Neue Ansätze zum SiC-Einsatz in eMobility-Anwendungen

Im Bundesförderprojekt SiC-Mobil entwickeln fünf Partner unter Regie des Engineering-Spezialisten IAV neue Strategien für den Einsatz von Siliziumkarbid (SiC) in E-Auto-Antrieben. Ziel ist es unter anderem., die Effizienz von E-Fahrzeugen zu verbessern, was sich in größeren Reichweiten und kürzeren Ladezeiten niederschlagen soll.

SiC ist ein aktuell oft zitierter Begriff – und die Kurzform von Siliziumkarbid. Dieses Material ist leitfähig und kann in sogenannten Umrichtern, die Gleichstrom aus der Batterie in Wechselstrom für den E-Motor umwandeln, dafür sorgen, dass „in der Leistungselektronik deutlich weniger Energie in Form von Wärme verpufft“, wie IAV einleitend mitteilt. In dem auf drei Jahre angelegten Forschungsprojekt SiC-Mobil wollen die Projektbeteiligten nun die Leistungsdichte und den Wirkungsgrad von Umrichtern weiter erhöhen – und zwar mit Blick auf mehr Effizienz im mobilen und stationären Bereich der E-Mobilität, also nicht nur in Fahrzeugen, sondern beispielsweise auch in Ladestationen.

Neben IAV sind an dem Forschungsvorhaben die Freqcon GmbH, die Block Transformatoren-Elektronik GmbH, die Breuer Motoren GmbH & Co. KG und die Universität Bremen mit dem Bremer Centrum für Mechatronik (BCM) beteiligt.

Ansatzpunkt der Partner ist es, Komponenten bei höheren Temperaturen noch effektiver einzusetzen. Davon versprechen sie sich eine Effizienzsteigerung, müssen das System aber gleichzeitig neu austarieren, beispielsweise durch eine kompaktere Dimensionierung von Filter- und Kühlungskomponenten. Dabei wollen sie explizit Einflussfaktoren auf die Lebensdauer von Leistungshalbleitern und die Auswirkungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) in die Entwicklung einbeziehen.

„Der Einsatz von SiC führt tendenziell zu mehr elektromagnetischen Störungen“, vergegenwärtigt David Hamann, Teamleiter Engineering & Simulation bei IAV. „Wir sorgen dafür, dass man für eine solche neue Technologie trotzdem die EMV sicherstellen kann, ohne die Vorteile von Siliziumkarbid mit Nachteilen an Bauraum und Gewicht für mögliche Filter wieder zu verlieren.“

Der Berliner Engineering-Dienstleister hat sich parallel zum Geschäft mit der klassischen Fahrzeug- und Antriebsentwicklung inzwischen auch in den Bereichen Elektromobilität und autonomes Fahren breit aufgestellt. Erst kürzlich stellte das Unternehmen eine modulare Plattform für Batterie-elektrische Fahrzeuge vor, die den Bau vom Kleinwagen bis zum leichten Nutzfahrzeug unterstützt. Der Elektro-Baukasten soll die Entwicklung von BEV „schneller, günstiger und nachhaltiger“ machen. Er deckt ein Leistungsspektrum von 100 bis 440 kW, Batteriekapazitäten von 27 bis 115 kWh und Spannungslagen von 400 und 800 Volt ab. Außerdem ermöglicht er sowohl den Einsatz von Silizium (Si) als auch von dem hier thematisierten Siliziumcarbid (SiC) in der Leistungselektronik.

IAV nutzt die E-Antriebsstrang-Plattform bereits in verschiedenen Projekten mit Kunden, die entweder Subsysteme oder komplette E-Antriebsstranglösungen benötigen. Das Unternehmen beschäftigt weltweit mehr als 8.000 Mitarbeiter und zählt zu seinen Kunden eigenen Angaben zufolge „alle namhaften Automobilhersteller und Zulieferer“. Neben den Entwicklungszentren in Berlin, Gifhorn und Chemnitz/Stollberg verfügt IAV in Deutschland über weitere Standorte u.a. in München, Sindelfingen und Ingolstadt. Erst kürzlich hab der Dienstleister bekannt, auch nahe Stuttgart ein neues Entwicklungszentrum hochziehen zu wollen.
iav.com