Elektromobilität für den breiten Markt Produktinnovationen und neue Partnerschaften sind gefordert

Energieeffizienz hilft, die Kosten zu senken

Die wesentliche Motivation für Elektrofahrzeuge liegt in der Reduzierung des CO 2 -Ausstoßes und die effizientere Nutzung der natürlichen Ressourcen (Bild 3). Dies kann durch die Einführung energieeffizienterer Komponenten wie beispielsweise von Invertern mit geringeren Durchlass- und Schaltverlusten unterstützt werden. Vor allem für batterieelektrische Fahrzeuge, bei denen die installierten Batterieleistung (und damit die Kosten) von der benötigten Reichweite abhängt, ist eine Steigerung der Energieeffizienz direkt mit einem kommerziellen Vorteil verbunden.  Aufgrund des Spannungsabfalls an der pn-Sperrschicht eines IGBTs ist hier nur wenig Raum für die Verbesserung der Durchlassverluste von silizium-basierten IGBTs. Die Schaltverluste werden durch die mögliche Schaltgeschwindigkeit bestimmt, wobei diese durch die Überspannungsfähigkeit in Verbindung mit den Streuinduktivitäten des Systems oder auch die EMV limitiert ist. Beides kann durch ein optimiertes Inverter-Design adressiert werden, insbesondere in der Verbindung zwischen dem DC-Link-Kondensator und den Leistungshalbleitern. Ist dies erreicht, dann können der IGBT und die Vorwärtsdiode für höhere Schaltgeschwindigkeiten und damit geringere Schaltverluste ausgelegt werden. Zukünftig kann durch den Austausch der Silizium-Chips durch SiC- oder GaN-Bausteine die Effizienz weiter verbessert werden. In einem ersten Schritt führt die Einführung von SiC-Schottky-Dioden zu deutlich geringeren Reverse-Recovery-Verlusten in der Diode und geringeren Einschaltverlusten im IGBT. In einem weiteren Schritt werden SiC-/GaN-basierte Schalter sowohl die Durchlass- als auch Einschaltverluste senken. Aufgrund der derzeitigen Kostenvorteile von Silizium müssen die Kosten für die SiC-/GaN-Technologie jedoch weiter gesenkt werden.