Hocheffiziente, langlebige und kompakte Leistungselektronik mit Galliumnitrid-Bauelementen für die Elektromobilität der Zukunft (HELENE)

Das Forschungsprojekt zielt auf die Erforschung der Grundlagen hochdynamischer, kompakter Bordnetzwandler zur Reduzierung bis hin zum Entfall der 48 V-Batterie und Ladegeräten mit 60 % höherer Leistungsdichte und 40 % geringeren Verlusten gegenüber dem Stand der Technik bei Erfüllung international geltender Zuverlässigkeitsanforderungen.

Für On-Board-Wandler werden neuartige Topologien und geeignete Regelungsansätze entwickelt, die besonders die Vorteile von schnellen Wide-Bandgap-Schalter (WBG) ausnutzen, ergänzt um eine Reduzierung der Anzahl der Wandlungsstufen. Durch Resonanzbetrieb und integrierte EMV-Filter werden elektromagnetische Störungen verringert. Durch neuartige Montagetechnologien der Leistungshalbleiter werden Verschleißmechanismen reduziert.

Zur Entwicklung höchstkompakter magnetischer Komponenten werden die dominanten Einflussgrößen bezüglich Verlusten und Entwärmung hin zu einem verlustarmen und modularisierbaren Aufbau erforscht und optimiert. Außerdem werden dazu innovative Vormagnetisierungs-Verfahren entwickelt.

Zudem werden Integrationsansätze zur multifunktionalen Nutzung einzelner Magnetkerne wie Schwingkreisspulen und Transformatoren untersucht. Mit einer rechnergestützten Mehrzieloptimierung wird das Bauvolumen der EMV-Filter reduziert. Der Nachweis erfolgt durch Aufbau von Ergebnisdemonstratoren und Funktionsmustern.

Das Projekt wird zu Technologien, Komponenten und Gerätekonzepten für Ladewandler und DC/DC Bordnetzwandlern führen, die durch die industrielle Umsetzung einen wesentlichen Beitrag zu kostengünstigen, effizienten, leichten und kompakten elektrischen Fahrzeugen darstellen werden. Dadurch wird der Forschungs- und Automobilstandort Deutschland nachhaltig gestärkt.