Forschung -

SiC-Inverter verbessert Effizienz von Elektroautos

Forscher von der North Carolina State University entwickelten einen neuen Inverter, der im Vergleich zu herkömmlichen Invertern mit besserer Effizienz in einem kleineren und leichteren Gehäuse aufwartet.

Elektrische und Hybridfahrzeuge bauen auf Inverter, damit der Elektromotor während des Fahrbetriebes ausreichend Elektrizität von der Batterie erhält. Herkömmliche Inverter werden derzeit aber mit Siliziumkomponenten ausgerüstet.

Forscher vom FREEDM-Zentrum (Future Renewable Electric Energy Distribution and Management) der NC State University entwickelten nunmehr einen Inverter mit handelsüblichen Komponenten, die mit dem Halbleitermaterial Siliziumkarbid (SiC), einem Material mit großer Bandlücke, hergestellt wurden.

"Unser SiC-Prototypinverter kann 99 Prozent der Energie an den Motor abgeben. Das ist unter normalen Bedingungen um zwei Prozent besser als der beste auf Silizium basierende Inverter ", sagte Professor Iqbal Husain, Direktor des FREEDM-Zentrums.

Husain: "Hinzu kommt, dass der SiC-Inverter kleiner und leichter als seine Siliziumkonkurrenten sein kann und damit die Reichweite des Fahrzeuges weiter verbessert. Und weitere Verbesserungen an den Komponenten werden den Inverter noch kleiner machen."

Reichweite ist für die Elektrofahrzeuge besonders wichtig, denn die sogenannte "Reichweitenangst" ist ein wichtiger limitierender Faktor bei der Akzeptanz der Elektrofahrzeuge, denn die Fahrer fürchten sich davor, plötzlich irgendwo stehen bleiben zu müssen.

Der neue SiC-Inverter kann 12,1 kW pro Liter übertragen, das ist recht nahe an dem Ziel, das das U.S. Department of Energy mit 13,4 kW/L für 2020 gesetzt hat. Zum Vergleich: Ein Elektrofahrzeug aus dem Jahr 2010 konnte nur 4,1 kW/L erreichen.

Husain: "Herkömmliche und auf Silizium basierende Inverter haben sich seit 2010 sicherlich verbessert, aber sie kommen immer noch nicht auch nur annähernd an die 12,1 kW/L heran."

Der neue Inverter-Prototyp besteht zwar aus handelsüblichen SiC-Komponenten, aber die FREEDM-Forscher entwickeln neue und sehr komplexe SiC-Leistungsbauelemente, mit denen man noch näher an die 13,4 kW/L herankommen will.

Die Forscher weisen darauf hin, dass die neuen Komponenten gegenüber den herkömmlichen Bauelementen anfallende Wärme besser ableiten können. Man erhofft sich davon in der Zukunft luftgekühlte Inverter, die gegenüber flüssigkeitsgekühlten Invertern sicherlich handfeste Vorteile bieten.

Der SiC-Prototypeninverter ist für maximal 55 kW ausgelegt, aber die Forscher wollen diese Leistung, ebenfalls mit handelsüblichen Komponenten, auf 100 kW steigern.

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