Der Markt um intelligente und nachhaltige Mobilität – insbesondere Elektromobilität – boomt weltweit. Das große Manko der batteriebetriebenen Fahrzeuge sind bisher aber die Leistung und Reichweite der Fahrzeuge. Um die Elektromobilität voranzutreiben, ist es daher unerlässlich, diese beiden Probleme zu lösen und sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Reichweite der Fahrzeuge weiter zu steigern.
Hierbei spielen, neben der Batterie, die Leistungselektronik und der Elektromotor eine Schlüsselrolle, denn über eine Erhöhung der Betriebsspannung dieser Komponenten lassen sich die Energieeffizienz des Antriebsstrangs und somit auch die Reichweite entscheidend verbessern.
Im Rahmen von H3Top, einem gemeinsamen Forschungsprojekt der Robert Bosch GmbH, Infineon Technologies AG, Daimler AG, FTCAP GmbH sowie der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen, werden aktuell Forschungsarbeiten zu innovativen Elektroniksystemen für automatisiertes, vernetztes und elektrisches Fahren betrieben.
FTCAP, seit Juni ein 2018 ein selbständiges Tochterunternehmen der Mersen Gruppe mit Sitz in Husum, hat nun einen neuen, speziell für Elektroantriebe optimierten Kondensator entwickelt und hergestellt. Der Kondensator bildet mit Kühlkörper und Gehäuse eine integrierte mechanische Einheit, um die Effizienz der Antriebe zu steigern.
„Wir haben für diese Anwendung einen Zwischenkreiskondensator mit einem extrem niederinduktiven Aufbau und einer sehr hohen Stromtragfähigkeit entwickelt“, sagt FTCAP-Geschäftsführer André Tausche. „Die Besonderheit liegt aber auch darin, dass es sich um eine integrierte Lösung handelt. Der Kondensator ist direkt an den Kühlkörper angebunden, an dem wiederum alle Bohrungen und Befestigungen für die Restelektronik angebracht sind.“
Dies ermöglicht nicht nur einen besonders kompakten Aufbau, sondern auch eine höchst effiziente Nutzung des Kühlkörpers: Er temperiert gleichzeitig die Halbleiter, die auf der integrierten Kondensatoreneinheit oben aufliegen. „Die Entwicklung der Kondensatoren im Rahmen dieses Projekts ist von unserer Seite vorerst abgeschlossen, wobei sich im Rahmen der laufenden Dauertests im Gesamtsystem sicherlich noch Anpassungen und Verbesserungen ergeben werden“, erklärt Tausche.
Prototypen des Kondensators werden derzeit im Zusammenspiel mit dem Gesamtsystem getestet.
800 statt 400 Volt
Ziel von H3Top ist es, neuartige Wechselrichter, auch Inverter genannt, zu entwickeln, die in Fahrzeugen mit Betriebsspannungen von 800 Volt eingesetzt werden können anstatt der bisher 400 Volt. Eine Spannung von 800 Volt reduziert die Strombelastung von Leistungselektronik und E-Maschine, ermöglicht so eine Verringerung der internen Leistungsverluste um 20% und steigert die Reichweite der Fahrzeuge.
Die Inverter wandeln die Gleichspannung aus der Batterie in Wechselspannung um, die zur Energieversorgung des Antriebs genutzt werden kann. Hierbei kommt eine neuartige Schaltungsarchitektur ins Spiel, die einen effizienten und kompakten Aufbau ermöglicht. Die neuen Wechselrichter eignen sich sowohl für Personen- als auch für Nutzfahrzeuge.
Das Projekt soll Anfang 2019 abgeschlossen sein.
Bilder: FTCAP GmbH
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