HiEFFICIENT

Die „Green Deal“-Initiative der EU-Kommission strebt eine nachhaltige Mobilität und eine effiziente Ressourcennutzung an. Im Rahmen von HiEFFICIENT entwickeln die Projektpartner die nächste Generation von Wide-Bandgap-Halbleitern (WGB) für Smart Mobility. Um diese Entwicklung und die Markteinführung in automobilen Anwendungen voranzutreiben und eine höhere Akzeptanz sowie den maximalen Nutzen beim Einsatz von WBG-Halbleitern zu erreichen, haben sich die HiEFFICIENT-Partner ehrgeizige Ziele gesetzt.

1.) Volumenreduktion um 40 Prozent durch Integration auf allen Ebenen (Komponenten-, Subsystem- und Systemebene)

2.) Effizienzsteigerung auf über 98 Prozent bei gleichzeitiger Reduzierung der Verluste um bis zu 50 Prozent

3.) Erhöhung der Zuverlässigkeit des elektronischen WBG-Leistungssystems zur Verbesserung der Lebensdauer um bis zu 20 Prozent

Um die angestrebten Ziele zu erreichen und die wichtigsten Ergebnisse und Fortschritte zu demonstrieren, werden die Partner an konkreten industriellen Anwendungsfällen arbeiten. Dazu gehören unter anderem modulare Wechselrichter mit verschiedenen Spannungsbereichen (wie 48V, 500V, 1200V), flexible On-Board-Ladegeräte und Multi-Use-Off-Board-Ladegeräte für verschiedene Spannungsbereiche, Mehrzweck-DC/DC-Wandler und Testsysteme für die Lebensdauerprüfung von Leistungselektronik. OEMs (Original Equipment Manufacturers) und andere Industriepartner definieren und spezifizieren die diversen Applikationen.

Unser Forschungsbeitrag

Das Team der FH JOANNEUM konzentriert sich dabei auf folgende Tasks:

• Entwicklung eines 650V GaN Modultesters

• Entwicklung eines a 1200V/280A SiC basierenden Demonstrators

• Erweiterung der Echtzeit-Steuerungsplattform für die Implementierung fortgeschrittener Steuerungsalgorithmen (Simulink-Modelle) für ultraschnell schaltende Umrichtersysteme

• Bereitstellung der aufgebauten Expertise im Bereich 48V GaN Motorinverter

In enger Kooperation mit den österreichischen Unternehmen AT&S und AVL List, mit denen das Institut Electronic Engineering auch im Studienbetrieb sehr eng zusammenarbeitet, werden diese Ziele umgesetzt.

Die Projektarbeit beginnt auf Komponentenebene mit der Entwicklung von hochintegrierten GaN- und SiC-Modulen, gefolgt von Optimierungszyklen und virtuellen Prototyping-Ansätzen. Die avisierte hohe Miniaturisierung birgt große Herausforderungen im Wärmemanagement, die im Interesse der Wartbarkeit und Flexibilität der Anwendungen durch die Entwicklung fortschrittlicher Kühlkonzepte und Modularität bewältigt werden sollen.

Umwelt verbessern durch Elektronik

Die neu entwickelten Demonstratoren werden in Prüfstände integriert, um die Konzepte und die Anwendbarkeit für zukünftige Applikationen zu beweisen. Parallel dazu wird ein ganzheitlicher Ansatz zur Verbesserung der Zuverlässigkeit entwickelt und an der Einführung eines Prognostic-Health-Managements (PHM) geforscht. Die Ergebnisse sollen auf alle Use-Case-Demonstratoren angewandt werden.

Die daraus resultierenden Anwendungen, die auf WBG-Technologien basieren, werden das Potenzial zur Verbesserung der Effizienz, des Volumens und der Zuverlässigkeit aufzeigen. Damit leistet HiEFFICIENT einen wertvollen Beitrag zum globalen Ziel einer CO2-Reduktion. Die gemeinsam durchgeführten Forschungsarbeiten in Kombination mit ambitionierten Zielen werden Europas Stellung auf dem Gebiet der elektronischen Komponenten und Systeme weiter stärken.