Highly efficient and reliable electric drivetrains based on modular, intelligent and highly integrated wide band gap power electronics modules - HiEFFICIENT; Teilvorhaben TDK: "Optimierung der elektromagnetischen Verträglichkeit mit passiven Bauelementen für GaN/SiC-basierte Leistungselektronik in elektrischen Antriebssträngen und deren Ladetechnologien"

Abstract

Das Teilprojekt war eingebettet in das EU-geförderte ECSEL-Projekt HiEFFICIENT (Highly EFFICIENT and reliable electric drivetrains based on modular, intelligent and highly integrated wide band gap power electronics modules) unter Beteiligung von insgesamt 31 Projektpartnern aus der Europäischen Union. Die wichtigsten wissenschaftlich-technischen Ergebnisse des Projektanteils von TDK sind in den folgenden Kapiteln erläutert. Innerhalb des Gesamtprojekts hat es Verzögerungen bei der Bereitstellung von Hardware gegeben, so dass sich das Gesamtprojekt in Abstimmung mit den Projektträgern über das ursprünglich geplante Projektende im April 2024 bis Ende November 2024 verlängert hat. Da nicht alle geplanten Demonstratoren rechtzeitig vor Projektende für die abschließenden Messungen zur EMV-Validierung bereitgestellt werden konnten, hat sich der Projektaufwand etwas reduziert. Die Zusammenarbeit mit den Partnern läuft zum Teil auch noch außerhalb des Projekts weiter. Die Bearbeitung und Beteiligung an den Arbeitspaketen erfolgten im Rahmen der vorgesehenen Zeiten ansonsten wie geplant. Unsere Hauptarbeit innerhalb der Teilaufgabe 3.2.1 wurde ohne Verzögerungen bezüglich der Bearbeitung der erforderlichen Aufgaben erfüllt. Intensive EMV-Voruntersuchungen an einem Antriebsinverter aus einem Vorgänger-Forschungsprojekt ermöglichten frühzeitige und zielgerichtete Designanpassungen für den innerhalb des Projekts entwickelten Inverter (UC2). Die Simulation der Beeinflussung der Signalintegrität durch das Schalten der Leistungsmodule abhängig vom Verlauf der Signalpfade ermöglichte in einer frühen Designphase die spätere Sicherstellung der Funktionalität am 48-V-Antriebsinverter (UC3). Für das Bord-Ladegerät für Elektrofahrzeuge wurden die EMV-Filter sowohl für die Versorgungsseite (AC) als auch für die Batterieseite (DC) durch Simulation nach Erstellung der Modelle zum Schaltverhalten der Leistungselektronik entworfen sowie Bauelemente für den Musteraufbau bereitgestellt (UC5). Unser Ziel, Mehrwert in der Entwicklung moderner Wide-Bandgap-Leistungselektronik durch Unterstützung im Designprozess und maßgeschneiderte Bauelemente zu liefern, haben wir vollständig erreicht. Alle Use Cases wurden realisiert und Demonstratoren aufgebaut [1]. EMV-Lösungen konnten gefunden und so wesentliche Design-Nachbesserungen vermieden werden. EMV-Drosseln, HF-Transformatoren, EMV- und Zwischenkreiskondensatoren sowie Hochvolt-EMV-Filter wurden für den Aufbau von Demonstratoren bereitgestellt. Der oft befürchtete, überproportional große Aufwand für die Entstörung von Leistungselektronik mit schnellen Halbleitern ist nicht eingetreten. Bezüglich der Entstörung konnten die Erwartungen der Partner mit unseren modernen Methoden und aktuellen Bauelementedesigns gut erfüllt werden. Ein Teil der Validierungen kann jedoch aus Gründen der Hardware-Verfügbarkeit erst später, außerhalb des Projekts erfolgen, da funktionale und thermische Tests einen höheren Stellenwert im Projekt hatten als der Nachweis der Elektromagnetischen Verträglichkeit. Im Berichtszeitraum wurden keine Erfindungen oder Schutzrechte angemeldet. Die wirtschaftlichen sowie die wissenschaftlichen und technischen Erfolgsaussichten des Projektes haben sich für die TDK Electronics AG bisher vollständig erfüllt, da wir jetzt unseren Kunden verbesserte Design-Unterstützung und passive Bauelemente für hohe Anforderungen in der Elektromobilität anbieten können. Die Elektromobilität ist in unserem Hause Ausgangspunkt für viele Entwicklungen von optimierten Bauelementen für moderne Leistungselektronik. Das HiEFFICIENT-Projekt hat dazu beigetragen, dass die Business Unit für EMV-Filter erfolgreich mit unseren deutschen und europäischen Kunden neues Wachstum in diesem Bereich generieren kann.