Mercedes-Benz verfolgt einen bedeutenden Paradigmenwechsel im Bereich der Leistungselektronik für Elektrofahrzeuge, indem das Unternehmen eine neue Generation von Mikrowandlern einführt. Diese programmierbaren Mikrowandler könnten die Grenzen der derzeit gängigen elektrischen Wechselrichtersysteme überschreiten und eine fundamentale Revolution in der bestehenden Hochvolt-Architektur von Elektrofahrzeugen bewirken.
Kernstück der neuen Technologie ist die Integration der Mikrowandler direkt auf der Batteriezellebene. Diese Mikrowandler würden die Regelung jeder einzelnen Batteriezelle übernehmen und gleichzeitig eine Kommunikation zwischen den Zellen ermöglichen. Das bedeutet, dass jede Zelle unabhängig voneinander überwacht und gesteuert werden könnte, was eine äußerst präzise Steuerung des gesamten Batteriemanagementsystems ermöglicht. Diese direkte Verbindung mit den Zellen könnte die derzeitigen Einschränkungen der Batteriesysteme überwinden und eine neue Dimension der Energieverteilung schaffen.
Der neuartige Power Converter, der aus mehreren Mikrowandlern besteht, wird direkt an eine beliebige Anzahl von (parallel statt bisher in Reihe geschalteten) Batteriezellen angeschlossen. Diese Konfiguration ermöglicht eine individuelle Regelung jeder Zelle und die Anpassung der Ausgangsspannung. Ein entscheidender Vorteil dieser Technologie ist, dass die Ausgangsspannung der Batterie nicht mehr von der Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen abhängt, sondern konstant bei 800 Volt gehalten werden kann. Diese Konstanz bleibt sogar dann erhalten, wenn sich der Ladezustand (SoC, State of Charge) oder der Alterungszustand (SoH, State of Health) der einzelnen Zellen verändert. In der Praxis bedeutet das, dass die Spannung der Batterie für den Fahrzeugbetrieb stabil bleibt, unabhängig von den unterschiedlichen Zuständen der Zellen.
Das Potenzial dieser Technologie geht jedoch über die bloße Spannungsregelung hinaus. Der Power Converter könnte auch die Reichweite von Elektrofahrzeugen steigern, da er eine effiziente Nutzung der Batteriekapazität ermöglicht. Zudem könnte er den Energiefluss optimieren, insbesondere im Hinblick auf bidirektionale Ladevorgänge. Diese Fähigkeit, Energie sowohl zu entnehmen als auch zurückzuführen, ist ein bedeutender Schritt in Richtung einer flexiblen, zukunftsfähigen Ladeinfrastruktur und würde die Nutzung von Elektrofahrzeugen weiter erleichtern.
Ein weiteres bemerkenswertes Merkmal dieser Mikrowandler-Technologie ist ihre Auswirkung auf die Modularisierung von Elektroantrieben. Durch die programmierbaren Mikrowandler könnte die Vielfalt an elektrischen Bauteilen, die derzeit in der Produktion erforderlich sind, erheblich reduziert werden. Dies würde nicht nur die Produktionskosten senken, sondern auch die Komplexität verringern, da die Mikrowandler in verschiedenen Fahrzeugmodellen leicht umprogrammiert und wiederverwendet werden könnten. Diese Flexibilität stellt eine ressourcenschonende Lösung dar, da dieselben Bauteile in einer Vielzahl von Fahrzeugmodellen eingesetzt werden können.
Darüber hinaus könnte die Integration der Mikrowandler in die Hochvolt-Batterie eine Vielzahl von Funktionen der Leistungselektronik direkt in der Batterie selbst bündeln. So könnten Leistungskomponenten wie Umrichter, Ladegeräte und Spannungswandler nahtlos in das Batteriesystem integriert werden. Dies würde zu einer erheblichen Steigerung der Hochintegration führen und den Bedarf an separaten, unabhängigen elektronischen Modulen verringern.
Ein weiterer Vorteil dieser Entwicklung ist die verbesserte Raumökonomie. Durch die geringere Anzahl an erforderlichen Bauteilen und die hohe Integration der Mikrowandler könnte der verfügbare Raum im Fahrzeug deutlich effizienter genutzt werden. Gleichzeitig würde die reduzierte Variantenvielfalt von Bauteilen die Konstruktion von Fahrzeugen vereinfachen und die Produktionskosten weiter senken. Diese Veränderungen würden nicht nur die Effizienz von Elektrofahrzeugen steigern, sondern auch zu einer völlig neuen Flexibilität bei der Konzeption und Gestaltung von Fahrzeugen führen. Mercedes-Benz könnte somit künftig eine größere Bandbreite an Elektrofahrzeugen entwickeln, die gleichzeitig ressourcenschonend und technologisch fortschrittlich sind.
Bilder: Mercedes-Benz Group AG