Forschungsschwerpunkt

Im Projekt „Dauerpower“ wurde ein innovativer Wechselrichter für Elektrofahrzeuge entwickelt, der durch ein verbessertes Kühlmanagement und den Einsatz von Silizium-Karbid (SiC)-Halbleitern die Effizienz und Leistungsfähigkeit steigert. Ziel war es, die Leistung der Antriebsstränge zu erhöhen, die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern und die Produktionskosten zu senken. Dabei wurde das gesamte System einschließlich Hardware und Software entwickelt.

Durch den Einsatz von SiC-Transistoren, die eine höhere Temperaturbeständigkeit und einen niedrigeren Durchlasswiderstand als herkömmliche Siliziumtransistoren aufweisen, konnten Schaltverluste minimiert und die thermische Belastung reduziert werden. Dies führt zu einem geringeren Kühlaufwand. Zudem wurden die Halbleitermodule mit einem speziellen Leiterplattenverfahren eingebettet, was eine kostengünstige Massenproduktion ermöglicht und die Systemeffizienz durch geringere Modulinduktivität weiter verbessert.

Im Umrichter wurden außerdem DC-Link-Kondensatoren mit PolyCharge NanoLam-Technologie verwendet, die mehr als die doppelte Energiedichte im Vergleich zu herkömmliche Polypropylen-Kondensatoren bieten und das System noch kompakter machen. Das fortschrittliche Kühlsystem nutzt 3D-gedruckte Kupferkühlelemente, die optimal auf die thermischen Anforderungen abgestimmt sind und eine gleichmäßige Wärmeabfuhr sicherstellen. Der Druckabfall des Kühlsystems bei 10 Litern Kühlmittel pro Minute beträgt nur 150 mbar, was die hohe Effizienz des Systems unterstreicht.

Nach 15 Minuten Dauerlastbetrieb zeigte der Wechselrichter eine geringe Temperaturdifferenz von unter 20 Kelvin zwischen Gehäuse und Kühlmedium sowie eine Temperaturerhöhung von nur 41 Kelvin am gekühlten Phasenausgang. Die gemessene Spitzen-Effizienz von 98,7 % bestätigt die herausragende Leistungsfähigkeit des Umrichters. Der Wechselrichter erreicht eine Dauerleistung von knapp 600 kW (835V /720Arms) und eine Spitzenleistung von 720 kW (800V/900Arms) bei einer Leistungsdichte von 200 kVA pro Liter.

Das Projekt „Dauerpower“, gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, wurde in Zusammenarbeit mit der Porsche AG und der Robert Bosch GmbH realisiert. Es trägt zur Weiterentwicklung der Elektromobilität bei, optimiert die Leistung von Elektrofahrzeugen und senkt gleichzeitig die Produktionskosten und den Ressourceneinsatz.

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