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USB-C EPR Charger for S-Pedelec

Silvan Wittlin

Titel

USB-C EPR Charger for S-Pedelec

Autor/in

Datierung

05.01.2026

Beschreibung

In dieser Arbeit wird die Entwicklung eines USB-C-basierten Ladesystems für ein
S-Pedelec untersucht. Ziel ist es, zu evaluieren, ob der USB Power Delivery Extended
Power Range (USB-PD EPR) Standard mit Spannungen bis 48 V für den Einsatz
als S-Pedelec-Ladegerät geeignet ist. Auf Basis einer Anforderungsanalyse und unter
Berücksichtigung des bestehenden Akkusystems, des Batterie-Management-Systems sowie
des Motorcontrollers wurde ein geeignetes Systemkonzept erarbeitet.
Als Grundlage für die Umsetzung wurde ein Referenzdesign von Texas Instruments
gewählt, welches einen USB-PD-EPR-Controller mit einem bidirektionalen
DC/DC-Laderegler kombiniert. Dieses Referenzdesign wurde analysiert, angepasst und
in Form eines eigenen Schaltplans und Leiterplattenlayouts umgesetzt. Der Fokus lag
dabei auf der korrekten Integration des CCCV-Ladeverfahrens für Lithium-Ionen-Akkus
sowie auf EMV-gerechten Layoutentscheidungen.
Zur Validierung des entwickelten Konzepts wurde ein Testkonzept definiert, welches
Funktionstests bei unterschiedlichen Eingangsspannungen, Effizienzmessungen sowie
eine qualitative thermische Untersuchung mittels Infrarotkamera umfasst. Die geplanten
Messergebnisse sollen mit den Angaben aus dem Referenzdesign verglichen werden.
Zusätzlich wird eine grobe Kostenabschätzung durchgeführt und der Einfluss von
Skaleneffekten diskutiert.

This thesis investigates the development of a USB-C–based charging system for an
S-pedelec. The objective is to evaluate whether the USB Power Delivery Extended Power
Range (USB-PD EPR) standard, supporting voltages up to 48 V, is suitable for use
as an S-pedelec charger. Based on a requirements analysis and considering the existing
battery system, battery management system, and motor controller, an appropriate system
concept was developed.
A reference design provided by Texas Instruments was selected as the basis for the
implementation, combining a USB-PD EPR controller with a bidirectional DC/DC
charge controller. This reference design was analyzed, adapted, and implemented in the
form of a custom schematic and printed circuit board layout. The focus was placed on
the correct integration of the CCCV charging method for lithium-ion batteries as well as
on EMC-oriented layout decisions.
To validate the developed concept, a test plan was defined, including functional tests
at different input voltages, efficiency measurements, and a qualitative thermal analysis
using an infrared camera. The planned measurement results are intended to be compared
with the data provided in the reference design documentation. In addition, a rough cost
estimation is presented, and the impact of scaling effects is discussed.

Urheberrechtshinweis