Siliziumcarbid in Hybridfahrzeugen – Entwicklung eines effizienten Hochtemperaturwechselrichters mit kompaktem Hochsetzsteller (SiC-Boost - VSI, FVA-Nr. 637 II)

Gesamtziel  dieses  Projektes  sind  Aufbau  und  Funktionstest  eines effizienten  und  kompakten Hochtemperaturwechselrichters  mit  Hochsetzsteller  und  neuartigen  Siliziumcarbid- Leistungshalbleiterschaltern für  Hybridfahrzeuge.  Dabei  sollen  die  in  Vorarbeiten  entwickelten Dimensionierungsmethoden  und  –regeln  für  die  Chipfläche  und  die passiven  Komponenten  des Umrichtersystems validiert werden, um das Potenzial der SiC-Halbleitertechnologie für die Anwendung im  Fahrzeug  praktisch  nachzuweisen.  Zusätzliches  Ziel  ist  es,  die  folgenden grundlegenden Hypothesen zu überprüfen und zu bestätigen.

• Durch  den  Einsatz  von  SiC-Halbleiterchips  kann  trotz  reduzierter  Chipfläche  und  gesteigerter Schaltfrequenz eine effizientere Leistungselektronik aufgebaut werden als mit Si-IGBTs.

• Beim  schnellen  Schalten  entstehende  Nachteile  lassen  sich  durch  den  Aufbau  und  konstruktive Maßnahmen  für  die  geforderte  Leistungsklasse  soweit  vermindern,  dass  eine  hohe Schaltgeschwindigkeit zulässig ist (Zwischenkreisanbindung, Lastanbindung, evtl. Modulaufbau).

• Der  Energiespeicherbedarf  in  passiven  Bauelementen  reduziert  sich  durch  eine  erhöhte Schaltfrequenz,  sodass  das  Volumen  verkleinert  werden  kann,  ohne  die  thermische  Grenze  der Bauteile zu überschreiten (Speicherdrossel, Zwischenkreiskapazität).

• Durch optimierte Betriebsführung lässt sich die Belastung von Systemkomponenten verringern bzw. verlagern, wodurch die Systemausnutzung und damit die Leistungsdichte gesteigert werden können (DC/DC-Steller, Wechselrichter, Zwischenkreiskondensator).

• Der DC/DC-Steller ermöglicht den  Ausgleich  der  Fehlanpassungen  zwischen  geforderter  Motorspannungsebene (Motorwindungszahl) und Batteriespannungsebene (SOC-abhängig) im Betrieb.

Ein  wesentlicher  Beitrag  soll  zudem  zur  Einschätzbarkeit  des  zusätzlichen  Aufwands (Gate-Ansteuerung) sowie des Einsparpotenziales (Systemkomponenten, Bauvolumen) durch den Einsatz der SiC-Halbleiter geleistet werden. Als abschließendes Ziel ist hierfür ein direkter Vergleich mit Kenndaten von bestehenden und real im Einsatz befindlichen Systemen angestrebt.