Auf dem Weg zur Klimaneutralität werden im Zuge der Energiewende fossile Energieträger durch regenerative Energieträger wie Sonne und Wind ersetzt. Die Leistungselektronik arbeitet diesem Ziel weitestgehend im Verborgenen zu. Insbesondere sind hier die Gleichrichter zu nennen, die Energieumwandlung- und Energiespeicheranlagen mit dem öffentlichen Elektrizitätsnetz verbinden.

Anwendung findet der Gleichrichter beispielsweise in Elektrolyseanlagen und der Elektromobilität, in welchen Gleichrichter einen signifikanten Teil der Investitionskosten verursachen. Dem umwelttechnisch wünschenswerten und politisch gewollten weit verbreiteten Einsatz von Elektrolyseanlagen stehen insbesondere die hohen Investitionskosten entgegen. Der zweitgrößte Kostenblock sind hierbei die Gleichrichter, bei welchem die schaltbaren Halbleiterventile und der 50-Hertz-Transformator wesentliche Kostentreiber sind.

Die E-Mobilität spielt für das Erreichen der Klimaziele eine sehr große Rolle. Eine Maßnahme ist nun die Förderung von Batteriefahrzeugen. Um aber überhaupt Elektromobilität zu gewährleisten, ist es wichtig, ein dichtes Netz an Ladepunkten vorzuhalten. Viele Ladepunkte, insbesondere schnellladefähige, bestehen hauptsächlich aus einem Gleichrichter, der dem öffentlichen Elektrizitätsnetz Drehstrom entnimmt und diesen in einen Gleichstrom bei einer zum Fahrzeug passenden Spannung wandelt. Anforderungen an einen Gleichrichter für Ladepunkte sind neben einem günstigen Preis ein guter Wirkungsgrad und besonders eine sehr hohe Zuverlässigkeit.

Das Projekt dient der Funktionsvalidierung des BIErectifiers mit galvanischer Trennung. Zur Validierung werden zwei Prototypen entworfen. Hierbei deckt ein Prototyp die Variante mit den geringsten Investitionskosten ab und der andere Prototyp deckt die Variante mit der höchsten Effizienz ab.

Die Prototypen werden aus einer Primärseite, Zentralplatine und einer Sekundärseite zusammengesetzt, wodurch ein modulares System entsteht. Durch dieses System kann der BIErectifier an die gewünschten Anforderungen angepasst werden.

Schaltplan des BIErectifiers P2S6 mit dargestellten Spannungs- und Stromverläufen an wichtigen Stellen der Schaltung.

Laboraufbau zur Vermessung des BIErectifiers in der Variante mit je 6 Transistoren auf beiden Schaltungshälften.

Vereinfachte Darstellung der Ströme und Spannungen in der Schaltung zur Visualisierung der sinusförmigen Einhüllenden.

Kontakt

Projektleitung

Prof. Dr.-Ing. Jan Boris Loesenbeck

+49.521.106-7412

jan_boris.loesenbeck@hsbi.de

Vertretung

Dr.-Ing. Karl Stephan Christian Stille

+49.521.106-70719

karl_stephan.stille@hsbi.de