Bündnis aus Forschung und Industrie

Miniaturisierte Leistungselektronik für Flug- und Kraftfahrzeuge

Daimler, EADS, Infineon, Siemens und ZF Electronics haben sich mit dem Erlanger Fraunhofer IISB im Projekt „PELiKAn – Power Electronics in Kraftfahrzeugen und Aeronautik“ zusammengeschlossen.

Ziel ist die gemeinsame Entwicklung von kompakten, zuverlässigen und hoch effizienten Spannungswandlern für den Einsatz in der Luftfahrt und im Kraftverkehr. PELiKAn wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung mit 2,4 Mio. Euro gefördert. Grundlage dafür ist die Förderbekanntmachung „Leistungselektronik zur Energieeffizienzsteigerung (LES)“ – eine Initiative des BMBF, die auf mehr Ressourcenschonung und Klimaschutz durch deutliche Energieeinsparungen in volkswirtschaftlich wichtigen Anwendungsfeldern zielt. Die gesamte Projektsumme beträgt 4,4 Mio. Euro.

Heute liegt die Leistungsdichte bei nicht isolierenden Wandlern bei ca. 5 bis 10 kW/l und bei isolierenden Wandlern bei ca. 2 bis 5 kW/l, bei einem Wirkungsgrad von ca. 95 %. Für immer höhere Schaltfrequenzen muss immer mehr Ansteuerleistung für das Umladen der Gate-Kapazitäten der Leistungsschalter bereitgestellt werden. Ansteuerschaltungen nach dem derzeitigen Stand der Technik sind als Energieverschwender im Bereich der Subsysteme eines leistungselektronischen Systems anzusehen. Das liegt in ihrer Funktionsweise begründet, welche prinzipiell eine Vernichtung der zur Ansteuerung der Leistungsschalter erforderlichen Energie bedingt. Ein wesentliches Ziel im Projekt PELiKAn ist deshalb die Entwicklung so genannter regenerativer Ansteuerschaltungen, um die notwendige Ansteuerleistung zu reduzieren und damit den Gesamtwirkungsgrad weiter zu steigern. Mit dem Einsatz von Halbleitermaterialien wie zum Beispiel Siliziumkarbid (SiC) werden die Schalt- und Durchlassverluste der Leistungsschalter weiter reduziert. Durch eine höhere maximale Betriebstemperatur lassen sich Leistungsdichte und Wirkungsgrad steigern, bei allerdings gleichzeitig erhöhten Anforderungen an die Ansteuerschaltungen. Die neuen Leistungshalbleiter versprechen in Verbindung mit innovativen Ansteuerkonzepten eine Erhöhung der Leistungsdichte bei nicht isolierenden Wandlern auf 50 bis 60 kW/l und ca. 20 kW/kg unter gleichzeitiger Verbesserung des Wirkungsgrades auf 98 bis 99 %. Bei isolierenden Wandlern lässt sich die Leistungsdichte auf mindestens 10 kW/l – bei einer Wirkungsgradverbesserung auf ca. 98 % – steigern.

Weiterführende Links:

• Leistungselektronik: Effizienzsteigerung sichert Markterfolg von Elektro- und Hybridfahrzeugen
• pls Programmierbare Logik & Systeme GmbH: Für Infineons Audomax-MCUs optimierte Entwicklungsumgebung