Umrichter für Elektroboliden
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
