Um den Anforderungen der 3-Level-Wechselrichter-Topologie zu entsprechen, hat die FTCAP Fischer & Tausche Capacitors GmbH, Husum, im Rahmen des Forschungsprojekts H3Top extrem niederinduktive Filmkondensatoren aus Polypropylen mit einer speziellen Zink-Metallisierung entwickelt. Diese bestehen aus mehreren, gewickelten Einzelkondensatoren und bieten eine höhere Flexibilität sowohl bezüglich der Anschlüsse als auch der Gehäuseform. Der Kondensator ist direkt an den Kühlkörper angebunden, an dem wiederum alle Bohrungen und Befestigungen für die Restelektronik angebracht sind.
H3Top ist ein gemeinsames Forschungsprojekt der Robert Bosch GmbH, der Infineon Technologies AG, der Daimler AG, der FTCAP GmbH sowie der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen (RWTH). Das Vorhaben setzt auf neuartige Wechselrichter, um die Leistungsfähigkeit und Reichweite von Elektrofahrzeugen weiter zu steigern. 3-Level-Umrichter können in Fahrzeugen mit hohen Betriebsspannungen von 800 Volt – statt der regulären 400 Volt – eingesetzt werden. Dadurch lässt sich die Strombelastung von Leistungselektronik und E-Maschine reduzieren; die internen Leistungsverluste sinken um 20 %.
Kompakter Aufbau des Kondensators reduziert Kosten
Der im Rahmen des Projekts entwickelte Kondensator weist diverse technische Neuerungen auf, die in dieser Form bei FTCAP bislang noch nicht angewandt wurden. Eine Besonderheit ist der direkt mit den Wickeln vergossene Kühlkörper, der eine optimale Wärmeabfuhr gewährleistet. Somit lassen sich die Halbleitermodule direkt auf dem Kühlkörper und trotzdem in unmittelbarer Nähe zum Kondensator verschrauben. Weiterhin wurden für den Anschluss und die Verteilung der DC-Spannung erstmalig flexible Stromschienen verwendet, welche speziell für dieses Projekt entwickelt wurden. Auch der sehr dünne (2,4 μm) Film ist ein Novum – er hat laut Hersteller alle Erwartungen voll erfüllt, vor allem bezüglich der Spannungsfestigkeit. Darüber hinaus ermöglicht das direkte Vergießen des Kondensators in das Umrichtergehäuse einen kompakten Aufbau mit relativ geringem Volumen, was Materialaufwand und Kosten reduziert.
Wie das Unternehmen jetzt mitteilte, konnten die für den Kondensator definierten Zielsetzungen – niedrige Induktivität, modularer Aufbau, Integration von Kühlkörper und DC-Stromschienen – auf ganzer Linie realisiert werden. Der von FTCAP entwickelte und hergestellte Prototyp war innerhalb des Projekts die Voraussetzung für die Errichtung von kompletten Umrichter-Einheiten, mit denen die Projektpartner umfangreiche Messungen durchführen konnten. Diese Forschungsergebnisse dienen den Herstellern der anderen Baugruppen, vor allem der Leistungshalbleiter, als Grundlage zur Weiterentwicklung ihrer Technologien. Über das Projekt hinaus sollen die erarbeiteten Erkenntnisse für weitere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten genutzt werden. sb
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