Inverter- und Motoroptimierung mittels SiC-Technologie
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Inverter- und Motoroptimierung mittels SiC-Technologie
Neue Siliziumkarbid-Mosfets steigern die Effizienz von elektrischen Antrieben und Invertern. Im Vergleich zu Silizium-IGBTs ermöglichen sie so höhere Reichweiten und schnelles Laden bei 800 V. Vitesco Technologies hat an einem integrierten Achsantrieb mit proto typischem 800-V-SiC-Inverter untersucht, welche Faktoren die beste Systemkonfiguration aus Inverter und Motor bestimmen.
© Vitesco Technologies
Der Wirkungsgrad der Leistungs elektronik im Elektrofahrzeug beein flusst, welcher Anteil der in der Batte rie gespeicherten Energie tatsächlich in Traktion umgesetzt werden kann. Damit übt die Invertereffizienz einen direkten Einfluss auf die Reichweite aus. In heutigen Invertern der 400-Vg
AUTOREN
Dr. Gerd Rösel ist Head of Innovation Department im Geschäftsbereich Antriebs systeme bei Vitesco Technologies in Regensburg.
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Petra Mönius ist Head of Innovation Power Electronics bei Vitesco Technologies in Nürnberg.
Dr.-Ing. Sachar Spas ist Technical Project Manager Innovation e-Machines & Axle Drives bei Vitesco Technologies in Berlin.
Nico Daun ist Team Leader Innovation e-Machines & Axle Drives bei Vitesco Technologies in Berlin.
www.springerprofessional.de/automobiltechnik
Klasse fungieren siliziumbasierte Bi polartransistoren mit isolierter GateElekt rode (Si-IGBT, Silizium-InsulatedGate Bipolar-Transistor) als Schaltbau steine zur gepulsten Ansteuerung des Elektromotors. Etabliert haben sich dafür Schaltfrequenzen von 8 bis 10 kHz bei einem Spannungsgradienten (dU/dt) mit einer Flanke von typischerweise bis zu 5-kV/µs-Steilheit. Effizienzgrade von etwas über 90 % gelten auf dieser Grundlage als guter Inverterstandard. Mit der Reife von SiC-Mosfets (Silizi umkarbid-Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) für den automo bilen Einsatz im Inverter besteht eine neue Option für weitere Effizienzfort schritte. Zum einen sind bereits bei 400 V Effizienzgewinne im Inverter von beispielsweise 3 % allein durch den Einsatz geeigneter SiC-Mosfets möglich, BILD 1. Für den Übergang zu 800-V-Systemen sind SiC-Mosfets geradezu eine Voraussetzung, weil die Schaltverluste im Inverter auch mit verlustoptimierten Si-Halbleitern bei 800 V zu hoch würden, BILD 2. Da ein schnelleres Batterieladen mit hohen Gleichströmen, sogenanntes DC Superfast Charging, bei gleichen Kabelquerschnitten eine Spannungs lage von 800 V erfordert, werden ge eignete SiC-Leistungshalbleiter zuneh mend zu einer Schlüsseltechnologie, um diese Spannungslage effizient nutzen zu können. Vitesco Technologies entwickelt aktuell ein modulares Inverterkonzept für den Übergang von 400 auf 800 V.
BILD 1 Effizienteres Schalten im SiC-Inverter im Vergleich zur heutigen Si-Technologie jeweils bei 400 V mit gleicher Flankensteilheit von 5 kV/µs und 10-kHz-Taktfrequenz im WLTP (© Vitesco Technologies)
Die technische Plattform dafür ist die in der Entwicklung befindliche vierte Generation des integrierten elektrischen Achsantriebs EMR4 (Electronics Motor Reducer Generation 4). D
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