SkalTABs - Skalierbares Thermomanagement und Antriebsstrang für Brennstoffzellen-Nutzfahrzeuge; Teilvorhaben: Erforschung eines skalierbaren Multiport-DC-DC-Wandlers

Abstract

Das Projekt SkalTABs adressiert skalierbare Antriebsstrang- und Thermomanagement-Architekturen sowie die zugehörigen Hardware-Komponenten für zukünftige Brennstoffzellen-Nutzfahrzeuge. Im Rahmen des Projekts wurde ein Multiport-DC-DC-Wandler entwickelt, der einen Traktionsumrichter, Brennstoffzellen und eine Batterie miteinander verbindet. Die gewählte Topologie, ein „current-fed three-phase Triple Active Bridge“ (CF-TAB3), reduziert die Stromwelligkeit auf der Brennstoffzellen-Seite und trägt so zur Verlängerung der Lebensdauer der Brennstoffzelle bei. Durch die Spannungsflexibilität der Topologie kann die Zwischenkreisspannung des Umrichters reduziert werden, was den Einsatz der Blocktaktung (Six-Step-Modulation) auch bei niedrigen Drehzahlen ermöglicht. Dies führt zu erheblichen Verlustreduktionen im Umrichter und moderaten Einsparungen an der elektrischen Maschine, was durch Simulationen und Messungen validiert wurde. Zwar führt die „Single-Phase-Shift-Modulation“ bei großen Spannungsunterschieden zwischen den Ports zu erhöhten Verlusten im CF-TAB3, jedoch könnten alternative Modulationsstrategien eine hohe Effizienz des Wandlers beibehalten und gleichzeitig die genannten Einsparungen an Umrichter und Maschine ermöglichen.