gut ergänzenden Bereichen.

  • SINTEF Energi AS, Norwegen (Projektleitung): Fortschrittliche Netzanschlusstechniken für Hochleistung-Umrichter
  • University of Tokyo, Japan: Drahtlose Energieübertragung für Elektrofahrzeuge
  • Nagaoka University of Technology, Japan: Entwicklung und Steuerung für Multilevel-Umrichter
  • RWTH Aachen, Deutschland: Optimierung für das Energiemanagement und Echtzeitsimulation

Technische Herausforderung

Die MMC-basierte Konfiguration wäre eine optimale Lösung für große EV-Ladestationen, sofern die Netzstabilität gewährleistet werden kann. Für einen stabilen Netzbetrieb muss sich das MMC-System wie eine dreiphasige symmetrische Last verhalten. Aufgrund einer heterogenen Anwesenheit von Elektrofahrzeugen und der unterschiedlichen individuellen Ladebedürfnisse, zeigt die Belastung der MMC-Zellen jedoch oft eine ungleichmäßige Verteilung auf. Dies führt zu unsymmetrischen Dreiphasenströmen am Netzanschlusspunk, wenn die Leistungsflüsse innerhalb der MMC-Zweige nicht gesteuert werden.

  Ladekonzept in MoMeWEC
 
 

Rolle des Institute for Automation of Complex Power Systems (ACS)

Die intelligente Fahrzeugzuordnung im Ladepark und die Planung der EV-Ladung sind unerlässlich, um die Herausforderungen der Leistungsregelung zu minimieren und somit die Vorteile der MMC-basierten Ladeinfrastruktur zu maximieren. ACS wird seine Expertise in Optimierungsalgorithmen für Energiemanagementanwendungen in MoMeWEC einbringen mit dem Ziel, eine Fahrzeugzuordnungs- und Ladestrategie zu entwickeln, die eine optimale Lastverteilung auf MMC-Einheiten während der gesamten Ladezeit gewährleistet. Darüber hinaus wird ACS die entwickelte Ladestrategie und den MMC-Regelungsansatz mittels Echtseitsimulationen und der Controller-Hardware-in-the-Loop (CHiL) Technik validieren.

Förderrahmen

MoMeWEC ist ein Forschungsprojekt, das im Rahmen der internationalen Gemeinschaftsinitiative EIG CONCERT - Japan mit der Unterstützung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird.

  gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung   Logo Concert Japan