Leistungselektronik für Fahrzeuge 20 kVA pro Liter

Kurze Produkteinführungszeiten bei geringeren Entwicklungskosten sind auch im Automobilbereich wichtig. Dabei helfen Standardmodule, welche die aktuellen Anforderungen und Qualifikationsstandards der Automobilindustrie erfüllen. Nun gibt es fertige leistungselektronische Systeme für Hybrid- und Elektrofahrzeuge bis 250 kVA Ausgangsleistung.

Für Hybrid- und Elektrofahrzeuge in Landwirtschaft, Baugewerbe und Fördertechnik sowie für den Einsatz in allen batteriebetriebenen Fahrzeugen hat Semikron »SKAI 2« präsentiert. Diese leistungselektronischen Systeme warten mit einer Leistungsdichte von 20 kVA/l auf, sie sind für den Betrieb mit Versorgungsspannungen zwischen 24 V und 850 V ausgelegt und liefern zwischen 10 kVA und 250 kVA Ausgangsleistung. In der Hochspannungsvariante ist das SKAI-2-Modul ein mit 600-V-/1200-V-IGBTs bestückter wassergekühlter Umrichter, der unter anderem für den Einsatz in vollelektrisch betriebenen Autos, Hybridfahrzeugen und Elektrobussen optimiert wurde.

Das System fundiert auf den vollständig lotfreien »SKIM93«-Modulen des Herstellers und integriert in einem IP67-Gehäuse einen Folienkondensator im Zwischenkreis, die Ansteuerung, DSP-Controller und EMV-Filter sowie Strom-, Spannungs- und Temperatursensoren. Die Kommunikation mit dem Mastercontroller des Fahrzeugs erfolgt über einen CAN-Bus (Controller Area Network). Die Module sind für eine Motorleistung von bis zu 250 kVA ausgelegt.

In der Niederspannungsvariante ist SKAI 2 ein luft- oder wassergekühlter Einfach- oder Doppelumrichter auf Basis von MOSFETs mit Sperrspannungen zwischen 50 V und 200 V. Es eignet sich vorwiegend für den Einsatz in Gabelstaplern und Anwendungen der Fördertechnik. Diese Module sind für eine Motorleistung bis zu 55 kVA ausgelegt. Wegen ihrer Ähnlichkeit in Bezug auf Leistungsverhalten, Regelung, Ein- und Ausgangsschnittstellen und Systemstruktur bieten beide Systeme nahezu identische Vorteile für den Anwender.

Das dritte SKAI-2-Modell ist ein integriertes Multi-Converter-System. Auch dieses befindet sich in einem wassergekühlten IP67-Gehäuse und kommuniziert mit dem Fahrzeug über CANBus. Die Signalschnittstelle verarbeitet sowohl analoge als auch digitale Ein- und Ausgangssignale und bietet daher Anschlussmöglichkeiten für eine breite Palette von Sensoren, zum Beispiel Temperaturfühler oder Drehmelder. Ein typisches Multi-Converter-System besteht aus einem dreiphasigen Active-Front-End-Umrichter mit 40 kVA, je einem dreiphasigen Antriebswechselrichter mit 20 kVA und 10 kVA sowie einem DC/DC-Wandler mit 14 V/300 A beziehungsweise 28 V/165 A.

Auch individuelle kundenspezifische Systemlösungen sind möglich. Als Lieferant bietet Semikron das gesamte Leistungsspektrum von der Machbarkeitsanalyse und Proof-of-Principle-Studie über die Entwicklung der optimalen Systemarchitektur bis hin zur elektrischen und mechanischen Simulation, Endprüfung und Serienproduktion kompletter Systeme. Die SKAI-2-Modulreihe ist mittels gängiger Prüfverfahren (z.B. HALT- oder Lebensdauertest) qualifiziert. Fehler-, Möglichkeits- und Einflussanalysen (FMEAs) sind an den kritischen Punkten im Zyklus durchführbar, um die Konformität mit den Standards der Automobilindustrie sicherzustellen. Die Serienproduktion ist angelaufen.