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Leistungselektronik

Effizienzsteigerung sichert Markterfolg von Elektro- und Hybridfahrzeugen

29. Juli 2011, 10:51 Uhr | Von Dr. Dusan Graovac und Dr. Carlos Castro

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Kleine Lasten erfordern speziellen Lösungsansatz

Anders als der Haupt-Wechselrichter, setzen sich die Nebenverbraucher bzw. Hilfssysteme aus verschiedenen kleinen Lasten zusammen und brauchen daher einen anderen Ansatz. Die typischen Lasten liegen in diesem Fall zwischen 1 und 6 kW. Zum Vergleich: Bei Mild-Hybrid-Fahrzeugen liegt die Ausgangsleistung des Haupt-Wechselrichters bei 5 bis 20 kW und bei Voll-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen bei 30 bis 100 kW. Im Gegensatz zum Traktionsumrichter (Motor/Generator) erfordern die kleineren Lasten der Hilfssysteme keine Grundplatte bei den Leistungsmodulen; bei ihnen muss vielmehr auf die richtige Kombination von Effizienz, Flexibilität und Kosten geachtet werden. Zu den typischen, von konventionellen Fahrzeugen bekannten Hilfssystemen zählen beispielsweise Klimakompressor, Heizung, Ölpumpe und elektrische Servolenkung.

Ein Hochvolt-Batteriesystem in Fahrzeugen mit Elektroantrieb eröffnet die Möglichkeit, auch größere Lasten oder Funktionen mit höherem Energiebedarf zu treiben, was in konventionellen 12-V-Bordnetzen stark limitiert ist, sowohl durch die Batterie selbst als auch durch die Kabel und Steckverbinder. Treibt man die entsprechenden Anwendungen über eine DC-Hochspannung, so können die Stromwerte reduziert werden, was für Systementwickler einige Kostenvorteile mit sich bringt, indem beispielsweise die Kabeldicken und der Kupferanteil im Elektromotor reduziert werden können.

In HEVs und EVs gibt es aber auch neue Anwendungen, wie man sie von herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren nicht kennt. Eine davon ist der DC/DC-Wandler zwischen der Hochspannungs-Traktionsbatterie und der Niederspannungs-Blei-Säure-Batterie. Diese Energieumwandlung zwischen den Batterien dient der Effizienz-Optimierung. Ein anderes Beispiel ist der Batterielader für Plug-in-HEVs, mit dem die Batterie komplett über eine externe Stromversorgung geladen werden kann.

All diese Lasten haben unterschiedliche Anforderungen. Daher stellt es eine große Herausforderung dar, eine flexible Lösung anzubieten, die für die unterschiedlichsten Halbleiter-Komponenten (IGBTs, Dioden, HV-MOSFETs, LV-MOSFETs) angepasst werden kann. Darüber hinaus sollten die Gehäuse dieser Komponenten vereinheitlicht und die Kosten gering gehalten werden.