HVSiCStack
Modulare Leistungselektronik auf Siliziumcarbid-Basis für Hochspannungsanwendungen
Motivation
Die Leistungselektronik ist eine Schlüsseltechnologie für die Energieeffizienz. Leistungselektronik kommt vor allem in Branchen zum Einsatz, in denen Deutschland besondere Stärken hat: etwa in der Automobilindustrie, im Energiesektor und im Maschinen- und Anlagenbau. Innovationen auf Basis neuer Halbleitermaterialien bereiten jetzt den Weg zu Leistungselektroniksystemen der nächsten Generation mit gesteigerter Leistung, Effizienz und Robustheit. Darüber hinaus ermöglichen die neuen Halbleitermaterialien besonders kompakte Bauformen und niedrige Verlustleistungen, wodurch gänzlich neue Anwendungsszenarien erschlossen werden.
Ziele und Vorgehen
Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer hochkompakten, niederinduktiven und skalierbaren Leistungselektronik-Baugruppe auf Siliziumcarbid-Basis für effiziente Hochspannungsanwendungen. Dafür wird ein Konsortium entlang der kompletten Wertschöpfungskette Kondensatoren entwickeln, deren Materialien und Bauformen für die Anforderungen der neuen Hochvolt-Siliziumcarbid-Technologie geeignet sind. Die zu erfor-schenden Bauelemente sollen mit höheren Betriebsspannungen umgehen können und über geringere Einschaltwiderstände und kürzere Schaltzeiten verfügen. Außerdem sind sie auch für den Betrieb bei höheren Temperaturen geeignet. Die Ergebnisse werden in zwei Demonstratoren veranschaulicht. Die zu entwickelnden Umrichter arbeiten zuverlässiger, länger und effizienter als bisherige Baugruppen.
Innovationen und Perspektiven
Zum Projektende steht eine miniaturisierte, 10-15-fach schneller schaltende und für unterschiedliche Leistungs- und Spannungsklassen leicht skalierbare Leistungselektronik-Baugruppe für Umrichter zur Verfügung, die u.a. in der Bahn- und Energietechnik angewendet werden kann. Die Elemente eignen sich beispielsweise als aktive Netzfilter zur Stabilisierung des Verteilernetzes, um somit das richtige Spannungsniveau in Ortsnetzen zu sichern. Sie ermöglichen die Reduktion von Schaltverlusten, steigern den Wirkungsgrad und reduzieren das Volumen, den Preis und das Gewicht der Leistungsbaugruppen signifikant. Das Vorhaben bringt dadurch die Elektromobilität und die Energiewende voran.