Hoch effiziente induktive und konduktive Ladesysteme fur die Elektromobilitat durch den Einsatz von SiC Halbleitern

摘要

Kunftige batterieelektrische Fahrzeuge benotigen eine hoch effiziente, kostengunstige und weit verbreitete Ladeinfrastruktur. Kernkomponenten hierfur sind leistungselektronische Wandler, welche die Wechselspannung des Stromnetzes in einen Gleichstrom zur Ladung der Batterie umwandeln. Diese Wandlung findet entweder in der Ladestation (DC-Ladung) oder im Fahrzeug (AC-Ladung) statt. Induktive Ladesysteme benotigen noch weitere Umwandlungsschritte von Gleich- zu einer Wechselspannung mit hoher Frequenz und umgekehrt, um ein hochfrequentes magnetisches Feld aufzubauen und Energie uber einen Luftspalt zu ubertragen. Samtliche Wandlungsstufen er fordern leistungselektronische Wandler, welche aufgrund von hochfrequenten Schaltvorgangen innerhalb der Leistungshalbleiter Verluste erzeugen. Diese Verluste konnen durch den Einsatz neuer Halbleiterbauelemente aus Siliziumkarbid (SiC) reduziert werden. Gleichzeitig kann aufgrund geringerer Schaltverluste die Schaltfrequenz erhoht werden, um Grosse und Gewicht passiver Filter zu reduzieren. Am Fraunhofer ISE wurden innerhalb verschiedener Projekte konduktive und induktive Ladesysteme mit sehr hohen Ladewirkungsgraden entwickelt. Innerhalb des Projektes iZeus wurde ein konduktives Ladegerat mit einem maximalen Wirkungsgrad von uber 98% entwickelt. Innerhalb des Projektes GeMo (Gemeinschaftlich-e-Mobilitat) wird aktuell ein induktives Ladesystem entwickelt, welches einen maximalen Wirkungsgrad vom Stromnetz bis zur Batterie von 95% erreicht. Die maximal ubertragbare Leistung betragt 22 kW. Es hat sich gezeigt dass vor allem der Einsatz von Halbleitern aus Siliziumkarbid zu einer Erhohung des Wirkungsgrades sowie zu einem kompakten Design der leistungselektronischen Wandler gefuhrt hat.