Gewichts- und Kostenersparnis

Innovative Leistungselektronik für Brennstoffzellen-Fahrzeuge

3. August 2021, 9:47 Uhr | Irina Hübner
DC/DC-Wandler-Versuchsaufbau für Brennstoffzellen-Fahrzeuge.
Versuchsaufbau der Forscher an der Hochschule Landshut mit niederinduktiven Leistungsmodulen.
© Hochschule Landshut

Mit ausgefeilter Leistungselektronik lassen sich Fahrzeuge mit Brennstoffzellen deutlich optimieren – im Hinblick auf Gewicht, Kosten und Wirkungsgrad. Die Hochschule Landshut arbeitet hierzu an einem neuartigen DC/DC-Wandler auf Basis von GaN-HEMTs.

Fahrzeuge mit Brennstoffzellen verfügen über einen Elektromotor und erzeugen die elektrische Energie zum Fahren aus der Verbrennung von Wasserstoff. Eine große Rolle bei diesem Antrieb spielt die Leistungselektronik: Diese wird benötigt, um elektrische Energie entsprechend umzuformen, zum Beispiel Gleichstrom aus dem Hochvoltbordnetz in Drehstrom für den Elektromotor. Zudem kann die Spannung von Brennstoffzellen je nach Belastung stark variieren. Daher benötigen Wasserstoff-Autos einen DC/DC-Wandler, der die Spannung für das Hochvoltbordnetz entsprechend anpasst.

Das Projekt Dragan an der Hochschule Landshut forscht nun an einem solchen DC/DC-Wandler, wobei im Gegensatz zu bisherigen Modellen Galliumnitrid-Transistoren (genauer GaN-HEMTs) eingesetzt werden. Dadurch kann der Wandler besonders leicht und kompakt gebaut werden. Zudem erhofft sich das Forscherteam unter Leitung von Prof. Dr. Alexander Kleimaier Vorteile bei den Produktionskosten und dem Wirkungsgrad.

Umbruch in der Branche

Derzeit erfährt die Leistungshalbleiterbranche einen Umbruch hin zu SiC- und GaN-Technologien. GaN und SiC stellt deutlich höhere Anforderungen an die Aufbautechnik für die leistungselektronische Schaltungen als Silizium. Neue, innvoative Aufbautechnologien sind erforderlich – eine große Herausforderung für das neue Projekt.

Kompakt, leicht und effizient

»Gemeinsam mit den wissenschaftlichen Mitarbeitern Janusz Wituski und Thomas Huber arbeiten wir in unserem Labor für Leistungselektronik der Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen daran, eine besonders niederinduktive Aufbautechnologie realisieren zu können, die zudem möglichst wenig Störungen erzeugt«, erklärt Kleimaier. Damit könnte das Team die exzellenten Eigenschaften der neuen Halbleiter möglichst gut ausnutzen und Leistungselektronik deutlich kompakter und effizienter gestalten. »Raumbedarf und Gewicht sind im Fahrzeug immer problematisch und müssen daher optimiert werden«, so der Forscher.

Das Projekt Dragan

Das Projekt »Dragan – Entwicklung, Aufbau und Test von 3-Level GaN-Leistungselektronikmodulen« läuft von 2020 bis 2023 Die Gesamtprojektleitung übernimmt Prof. Dr. Alexander Kleimaier von der Hochschule Landshut. Projektpartner ist das Unternehmen Silver Atena. Das Bayerische Forschungsprogramm Mobilität Innovative Antriebe finanziert das Vorhaben mit insgesamt 686.900 Euro.

 

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