Technologie

Umrichter für Elektroboliden

23.03.2021 - Formel E setzt auf Leistungsstufen aus Siliziumcarbid.

Motorsport steht für hohe Geschwin­digkeiten, agile und leichte Fahrzeuge, aber auch immer mehr für alternative und umwelt­freundliche Rennen. Die Formel E ist bei den Fans genauso beliebt wie die Formel 1. Pionier für Motorsport-Techno­logien ist einer der weltweit führenden Automobilzulieferer, Marelli. Auf der Rennstrecke fördert Marelli nun den elektrischen Antrieb sowie den Einsatz von Silizium-Carbid-Techno­logien. Das Halbleiter­material, kurz SiC genannt, welches alle Bedingungen eines schnellen, aber energieeffizienten Autos durch einen höheren Wirkungsgrad und eine kompaktere Baugröße erfüllt, ist hier die Grundlage. Das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikro­integration IZM in Berlin arbeitet schon seit vielen Jahren an der Verbes­serung der SiC-Techno­logien. Zusammen mit Marelli haben sie nun ein neues Modul entwickelt, das die Bezeichnung EDI – Enhanced Direct-cooling Inverter –trägt. 

Es handelt sich um ein neues strukturelles Design ohne Basisplatte, das den thermischen Widerstand zwischen den SiC-Komponenten und der Kühl­flüssigkeit drastisch reduziert. Das Ergebnis ist eine extrem kompakte Leistungs­stufe, die den Wirkungs­gradvorteil von Silizium-Carbid nutzen kann und in puncto Design mehr Flexi­bilität beim Packaging und bei den Kühl­systemen zulässt. Im Vergleich zu einem Silizium-basierten Aufbau gleicher Leistung ermöglicht die neue Technologie einen Umwandlungs­wirkungsgrad von bis zu 99,5 Prozent, reduziert Gewicht und Größe um die Hälfte und besitzt eine um fünfzig Prozent höhere Wärmeableitung in das Kühlsystem.

In den letzten Jahren hat sich Silizium-Carbid als Technologie der Wahl für Hoch­spannungs- und Hoch­temperatur-Leistungs­elektronik-Bauteile wie etwa Wechselrichter bewährt, da es in der Lage ist, hervorragende Leistungen in Hybrid- und voll­elektrischen Anwendungen zu erzielen. Die Verwendung von SiC-MOSFETs ermöglicht kleinere, leichtere und effi­zientere Lösungen. Diese Eigen­schaften werden noch wichtiger, wenn es um den Motorsport geht, wo Größe, Gewicht und Effizienz wichtige Design­faktoren sind. Das im Reinraum des Marelli-Werks in Corbetta (Italien) hergestellte EDI-Leistungs­modul hat bereits eine Reihe von Zuver­lässigkeitstests für Motorsport-Einsatzprofile durchlaufen. Dabei wurde die Robustheit des Designs bei elektrischen und mechanischen Zuverlässig­keitstests für sehr gut befunden. Mit dem neuen Umrichter­modul kann Marelli nun sein Angebot im Bereich der elektrischen Antriebe sowohl für Motorsport- als auch für Straßen­fahrzeug­anwendungen vervoll­ständigen.

Fh.-IZM / JOL

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