{"id":287426,"date":"2021-05-04T09:00:00","date_gmt":"2021-05-04T07:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=287426"},"modified":"2021-05-04T09:00:00","modified_gmt":"2021-05-04T07:00:00","slug":"verbesserte-antriebsstraenge-fuer-mehr-reichweite-von-elektroautos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/verbesserte-antriebsstraenge-fuer-mehr-reichweite-von-elektroautos\/","title":{"rendered":"Verbesserte Antriebsstr\u00e4nge f\u00fcr mehr Reichweite von Elektroautos"},"content":{"rendered":"\n

Ein gro\u00dfes Manko der meisten Elektrofahrzeuge ist noch immer die relativ begrenze Reichweite, bevor die Batterie wieder aufgeladen werden muss. Das Problem ist aber nicht nur eine zu geringe Speicherkapazit\u00e4t des Akkus. Verbessert man den gesamten Antriebsstrang, lassen sich einige zus\u00e4tzliche Kilometer herausholen. Dazu entwickeln Experten des Fraunhofer-Instituts f\u00fcr Zuverl\u00e4ssigkeit und Mikrointegration IZM<\/a> in Berlin nun einen sogenannten Wechselrichter, der den Gleichstrom der Batterie in Wechselstrom umwandelt, mit dem der Elektromotor angetrieben wird. Da dieser Wechselrichter zwischen der Batterie und dem Motor angesiedelt ist, wird er, ebenso wie seine Transistoren, leicht sehr hei\u00df. Um das zu verhindern, ist es n\u00f6tig, die W\u00e4rme \u00fcber K\u00fchlk\u00f6rper abzuf\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

Die Wissenschaftler nutzen f\u00fcr die Transistoren deshalb besonders effiziente Halbleiter aus Silizium-Carbid (SiC). Sie haben beim Durchflie\u00dfen viel geringere Verluste. Der Nachteil ist, dass diese Halbleiter sehr teuer sind, weshalb m\u00f6glichst wenige Transistoren eingesetzt werden sollten. Allerdings w\u00fcrden diese sich dann st\u00e4rker erhitzen, da sie mehr Verlustleistung erzeugen w\u00fcrden. Also m\u00fcssen sie besonders gut gek\u00fchlt werden. Um den Halbleiter bei gleicher Verlustleistung besser zu k\u00fchlen, haben die Experten die K\u00fchlelemente der Wechselrichter komplett neugestaltet.<\/p>\n\n\n\n

Bis zu sechs Prozent gr\u00f6\u00dfere Reichweite<\/h3>\n\n\n\n

Beim Beschleunigen, Abbremsen und beim schnellen Fahren, wenn gro\u00dfe Mengen Strom zwischen Motor, Wechselrichter und Batterie hin und her flie\u00dfen, gibt es im Wechselrichter die gr\u00f6\u00dften Verluste. Hier kommen die SiC-Halbleiter ins Spiel. Sie verringern diese Verluste. “Wir gehen davon aus, dass Elektroautos durch diese Optimierung des Antriebsstrangs am Ende eine um bis zu sechs Prozent gr\u00f6\u00dfere Reichweite haben”, sagt Eugen Erhardt, der am Fraunhofer IZM f\u00fcr SiCeffizient zust\u00e4ndig ist. Auch, wenn das nicht nach viel klingt, sind sechs Prozent beachtlich, denn normalerweise sind f\u00fcr einen solchen Leistungssprung bei einem Elektroauto-Akku mehr Akkus n\u00f6tig.<\/p>\n\n\n\n

Die K\u00fchlung der Wechselrichter in Elektroautos geschieht mit Wasser, wobei die K\u00fchlst\u00e4be, sogenannte Finnen, des K\u00fchlk\u00f6rpers ins Wasser ragen und die W\u00e4rme, die in den Transistoren entsteht, abgeben. Der K\u00fchlk\u00f6rper f\u00fcr die SiC-Transistoren wurde durch 3D-Druck erzeugt und hat verh\u00e4ltnism\u00e4\u00dfig d\u00fcnne W\u00e4nde. Hier sitzen die Transistoren auf einer nur wenige Millimeter d\u00fcnnen Metallplatte und sind somit dichter am k\u00fchlenden Wasser \u2013 wodurch wiederum die K\u00fchlwirkung verst\u00e4rkt wird. “Damit sich die d\u00fcnne Metallplatte bei Belastung nicht verbiegt, werden die K\u00fchl-Finnen im 3D-Druck so gestaltet, dass sie die Metallplatte wie die S\u00e4ulen in einem Dom st\u00fctzen”, erkl\u00e4ren die Wissenschaftler. “Dieser Aufbau ist so stabil, dass der K\u00fchlk\u00f6rper sowohl dem Druck des K\u00fchlwassers als auch den Kr\u00e4ften widersteht, die beim Aufsintern der Transistoren auf den K\u00fchlk\u00f6rper auftreten.”<\/p>\n\n\n\n

Serienreife noch Zukunftsmusik<\/h3>\n\n\n\n

Es musste aber noch ein weiteres Hindernis \u00fcberwunden werden. Die verschiedenen Werkstoffe, aus denen die Leistungsmodule bestehen, dehnen sich n\u00e4mlich beim Erw\u00e4rmen unterschiedlich stark aus. Die Folge ist, dass es in dem Aufbau zu Spannungen kommt \u2013 was in der Folge zu Materialerm\u00fcdung und dann zum Ausfall des Wechselrichters f\u00fchren kann. Die d\u00fcnnen Metallplatten des neuen K\u00fchlk\u00f6rpers k\u00f6nnen diese Spannungen bei der Erw\u00e4rmung oder beim Abk\u00fchlen aber ausgleichen, indem sie sich leicht verformen. Dieser recht flexible thermoelektrische Aufbau schont die teuren SiC-Halbleiter und tr\u00e4gt zu einer l\u00e4ngeren Lebensdauer bei.<\/p>\n\n\n\n

Ein weiterer Vorteil der neuen Wechselrichter-Module ist, dass sie nicht wie \u00fcblich \u00fcber feste Leiterbahnen aus Kupfer mit anderen elektronischen Komponenten verbunden werden. “Stattdessen wird der Aufbau aus K\u00fchlk\u00f6rper und SiC-Transistoren mit Kupferlitzen \u2013 flexiblen, feinen Kupferdr\u00e4hten \u2013 mit der \u00fcbrigen Elektronik verkn\u00fcpft”, betonen die Wissenschaftler. Auch dies w\u00fcrde die Spannung in den Wechselrichtern verringern.<\/p>\n\n\n\n

Der neue Wechselrichter soll in den kommenden Monaten beim Projektpartner Robert Bosch<\/a> getestet werden. Anschlie\u00dfend wird Porsche<\/a> ihn in einen neu konzipierten Antriebsstrang einbauen, der ganz auf den SiC-Aufbau abgestimmt ist. “Bis zur Serienreife wird es aber noch etwas dauern”, sagt Eugen Erhardt. “Zun\u00e4chst einmal f\u00fchren wir alles zu einem Prototypen zusammen. Danach m\u00fcssen die einzelnen Prozessschritte dann noch optimiert werden.”<\/p>\n\n\n\n

Titelbild<\/em><\/strong>: Gut gek\u00fchlt und effizient \u2013 Wechselrichter f\u00fcr Porsche-Antriebe. \u00a9 Fraunhofer IZM<\/em><\/p>\n\n\n\n

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