SiC-Mobil - SiC-Frequenzumrichter für Elektromobilität; Teilprojekt: SiC-Drive. Steuerung, Systemdaten, Schaltungsintegration

Abstract

Ziel des Verbundprojektes SiC-Mobil war es, Traktionsantriebe und Ladesysteme von Elektrofahrzeugen kleiner, leichter und effizienter zu machen. Auf der Leistungselektronik lag dabei das Hauptaugenmerk. Neuartige Leistungshalbleiterbauelemente auf der Basis von Siliziumcarbid (SiC) ermöglichen die Realisierung hoher Umrichterleistungen mit geringerem Bauraum und Gewicht, bei gleichzeitig höherem Wirkungsgrad als mit den bisher eingesetzten Silizium-basierten Schaltern (IGBT). Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu SiC-Umrichtern für die Elektromobilität waren und sind deshalb nach wie vor Gegenstand aktueller Forschungen in der gesamten Automobilbranche weltweit. Die Partner gingen davon aus, dass die wirtschaftlich erfolgreiche Nutzung von SiC-Umrichtern in der Elektromobilität sich nur erreichen lässt, wenn im Rahmen eines interdisziplinären Entwicklungsprozesses zusätzlich zur reinen Umrichterfunktionalität auch die parasitären Lebensdauer- und EMV-Effekte in die SiC-Umrichterentwicklung einbezogen werden. Dies wurde in den dreieinhalb Jahren während des Projektverlaufs unternommen. Als Ergebnis wurde ein Pulswechselrichter entwickelt und getestet, welcher als Antriebs-/Traktionsumrichter, als Ladeumrichter (Interleaved DC-DC Wandler) und als Active-Front-End verwendet werden kann.

Current State of Science and Technology: Silicon carbide (SiC) based power semiconductors enable high inverter performance with reduced space and weight, as well as higher efficiency compared to traditional silicon-based switches. This technology is a current research focus in the automotive industry.

Justification/Objectives of the Investigation: The goal of the SiC-Mobil project was to make traction drives and charging systems of electric vehicles smaller, lighter, and more efficient. Lifetimeand EMC effects were to be considered to enable the successful economic use of SiC inverters.

Method: The project involved the development and testing of a pulse inverter that can be used as a drive/traction inverter, charging inverter, and active front end. The work packages included application development, reliability studies,vsystem optimization, and test.

Result: A modular system architecture was developed, consisting of an active front end, an interleaved DC-DC converter, and a drive inverter. EMC investigations and optimization of operating strategies led to improved power electronics.

Conclusion/Application Possibilities: The insights gained promote the development of highly efficient power electronics and are incorporated into interdisciplinary projects. SiC technology offers potential for higher performance in the same space and will be integrated into future developments.