Das Laden eines batteriebetriebenen Fahrzeugs an der heimischen Steckdose ist zwar möglich, allerdings ist es nicht besonders effizient. Denn bei der Umwandlung vom im Stromnetz genutzten Wechsel- zu Gleitstrom, der in den E-Autos genutzt wird, kommt es teilweise zu hohen Verlusten – selbst wenn eine Wallbox verwendet wird.
Im Rahmen des EnerConnect-Projekts haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM und der Technischen Universität Berlin gemeinsam mit Delta Electronics Inc., der BIT GmbH und Infineon Technologies AG einen Weg gefunden, um an dieser Stelle eine erhebliche Verbesserung zu erreichen. Sie setzen auf eine Schaltung mit neuartigen Transistoren aus Galliumnitrid (GaN). Im Gegensatz zu den bisher üblichen GaN-Halbleitern, die hohe Schaltfrequenzen erreichen, können diese die negativen und positiven Spannungen in zwei und nicht nur eine Richtung sperren.
Eine Wandlerstufe weniger im E-Auto
Auf diese Weise wird eine sogenannte Bucket-Boost-Schaltungstopologie möglich, bei der man die Eingangsspannung höher oder niedriger setzen kann. Bisher werden die Gleichrichter in E-Autos mit hohen Spannungen betrieben, mit der neuartigen Schaltung kann diese aber auch niedriger ausfallen.
Der Vorteil dabei: Bei geringeren Schaltspannungen im Stromrichter verringern sich die Schaltverluste und der Wandlungsprozess wird effizienter. Zudem lässt sich beim Gleichrichter im E-Auto eine Wandlerstufe einsparen. Bisher sind zwei Stufen nötig, weil die Eingangsspannung zuerst hoch- und schließlich auf die benötigte Batteriespannung heruntergeregelt werden muss.
Durch den Einsatz der neuartigen GaN-Transistoren kann die Technik beide Schritte in einer Wandlerstufe realisieren. Das führt nicht zuletzt zu geringeren Kosten bei dem Bauteil, vor allem die Effizienz steigt enorm. Die Wissenschaftler wollen mit dem neuen Gleichrichter einen Wirkungsgrad von 99 Prozent erreichen. Außerdem hoffen sie darauf, die Schaltfrequenz auf 300 KHz erhöhen zu können. Potenziell ließe sich damit die Leistungsdichte um das Achtfache steigern, sodass nicht nur ein günstiges, sondern auch schnelles Laden von E-Autos mit Hausstrom möglich würde. Dazu möchte man die Schaltung nun für den Betrieb am öffentlichen Netz optimieren. Anschließend könnte sie nicht nur in Fahrzeugen genutzt werden. Auch für Solaranlagen ist die Technologie geeignet.
